CN108437243B - 一种多工位环形线锯切割机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种多工位环形线锯切割机，包括底座、机架、移动工作台、升降机构和切割机构；其中所述切割机构包括切割架和至少两个切割单元，切割单元安装于切割架上，切割架固定于升降机构上，切割单元包括轮系安装面板、导轮组件和环形金刚石线锯，导轮组件呈环状排布，环形金刚石线锯布设于导轮组件的导轮线槽中，升降机构用于带动处于工作状态切割单元切割硅晶体。本发明多工位环形线锯切割机结构简单，多个切割单元能够有选择的独立进行切割工作，工作过程既安全也利于降低能耗，采用环形金刚石线锯切割硅晶体，环形金刚石线锯运行速度快，切割效率高，环形金刚石线锯断线后上线简单、效率高。

Description

一种多工位环形线锯切割机

技术领域

本发明涉及硬脆材料切割技术领域，尤其涉及一种多工位环形线锯切割机。

背景技术

硅材料成为太阳能电池主要的光电材料。通常高质量太阳能电池用硅片，由硅晶棒切割而成，而硅晶棒粗料长度较长，不适合直接进行切片工作，因此首先需要使用截断机将硅晶棒加工到指定长度，以方便进行后续工作。

在中国专利文献中，公开号为CN205929109U，名称是一种多晶三刀截断机，其公开了一种多晶三刀截断机，包括底座、分别安装于底座左右两侧的绕线室、位于绕线室之间的切割室、安装于底座上的移动操作台、驱动移动工作台上下运行的起升装置、安装于底座一侧的控制柜和用于冷却润滑的喷淋装置，所述切割室包括线网装置，线网装置包含三组切割刀头可同时切割六块硅料。该装置在实际使用中存在以下问题：(1)金刚切割丝的线速度只有25m/s，设备一次运行同时切割六块多晶硅料需要12分钟，切割效率较低(2)上料后，需要调整多晶硅料的切割位置，采用拉线定位装置可以控制误差到0.5mm，但是自动化程度不高，拉线定位作业繁琐(3)尤其是移动操作台上设置的硅料放置晶托是平面结构，只利于多晶硅块的平切。

此外，切割丝走丝系统包括收、放线装置、排线装置、张力控制装置、线网装置，切割丝从第一收、放线装置开始放线，通过线网装置、张力控制装置、排线装置被完全绕至第二收、放线装置后，切割丝走丝系统必须停止运转，接着开始反方向运转，从第二收、放线装置开始放线并被绕回至第一收、放线装置。切割丝走丝系统存在以下问题：(4)切割丝频繁的切换向对切割效率的影响较大，而且为实现切割丝的切割动作，整个机构设计的较为复杂(5)该设备具有三组切割机头，但是因切割丝走丝系统并不能独立工作，也不能独立调整牵引张力，由于导轮众多，断线后重新上线非常麻烦，在不需要满载作业或只需要其中某组作业时，并不能对其它某组切割机头进行单独停止，既不安全也不利于降低能耗。

发明内容

为此，需要提供一种多工位环形线锯切割机，来解决现有的多工位硅晶截断机结构复杂，切割丝走线复杂，硅晶切割过程繁琐，切割刀头无法独立工作的问题。

为实现上述目的，发明人提供了一种多工位环形线锯切割机，包括底座、机架、移动工作台、升降机构和切割机构；

所述移动工作台设置于底座的侧边上，移动工作用于装夹待切割硅晶体；

所述机架设置于底座上，所述移动工作台在底座上的移动路径不经过机架所在的位置；

所述升降机构安装于机架上；

所述切割机构包括切割架和至少两个切割单元，所述切割单元安装于切割架上，所述切割架固定于升降机构上，所述切割单元包括轮系安装面板、导轮组件和环形金刚石线锯，所述环形金刚石线锯布设于导轮组件的导轮线槽中，所述升降机构用于带动处于工作状态切割单元切割硅晶体。

