CN105033784A - 一种用于超硬超脆人工晶体材料外圆研磨加工的全自动磨床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超硬超脆人工晶体材料的外圆加工设备，磨床的主要结构为HT250铸造底座、主轴磨头十字滑台、十字滑台驱动控制单元、主轴磨头系统、主轴磨头驱动控制单元、固定驱动工件头、固定驱动工件头控制单元、可移动从动工件头、从动工件头移动导轨、气压装夹系统组成，由于该设备采用伺服驱动控制Ｘ方向的进给，其控制精度优于传动外圆加工设备的液压传动精度，设备传动部件和过流部件均进行了防腐处理，加工超硬超脆人工晶体材料时常采用酸性或碱性切削液，该设备具备一定的耐腐蚀性能，能够确保精度在较长时间内不发生变化，彻底解决进口专用设备价格昂贵，而国产传统金属加工外圆磨床所带来的加工弊端。

Description

一种用于超硬超脆人工晶体材料外圆研磨加工的全自动磨床

技术领域

本发明涉及一种超硬超脆人工晶体材料的外圆加工设备，具体为一种适合于特殊玻璃、人造蓝宝石、氟化镁、尖晶石、硫化锌、单晶硅、锗单晶等超硬超脆材料的外圆加工，并且特别适合于有晶向要求的人工晶体材料的外圆加工的磨床。

背景技术

以蓝宝石、碳化硅和镁铝尖晶为代表的超硬晶体是第三代半导体材料GaN和ZnO外延薄膜最常用的衬底材料，在固体照明、微电子器件、航空航天等领域应用十分广泛，目前在对于超硬超脆的人工晶体材料进行加工时的外圆加工绝大多数采用传统外圆磨床进行加工，由于传统外圆磨床设计基础是加工金属材料，其功能特性难以满足特殊玻璃、人造蓝宝石、氟化镁、尖晶石、硫化锌、单晶硅、锗单晶等超硬超脆材料的外圆加工的特殊要求，如这些材料切削液均是碱性或酸性切削液，长期使用对设备将产生严重腐蚀，传统外圆磨床工件装夹均是中心孔定位装夹，而绝大数超硬超脆人工晶体材料具备不能车削的物理性能，且部分材料均有特殊的晶向要求，因此在外圆磨削加工时大多采用圆柱毛坯的两端面进行定位装夹，传统外圆磨床的工件装夹方法无法适应超硬超脆人工晶体材料加工的需要，目前，国内暂无专门用于特殊超硬超脆人工晶体材料加工的外圆研磨设备，国际上如美国和日本有相关的专用设备，但价格昂贵，如日本某公司的设备售价130万人民币,国内大多数企业难以承受此价格，鉴于此，超硬超脆人工晶体材料的外圆加工急需一种低成本、高效率、高精度和高度自动化的专用加工设备。

发明内容

针对原有技术中的不足与投入大的弊端，本发明目的在于提供一种用于超硬超脆人工晶体材料外圆研磨加工的全自动磨床，彻底解决进口设备价格昂贵，而国产传统金属加工外圆磨床所带来的加工弊端。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种用于超硬超脆人工晶体材料外圆研磨加工的全自动磨床，其特征在于：所述磨床的主要结构包括为HT250铸造底座、主轴磨头十字滑台、十字滑台驱动控制单元、主轴磨头系统、主轴磨头驱动控制单元、固定驱动工件头、固定驱动工件头控制单元、可移动从动工件头、从动工件头移动导轨、气压装夹系统组成，具体结构为：设备基座、减速电机、固定驱动工件头、传动轴、工件顶针I、工件、工件顶针II、可移动从动工件头、锁紧螺母、气缸连接板、导轨、气缸、导轨锁紧螺钉、气源控制中心、导轨滑块、导轨锁紧螺钉、丝杠支撑座、磨轮、磨轮锁紧螺钉、伺服电机、丝杠固定座、丝杆、导轨滑块、导轨滑块、导轨、导轨锁紧螺钉、丝杆固定座、伺服电机、主轴驱动电机、同步轮、导轨、导轨锁紧螺钉、丝杠支撑座、同步、同步轮、高速主轴磨头、过渡板I、过渡板II，所述主轴磨头系统在十字滑台上通过操作系统进行精确移动；减速电机与驱动固定工件头联接，工件装夹在固定驱动工件头与可移动从动工件头之间，通过气压装夹系统压紧，固定工件头通过工件带动可移动从动工件头同步旋转，驱动固定工件头的减速电机为变频可调式电机，根据设定要求按照设定转速运转。

