CN106042201A - 一种环式固结金刚石线锯切割装置及工件切割方法 - Google Patents

Abstract

一种环式固结金刚石线锯切割装置，和超声振动装置连接，包括：线锯单元，具有驱动机构、至少一个导轮以及包绕驱动机构、导轮且形成闭合环的线锯丝，驱动机构驱动线锯丝做主切割运动；进给单元，与线锯单元连接，用于驱动线锯丝沿着垂直于线锯丝的主切割运动方向移动；工件固定单元，固定设置在进给单元的移动方向上，用于固定工件。工件固定单元具有：固定设置的夹具；设置在夹具上和超声振动装置连接的变幅杆，用于扩大超声振动装置输入的高频振动，夹具夹持工件且和变幅杆接触。与超声振动装置连接的变幅杆将振动施加在工件上，使得工件有超声振动，使工件对线锯丝有持续的冲击作用，降低了线锯丝切入工件的难度，进而提高加工效率。

Description

一种环式固结金刚石线锯切割装置及工件切割方法

技术领域

本发明涉及一种线锯切割装置以及对应的切割方法，具体属于线锯切割技术领域。

背景技术

随着工业的飞速发展，硬脆材料在各个领域的应用日益普遍。硬脆材料主要包括各种宝石、玻璃、硅晶体、陶瓷等，具有高硬度、高脆性、高耐磨性等优良性能。然而，若选用加工方法不当，硬脆材料同时具有的低塑性、易脆性也容易导致工件表面层被破坏。在硬脆材料加工中，锯切加工往往是第一道工序，占有很重要的地位。为此，对硬脆材料的锯切加工通常采用金刚石圆盘锯、带锯、线锯等设备，金刚石圆盘锯和金刚石带锯受到基体的限制，在加工过程中不能弯曲、不能切割曲线表面；而金刚石线锯具有可自由改变切割方向、材料损失少、加工获得的零件曲翘度小等优点被广泛应用于硬脆材料的加工。

环式固结金刚石线锯切割技术是指通过一根表面固结金刚石微粒的钢琴丝，绕在张紧装置上，通过导向轮形成环形的线网，并保持一定的张紧力。线锯切割运动主要由线锯丝的单向运动形成主切割运动，同时线锯丝沿着垂直于主切割运动的方向实现进给运动，对固定在机床工作台上的工件进行加工。

现有技术中，线锯丝与工件之前的作用力主要由线锯丝挤压、切割工件提供，线锯丝的张角会随着锯切力的增大而增大，而张角越大线锯丝越不稳定，导致加工效率和加工质量的下降。

发明内容

本发明是为解决上述问题而提出的，提供了一种环式固结金刚石线锯切割装置及工件切割方法，从而提高了线锯加工效率。

一种环式固结金刚石线锯切割装置，和超声振动装置连接,用于对工件进行切割，包括：

线锯单元，具有驱动机构、至少一个导轮以及包绕驱动机构、导轮且形成闭合环的线锯丝，驱动机构驱动线锯丝做主切割运动；

进给单元，与线锯单元连接，用于驱动线锯丝沿着垂直于线锯丝的主切割运动方向移动；以及

工件固定单元，固定设置在进给单元的移动方向上，用于固定工件，

其中，工件固定单元具有：

固定设置的夹具；

设置在夹具上的变幅杆，和超声振动装置连接，用于扩大超声振动装置输入的高频振动，

夹具夹持工件且和变幅杆接触，用于将变幅杆的超声振动脉冲力传递给工件。

本发明提供的环式固结金刚石线锯切割装置，还可以具有这样的特征：其中，线锯单元还具有张紧轮，与驱动机构、导轮被线锯丝包绕且形成闭合环，用于调节线锯丝的张紧力。

本发明提供的环式固结金刚石线锯切割装置，还可以具有这样的特征：其中，线锯单元还具有储丝筒，与驱动机构、导轮被线锯丝包绕且形成闭合环。

本发明提供的环式固结金刚石线锯切割装置，还可以具有这样的特征：其中，线锯丝为固结金刚石磨料锯丝。

本发明提供的环式固结金刚石线锯切割装置，还可以具有这样的特征：其中，驱动机构包括电机和驱动轮，该驱动轮和电机连接，驱动轮被线锯丝包绕，用于带动线锯丝做主切割运动。