作为本发明的一种优选结构，所述升降机构包括伺服电机、减速机、提升螺杆和提升螺母，所述伺服电机设置于机架顶端，伺服电机经由减速机与提升螺杆连接，伺服电机用于驱动提升螺杆转动，所述提升螺母套接于提升螺杆上，所述切割架与提升螺母相固定，所述提升螺杆转动带动提升螺母上升或者下降。

作为本发明的一种优选结构，所述升降机构还包括伸缩护罩和风琴护罩，所述伸缩护罩设置于减速电机和切割架之间，所述风琴护罩固定于机架的侧壁上，且风琴护罩套设于提升螺杆外部。

作为本发明的一种优选结构，所述移动工作台上设置有V型夹具，所述V型夹具V型边的夹角为90°，所述待切割硅晶体置于V型夹角内。

作为本发明的一种优选结构，所述移动工作台上设置有L型夹具和夹紧机构，所述待切割硅晶体置于L型夹具上，并由夹紧机构锁固。

作为本发明的一种优选结构，所述移动工作台的底部设置有滚轮，所述底座上设置有与滚轮相适配的移动导轨，移动工作台前侧壁或者后侧壁底端的中间位置设置有定位吸铁，所述切割机构下方的底座上设置有限位挡块，移动工作台移动到工作位置后由定位吸铁和限位挡块吸合定位。

作为本发明的一种优选结构，所述导轮组件包括驱动轮组件、从动轮和张紧轮组件，所述张紧轮组件包括张紧轮、张紧臂和重锤，所述张紧臂为曲形结构，所述张紧轮和重锤分别设置于张紧臂的两端，所述驱动轮组件带动环形金刚石线锯绕从动轮和张紧轮做环形运动。

作为本发明的一种优选结构，还包括对刀机构，所述对刀机构包括激光标线器和安装架，所述安装架经由螺钉固定在轮系安装面板上，所述激光标线器设置于安装架上。

作为本发明的一种优选结构，还包括喷淋装置，所述喷淋装置包括喷淋管路和喷淋水嘴，所述喷淋管路经由拖链固定在轮系安装面板上，所述喷淋水嘴与喷淋管路连通，喷淋水嘴的喷嘴口朝向靠近移动工作台的环形金刚石线锯。

作为本发明的一种优选结构，还包括外护罩，所述外护罩包括上护罩和下护罩，所述上护罩和下护罩可分离设置，上护罩罩设于切割机构外部，并与切割机构的切割架固定，下护罩安装于底座上。

区别于现有技术，上述技术方案具有如下优点：本发明多工位环形线锯切割机结构简单，多个切割单元能够有选择的独立进行切割工作，工作过程既安全也利于降低能耗，采用环形金刚石线锯切割硅晶体，环形金刚石线锯运行平稳、速度快，切割效率高，环形金刚石线锯断线后上线简单、效率高。