优选的，所述磨床高速主轴头最高转速为6000r/min，主轴头转速为变频可调式。

优选的，设备切削液过流部件部分全部喷涂聚四氟乙烯或其他工程涂料，防止切削液腐蚀设备零部件，设备传动部件全部进行发黑处理，杜绝切削液腐蚀零件带来传动精度的降低。

优选的，产品装夹过程为：产品通过气缸压紧在两个法兰中间，从动驱动端法兰通过工件与法兰摩擦力带动同步旋转，法兰端面跳动小于0.01mm;以Ｙ轴为基准的平面度优于0.02mm，法兰与工件之间垫小于0.1mm的碳毡以增大摩擦力，气缸压力不小于0.8MPA。

优选的，设备磨头安装在X、Y轴十字滑台上， 磨头可以沿X、Y轴通过伺服电机驱动精密丝杠控制 ，传动精度优于传动设备。

优选的，设备选用树脂结合剂金刚石磨轮，金刚石粒度为60#-220#，金刚石密度不下于30%

发明的有益效果：

本发明改变了传统磨床均是工件沿X方向往复运动，磨头沿Y轴方向运动进刀的进刀方式，本发明的磨头既可以沿X方向移动又可以沿Y轴方向移动，工件头只自转不沿X方向移动，目前国内没有这种结构，彻底解决进口设备价格昂贵，而国产传统金属加工外圆磨床所带来的加工弊端，本发明将大幅度降低设备成本，高效率、高精度和高度自动化的研磨超硬超脆人工晶体材料。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图中，1—设备基座；2—减速电机；3—固定驱动工件头；4—传动轴；5—工件顶针I；6—工件；7—工件顶针II；8—可移动从动工件头；9—锁紧螺母；10—气缸连接板；11—导轨；12—气缸；13—导轨锁紧螺钉；14—气源控制中心；15—导轨滑块；16—导轨锁紧螺钉；17—丝杠支撑座；18—磨轮；19—磨轮锁紧螺钉；20—伺服电机；21—丝杠固定座；22—丝杆；23—导轨滑块；24—导轨滑块；25—导轨；26—导轨锁紧螺钉；27—丝杆固定座；28—伺服电机；29—主轴驱动电机；30—同步轮；31—导轨；32—导轨锁紧螺钉；33—丝杠支撑座；34—同步带；35—同步轮；36—高速主轴磨头；37—过渡板I；38—过渡板II。

具体实施方式

实施例1

1、工件装夹自转系统：在设备基座（1）的前段安装工件装夹自转系统，固定驱动工件头（3）安装在设备基座(1)上，减速电机（2）与固定驱动工件头（3）直联，驱动传动轴（4）旋转，驱动传动轴上连接工件顶针I（5），在设备基座（1）前段的另一端安装导轨（11），可移动从动工件头（8）与导轨滑块（15）固定，确保可移动从动工件头（8）能在导轨（11）上滑动，可移动从动工件头（8）与气缸（12）通过气缸连接板（10）联接，气缸在行程范围内可以推拉可移动从动工件头在导轨上滑动，气缸（12）固定在设备基座（1）上，工作时，气缸把可移动从动工件头向㐉驱动工件头方向推动，直至工件顶针I（5）和工件顶针II（7）将工件（6）压紧为止，气缸压力、气缸移动速率可以通过气源控制中心控制，工件压紧后通过变频器控制减速电机（2）的转速，将扭矩传递给工件，使工件和两工件头的传动轴转速一致。