本发明提供的环式固结金刚石线锯切割装置，还可以具有这样的特征，还包括：磁力单元，设置在线锯丝的切割部分的出、入端，产生磁场，用于对线锯丝的切割部分施加吸引力。

一种工件切割方法，使用线锯对工件进行切割，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，将工件和变幅杆连接后固定在夹具上，将变幅杆和超声振动装置连接；

步骤二，设置好线锯与工件的相对位置，打开超声振动装置和线锯，进行切割。

本发明提供的工件切割方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤二中的线锯设置有磁力单元，磁力单元设置在线锯的线锯丝的切割部分的出、入端，产生磁场，用于对线锯丝的切割部分施加吸引力。

本发明提供的工件切割方法，还可以具有这样的特征：其中，工件由硬脆材料制成。

本发明提供的工件切割方法，还可以具有这样的特征：其中，硬脆材料包括宝石、玻璃、硅晶体、陶瓷。

发明作用与效果

本发明所提供的环式固结金刚石线锯切割装置，由于工件固定单元具有设置在夹具上的和超声振动装置连接变幅杆，变幅杆扩大超声振动装置输入的高频振动，并将该振动施加在工件上，使得工件在沿着进给方向上具有超声振动，使工件对线锯丝有持续的冲击作用，降低了线锯丝切入工件的难度，进而提高了加工效率。

本发明提供的工件切割方法，同上述的环式固结金刚石线锯切割装置采用的变幅杆类似，在进行线锯切割过程中，将工件和变幅杆连接后固定在夹具上同时将变幅杆和超声振动装置连接，使得加工过程中线锯丝更容易切入工件，提高了加工效率。

附图说明

图1为本发明实施例的环式固结金刚石线锯切割装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的环式固结金刚石线锯切割装置的结构和使用方法作具体阐述。

实施例1

图1为本发明实施例的环式固结金刚石线锯切割装置的结构示意图。

环式固结金刚石线锯切割装置100包括安装基座(图中未示出)、进给单元10、线锯单元20、工件固定单元30、磁力单元40以及控制单元。

进给单元10设置在安装基座上，用于驱动线锯单元10移动做进给运动，本实施例选用现有的X-Y移动平台，该X-Y移动平台具有可以移动的移动部分。

线锯单元20具有机架21、驱动机构22、2个导轮23a和23b、张紧轮24、储丝筒25以及包绕上述部件且形成闭合环的线锯丝26。

机架21，通过螺栓固定在X-Y移动平台的移动部分上。

驱动机构22，包括设置在机架21上的电机221和驱动轮222，该驱动轮222和电机221连接在电机221带动下旋转做主切割运动。

2个导轮23a和23b、张紧轮24、储丝筒25分别设置在机架21上，与驱动轮222共同构成一个如图1所示的五边形。

线锯丝26为为固结金刚石磨料锯丝，包绕在驱动轮222、2个导轮23a和23b、张紧轮24、储丝筒25上，形成一个闭合环。其中位于2个导轮23a和23b之间的线锯丝26段为切割部分，上下端分别称为出端(靠近导轮23a)和入端(靠近导轮23b)。