附图说明

图1为本实施例多工位环形线锯切割机的主视结构示意图；

图2为本实施例多工位环形线锯切割机局部结构的侧视示意图；

图3为本实施例多工位环形线锯切割机的移动工作台的主视结构示意图；

图4为本实施例多工位环形线锯切割机的移动工作台的侧视结构示意图；

图5为另一实施例多工位环形线锯切割机的移动工作台的主视结构示意图；

图6为又一实施例多工位环形线锯切割机的移动工作台的主视结构示意图；

图7为本实施例多工位环形线锯切割机的切割单元的主视结构示意图；

图8为本实施例多工位环形线锯切割机的张紧轮组件的斜视结构示意图；

图9为本实施例多工位环形线锯切割机的上护罩的斜视结构示意图；

图10为本实施例多工位环形线锯切割机的下护罩的斜视结构示意图。

附图标记说明：

1、底座；11、限位挡块；12、移动导轨；13、限位挡板；

2、移动工作台；21、V型夹具；22、L型夹具；23、夹紧机构；24、定位吸铁；25、滚轮；

3、机架；

4、切割机构；

41、切割单元；

411、轮系安装面板；

4121、驱动轮组件；4122、从动轮；4123、张紧轮；4124、张紧臂；4125、重锤；4126、支撑件；

413、环形金刚石线锯；

42、切割架；421、长槽孔；

5、升降机构；51、伺服电机；52、减速机；53、提升螺杆；54、提升螺母；55、伸缩护罩；56、风琴护罩；57、直线导轨；

6、控制器；

71、上护罩；72、下护罩；

81、激光标线器；82、安装架；

91、喷淋管路；92、喷淋水嘴；

20、单晶硅棒；

30、多晶硅块。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1至图10，本发明提供了一种多工位环形线锯切割机，包括底座1、机架3、移动工作台2、升降机构5和切割机构4；所述底座1以及固定于底座1上的支架作为本装置的主体结构用于安装、承载其它组成部件，如：移动工作台2、升降机构5和切割机构4。

所述的移动工作台2作为待切割硅晶体的装夹机构，用于固定硅晶体，防止其在切割截断过程中，出现较大晃动甚至跑位，影响硅晶体的切割精度、切割品质。具体的，所述移动工作台2设置于底座1的侧边上，移动工作台2可沿底座1滑动到切割机构4下方，移动工作用于装夹待切割硅晶体。在实际使用时，先通过人工或者夹取设备将待切割的硅晶体置于移动工作台2上，并进行固定，然后沿着底座1将移动工作台2推到切割机构4的下方，方便后续的切割工作，使用移动工作台2，硅晶体的上下料更加方便、快捷。

所述的机架3用来安装、支撑升降机构5和切割机构4。具体的，所述机架3设置于底座1上，所述移动工作台2在底座1上的移动路径不经过机架3所在的位置，也就是说移动工作台2在底座1上移动时，不会与机架3发生干涉，不会对切割机的正常工作造成影响。

如图2所示，所述升降机构5用于带动切割机构4抬升或者下降，升降机构5带动切割机构4下降完成对移动工作台2上固定的硅晶体切割，升降机构5带动切割机构4完成后硅晶体切割后的抬刀过程。具体的，所述升降机构5安装于机架3上，由机架3将升降机构5抬升到一定的高度，以方便升降机构5带动切割机构4运动的过程。

所述的切割单元41用于对硅晶体实际执行切割操作。具体的，所述切割机构4包括切割架42和至少两个切割单元41，所述切割单元41安装于切割架42上，所述切割架42固定于升降机构5上，所述切割单元41包括轮系安装面板411、导轮组件和环形金刚石线锯413，所述导轮组件呈环状排布，所述环形金刚石线锯413布设于导轮组件的导轮线槽中，所述升降机构5用于带动处于工作状态切割单元41切割硅晶体。在具体的实施例中，所述的至少两个切割单元均固定于所述切割架42上，多个切割单元41前后排列在同一直线上，以方便切割同一移动工作台2上前后放置的多根硅晶体，以使得切割机构4可以实现一次对多根硅晶体的切割，并且采用环形金刚石线锯413进行切割，其运行平稳、速度快，切割效率高品质好。同时，在本实施例中，多个切割单元41虽由同一升降机构5驱动抬升或者下降，但每一个切割单元41均具有完整的运行机构，包括轮系安装面板411、导轮组件和环形金刚石线锯413，每一个切割单元41均可单独启动进行切割工作，那么在切割机不需要满载作业或只需要其中某组切割单元41进行作业时，可以停止其它切割单元41进行，既安全有利于降低能耗，节约使用成本。当然，在其中任意一个切割单元41损坏，比如环形金刚石线锯413发生断线，也不会影响其他切割单元41执行正常的切割工作。

本发明多工位环形线锯切割机结构简单，多个切割单元能够有选择的独立进行切割工作，工作过程既安全也利于降低能耗，采用环形金刚石线锯切割硅晶体，环形金刚石线锯运行平稳、速度快，切割效率高，环形金刚石线锯断线后上线简单、效率高。