2、主轴磨轮进给系统：高速主轴磨头（36）和主轴驱动电机（29）固定在过渡板II（38）上，磨轮（18）通过磨轮锁紧螺钉（19）固定在高速主轴磨头（36）的转轴上，高速主轴磨头通过同步带（34）连接主轴驱动电机（29），通过调节主轴驱动电机（29）的转速调整磨轮转速，达到工艺要求，过渡板I（37）可以通过四个导轨滑块（24）在导轨（31）上沿X方 向移动，同时移动方向和速率通过伺服电机（20）、丝杠固定座（21）、丝杆（22）和丝杠支撑座（33）组成的伺服驱动系统实现，X轴方向确定工件的研磨长度，精度控制在0.02mm内，研磨是在工件长度范围内往复运动，双向进刀，大幅度提高研磨效率，在过渡板I（37）安装两根导轨（25），过渡板II（38）可通过四个导轨滑块（23）在导轨（25）上沿Y轴方向移动，同时移动方向和速率通过伺服电机（28）、丝杠固定座（27）、丝杆）和丝杠支撑座（17）组成的伺服驱动系统实现，Y轴方向是进给方向确定工件的外圆尺寸，精度控制在0.005mm内。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于超硬超脆人工晶体材料外圆研磨加工的全自动磨床，其特征在于：所述磨床的主要结构包括为HT250铸造底座、主轴磨头十字滑台、十字滑台驱动控制单元、主轴磨头系统、主轴磨头驱动控制单元、固定驱动工件头、固定驱动工件头控制单元、可移动从动工件头、从动工件头移动导轨、气压装夹系统组成，具体结构为：设备基座、减速电机、固定驱动工件头、传动轴、工件顶针I、工件、工件顶针II、可移动从动工件头、锁紧螺母、气缸连接板、导轨、气缸、导轨锁紧螺钉、气源控制中心、导轨滑块、导轨锁紧螺钉、丝杠支撑座、磨轮、磨轮锁紧螺钉、伺服电机、丝杠固定座、丝杆、导轨滑块、导轨滑块、导轨、导轨锁紧螺钉、丝杆固定座、伺服电机、主轴驱动电机、同步轮、导轨、导轨锁紧螺钉、丝杠支撑座、同步、同步轮、高速主轴磨头、过渡板I、过渡板II，所述主轴磨头系统在十字滑台上通过操作控制系统进行精确移动；减速电机与驱动固定工件头联接，工件装夹在固定驱动工件头与可移动从动工件头之间，通过气压装夹系统压紧，固定工件头通过工件带动可移动从动工件头同步旋转，驱动固定工件头的减速电机为变频可调式电机，根据工艺要求按照设定转速运转。

2.根据权利要求1所述的一种用于超硬超脆人工晶体材料外圆研磨加工的全自动磨床，其特征在于所述磨床高速主轴头最高转速为6000r/min，主轴头转速为变频可调式。

3.根据权利要求1所述的一种用于超硬超脆人工晶体材料外圆研磨加工的全自动磨床，其特征在于设备切削液过流部件部分全部喷涂聚四氟乙烯或其他工程涂料，防止切削液腐蚀设备零部件，设备传动部件全部进行发黑处理，杜绝切削液腐蚀零件带来传动精度的降低。

4.根据权利要求1所述的一种用于超硬超脆人工晶体材料外圆研磨加工的全自动磨床，其特征在于产品装夹过程为：产品通过气缸压紧在两个法兰中间，从动驱动端法兰通过工件与法兰摩擦力带动同步旋转，法兰端面跳动小于0.01mm;以Ｙ轴为基准的平面度优于0.02mm，法兰与工件之间垫小于0.1mm的碳毡以增大摩擦力，气缸压力不小于0.8MPA。

5.根据权利要求1所述的一种用于超硬超脆人工晶体材料外圆研磨加工的全自动磨床，其特征在于设备磨头安装在X、Y轴十字滑台上， 磨头可以沿X、Y轴通过伺服电机驱动精密丝杠控制 ，传动精度优于传动设备。

6.根据权利要求1所述的一种用于超硬超脆人工晶体材料外圆研磨加工的全自动磨床，其特征在于设备选用树脂结合剂金刚石磨轮，金刚石粒度为60#-220#，金刚石密度不下于30%。