工件固定单元30，与安装基座连接，固定设置在进给单元的移动方向上，用于固定工件B，具有夹具31和变幅杆32。

夹具31固定设置在安装基座上。

变幅杆32设置在夹具上，和外部的超声振动装置A连接，用于扩大超声振动装置A输入的高频振动。

夹具31夹持工件B且和变幅杆32接触，将变幅杆32的超声振动脉冲力传递给工件B。

磁力单元40，整体安装在机架21上，包括两个电磁铁41a和41b。电磁铁41a和41b分别设置在线锯丝的切割部分的出、入端，即靠近导轮23a、导轮23b的线锯丝的工件侧，电磁铁41a和41b与线锯丝26的切割部分的距离为1-10mm，该距离可以调节，同时电磁铁41a和41b离导轮23a、导轮23b的距离也可以调节。

控制单元，分别同上面的进给单元10、线锯单元20、磁力单元40连接，用于控制进给单元10中的进给运动，线锯单元20的主切割运动，磁力单元40中电磁铁的磁场大小。

使用方法与工作原理：

线锯丝26在驱动机构22的带动下进行单向运动，实现主切割运动。线锯丝26采用的是固结金刚石磨料锯丝。同时线锯丝26及2个导轮23a和23b沿着垂直于线锯丝26的主切割运动方向的方向运动，实现进给运动。磁力单元40放置在线锯丝26的切割部分出、入端，切割部分出、入端的线锯丝受到线锯丝26产生的吸引作用。同时，由控制单元50控制超声振动装置A中的压电晶体换能器工作，通过变幅杆32将高频振动传递到工件B，使工件B在线锯丝26进给运动方向产生高频振动。

由于进给力作用在线锯丝26上时，线锯丝26会发生形变，即线锯丝26形成一个张角，进给力越大张角越大，线锯丝26越容易发生断丝现象。由控制单元50控制调整磁力单元40中电磁铁41a和41b的磁力作用大小，同时配合调整超声振动脉冲力的大小，可以使得进给力同磁力抵消即受力稳定，不容易导致线锯丝26张角的频繁改变。

在上述加工过程中，打开超声振动装置A、关闭磁力单元40，即形成超声振动辅助线锯加工的状态。

在上述加工过程中，关闭超声振动装置A、打开磁力单元40，即形成磁力辅助线锯加工的状态。

实施例的有益作用和效果

本实施例所提供的环式固结金刚石线锯切割装置，由于工件固定单元具有设置在夹具上的和超声振动装置连接变幅杆，变幅杆扩大超声振动装置输入的高频振动，并将该振动施加在工件上，使得工件在沿着进给方向上具有超声振动，使工件对线锯丝有持续的冲击作用，降低了线锯丝切入工件的难度，进而提高了加工效率。

本实施例所提供的环式固结金刚石线锯切割装置，由于线锯丝为固结金刚石磨料锯丝，使得在切割高硬度、高脆性、高耐磨性的硬脆材料工件时，效率高，不容易磨损。

本实施例所提供的环式固结金刚石线锯切割装置，由于具有设置在线锯丝附近的磁力单元，使得线锯丝的切割部分获得与进给方向相同的磁力作用，进而减小了线锯丝张角，避免线锯丝因为张角过大和频繁变动的疲劳应力而导致的断丝问题。通过进一步对电磁铁位置、磁力大小的改变，实现对切割部分磁力作用的大小和方向的控制。通过对超声振动装置A频率和振幅的改变，实现对工件所获得高频振动的频率和振幅的控制，从而更好的实现进给力同磁力的平衡，减少线锯丝26张角改变的频率。

实施例2

工件切割方法

这里以使用一般的线锯切割硅晶体为例进行示例说明。包括以下两个步骤：

步骤一，将硅晶体工件和变幅杆连接后，通过夹具固定在线锯的工作台上，将变幅杆和超声振动装置连接，本实施例中工件为硅晶体制成，也可以是其他的硬脆材料包括宝石、玻璃、硅晶体、陶瓷等。

步骤二，设置好线锯与工件的相对位置，将磁力单元的两个电磁铁固定安装在线锯的线锯丝的切割部分的出、入端，打开超声振动装置和线锯，分别调整电磁铁与线锯丝的距离以及电磁铁的位置，同时设定合适的超声振动装置的频率、振幅参数，调节线锯的线锯丝的运动速度和进给速率，使得线锯丝一直保持为直线进行切割。