请参阅图1和图2，作为本发明的一种优选实施例，所述升降机构5包括伺服电机51、减速机52、提升螺杆53和提升螺母54，所述伺服电机51设置于机架3顶端，伺服电机51经由减速机52与提升螺杆53连接，伺服电机51用于驱动提升螺杆53转动，所述提升螺母54套接于提升螺杆53上，所述切割架42与提升螺母54相固定，所述提升螺杆53转动带动提升螺母54上升或者下降。所述伺服电机51用于为升降机构5提供升降的驱动力。所述的减速机52则用于将伺服电机51输出轴输出的高转速降低，以减缓切割机构4的抬升或者下降速度。所述的提升螺杆53与提升螺母54配合，将提升螺杆53的旋转运动转化为提升螺母54的升降运动。所述安装切割单元41的切割架42与提升螺母54固定连接，进行可以通过切割架42带动切割单元41抬升或者下降。具体的升降机构5可以为丝杆升降机，所述切割架42与丝杆升降机的升降端固定，所述的升降机构5还可以是液压油缸、气缸等等，切割机构4与液压油缸或者气缸的伸缩杆固定。

如图2所示的实施例中，所述升降机构5还包括伸缩护罩55和风琴护罩56，所述伸缩护罩55设置于减速电机和切割架42之间，所述风琴护罩56固定于机架3的侧壁上，且风琴护罩56套设于提升螺杆53外部。优选的，所述伸缩护罩55为圆形伸缩护罩55，其套设在减速电机和切割架42之间的提升螺杆53上，用于保护提升螺杆53等部件不受粉尘和水雾的侵蚀，防止对升降机构5造成影响。在具体的实施例中，所述机架3上设置有直线导轨57，所述切割架42上设置有直线导轨57相适配的

请参阅图3至图5，所述移动工作台2上设置有V型夹具21，所述V型夹具V型边的夹角为90°，所述待切割硅晶体置于V型夹角内。V型夹具V型边的夹角为90°，其不仅适用于长方体多晶硅块30的斜切，还可适用于圆柱体单晶硅棒20的装夹，多晶硅块30放置在V型结构中，其在自身重力的作用下夹紧，固定非常平稳，不需要另外增加夹具，并且斜切多晶硅块30还有利于提高金刚石环形线锯的寿命，通用性强。所述的V型夹具21为并排设置的两个，也就是说移动工作台2上可以装夹两排硅晶体，切割效率更高。在某些其他的实施例中，所述V型夹具V型边的夹角也可以为120°或者110°，其用来固定单晶硅棒20较为适合。

在某些实施例中，所述的V型夹具21设置在移动工作台2台面内，具体是移动工作台2朝向切割机构的面上开下有内凹的V型凹槽，V型夹具21位于V型凹槽内。或者V型夹具21设置在移动工作台2台面上方，V型夹具21为独立的结构。优选的，所述V型夹具21为塑料材质制成，其在于防止滚轮25支撑件4126对硅晶材料造成的的品质造成影响，因为硅晶和铁质材料直接接触，铁质材料极有可能带有含有导磁性物质，导致硅片磁场边缘效应的复杂化，从而影响电池的品质。优选的，所述垫板可以为塑料垫板或者铝合金垫板，优选的采用尼龙66，其还能够防止硅晶材料表面被刮花。

如图6所示，作为本发明的一种优选实施例，所述移动工作台2上设置有L型夹具22和夹紧机构23，所述待切割硅晶体置于L型夹具22上，并由夹紧机构23锁固。所述的L型夹具22和夹紧机构23用于装夹长方体状的多晶硅块30，多晶硅块30的两相邻直角侧边与L型夹具22的两边相抵靠，并且有所述的夹紧机构23固定，所述螺杆螺母和夹紧板，所述夹紧板由螺杆螺母结构锁固在多晶硅块30上。