在上述加工过程中，打开超声振动装置、关闭磁力单元，即形成超声振动辅助线锯加工的状态。

在上述加工过程中，关闭超声振动装置、打开磁力单元，即形成磁力辅助线锯加工的状态。

实施例的有益作用和效果

本实施例提供的工件切割方法，

1.通过放置在线锯丝切割出、入口部分的电磁铁，使线锯丝在工件加工部分上下获得与进给方向相同的磁力作用，进而减小了线锯丝张角，避免线锯丝因为张角过大导致的断丝问题。

2.通过对电磁铁磁力大小、设置位置的改变，实现对线锯丝切割部分磁力作用的大小和方向的控制。

3.通过施加在工件上沿着进给方向的超声振动，使工件对线锯丝有持续的冲击作用，降低了线锯丝切入工件的难度，进而提高了加工效率。

4.通过对超声振动装置的超声频率和振幅的改变，实现对工件所获得高频振动的频率和振幅的控制。

Claims (10)

1.一种环式固结金刚石线锯切割装置，和超声振动装置连接,用于对工件进行切割，包括：

线锯单元，具有驱动机构、至少一个导轮以及包绕所述驱动机构、所述导轮且形成闭合环的线锯丝，所述驱动机构驱动所述线锯丝做主切割运动；

进给单元，与所述线锯单元连接，用于驱动所述线锯丝沿着垂直于所述线锯丝的主切割运动方向移动；以及

工件固定单元，固定设置在所述进给单元的移动方向上，用于固定所述工件，

其中，所述工件固定单元具有：

固定设置的夹具；

设置在所述夹具上的变幅杆，和所述超声振动装置连接，用于扩大所述超声振动装置输入的高频振动，

所述夹具夹持所述工件且和所述变幅杆接触，用于将所述变幅杆的超声振动脉冲力传递给所述工件。

2.根据权利要求1所述的环式固结金刚石线锯切割装置，其特征在于：

其中，所述线锯单元还具有张紧轮，与所述驱动机构、所述导轮被所述线锯丝包绕且形成闭合环，用于调节所述线锯丝的张紧力。

3.根据权利要求1所述的环式固结金刚石线锯切割装置，其特征在于：

其中，所述线锯单元还具有储丝筒，与所述驱动机构、所述导轮被所述线锯丝包绕且形成闭合环。

4.根据权利要求1所述的环式固结金刚石线锯切割装置，其特征在于：

其中，所述线锯丝为固结金刚石磨料锯丝。

5.根据权利要求1所述的环式固结金刚石线锯切割装置，其特征在于：

其中，所述驱动机构包括电机和驱动轮，该驱动轮和所述电机连接，

所述驱动轮被所述线锯丝包绕，用于带动所述线锯丝做主切割运动。

6.根据权利要求1所述的环式固结金刚石线锯切割装置，其特征在于，还包括：

磁力单元，设置在所述线锯丝的切割部分的出、入端，产生磁场，用于对所述线锯丝的切割部分施加吸引力。

7.一种工件切割方法，使用线锯对工件进行切割，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，将所述工件和变幅杆连接后固定在夹具上，将变幅杆和超声振动装置连接；

步骤二，设置好所述线锯与所述工件的相对位置，打开所述超声振动装置和所述线锯，进行切割。

8.根据权利要求7所述的工件切割方法，其特征在于：

其中，步骤二中的线锯设置有磁力单元，

所述磁力单元设置在所述线锯的线锯丝的切割部分的出、入端，产生磁场，用于对所述线锯丝的切割部分施加吸引力。

9.根据权利要求7所述的工件切割方法，其特征在于：

其中，所述工件由硬脆材料制成。

10.根据权利要求7所述的工件切割方法，其特征在于：

其中，所述硬脆材料包括宝石、玻璃、硅晶体、陶瓷。