请参阅图1和图5，作为本发明的一种优选实施例，所述移动工作台2的底部设置有滚轮25，所述底座1上设置有与滚轮25相适配的移动导轨12，移动工作台2前侧壁或后侧壁底端的中间位置设置有定位吸铁24，所述切割机构4下方的底座1相适配的位置上设置有限位挡块11，移动工作台2移动到工作位置后由定位吸铁24和限位挡块11吸合定位。优选的，所述移动工作台2为两条，两条移动工作台2为左右对称布置，当第一移动工作台2切割完成后，通过人工拉出，采用滚轮25与移动导轨12的配合移动，滑动摩擦力较小，方便推动，移动路径稳定、效率更高。优选的，所述移动导轨12端部还设置有限位挡板13，限位挡板13用于防止移动工作台2从移动导轨12中脱出；在第一移动工作台2推出后，完成装料和对刀的第二移动工作台2，由人工推入，安装在移动工作台2前侧壁或者后侧壁底端的中间位置设置有定位吸铁24吸住限位限位挡板13后完成工作位置的定位，防止移动工作台2在切割过程的窜动和跑位，切割机对第二移动工作台2的硅晶料进行切割时，操作人员可以清理第一移动工作台2上的硅晶料，并做好下一轮的切割上料准备，从而实现设备有效切割时间的提高，提高切割效率，降低成本。

如图7和图8所示的实施例中，所述导轮组件包括驱动轮组件4121、从动轮4122和张紧轮组件，所述张紧轮组件包括张紧轮4123、张紧臂4124和重锤4125，所述张紧臂4124为曲形结构，所述张紧轮4123和重锤4125分别设置于张紧臂4124的两端，所述张紧臂4124通过支撑件4126连接轮系安装面板411。所述张紧臂4124为曲型结构，能够绕支撑件4126做旋转运动，张紧轮4123和重锤4125分别安装在张紧臂4124的两端，重锤4125向下的重力通过张紧支撑组件带动张紧轮4123旋转向环形金刚石线锯413施加平稳张力。所述驱动轮组件4121带动环形金刚石线锯413绕从动轮4122和张紧轮4123做环形运动。在优选的实施方案中，所述的切割单元41由具有一个驱动轮组件4121、两个从动导轮和一个张紧轮4123的四轮系切割单元41，且驱动轮组件4121和张紧轮4123组件位于整个轮系的上方，切割机构4设置三组的切割单元41由穿过轮系安装面板411上开设的长槽孔421的螺钉连接到切割架42上，相邻两组的切割单元41中间的距离可以通过调整螺钉的锁固位置进行调节，相邻两组的切割单元41的中心间距可以为300-500mm，以切割长度较为适中的硅晶体，每组的切割单元41的驱动轮伺服电机51都能够单独控制。优选的，本发明多工位环形线锯切割机还包括控制器6，所述控制器6与各切割单元41电连接，所述控制器6用于控制各个切割单元41的启停，以及通过控制驱动驱动轮运动的伺服电机51的转速控制环形金刚石线锯413的切割速度。优选的，所述控制器6还与升降机构5中伺服电机51电连接，用于控制升降机构5的工作启停，以及升降速度。在具体的实施例中，所述控制器6为单片机或者PLC，所述单片机可以为51系列的单片机，具体型号如：AT89S51,STC12C2051等，所述的PLC可以为西门子S7-200CN、S7-200、S7-300等系列产品，因为单片机与PLC控制技术已经较为成熟，在此便不多赘述。

请参阅图1和图3，作为本发明的一种优选实施例，还包括对刀机构，所述对刀机构包括激光标线器81和安装架82，所述安装架82经由螺钉固定在轮系安装面板411上，所述激光标线器81设置于安装架82上。由于激光镭射线的扩散性很小，调整激光镭射线和切割单元41中的环形金刚石线锯413在移动工作台2面上的投影线完全重合，只要在每次上料时保证硅晶料的切口和激光镭射线对齐，就能实现快速对刀。

如图1所述作为本发明的一种优选实施例，还包括喷淋装置，所述喷淋装置包括喷淋管路91和喷淋水嘴92，所述喷淋管路91经由拖链固定在轮系安装面板411上，所述喷淋水嘴92与喷淋管路91连通，喷淋水嘴92的喷嘴口朝向靠近移动工作台2的环形金刚石线锯413。喷淋水嘴92的喷嘴口朝向靠近移动工作台2的环形金刚石线锯413，既能够保证环形金刚石线锯413受到冲洗，还能够将喷淋水喷入到硅晶体切割时的锯缝中。经由喷淋装置喷淋水嘴92排出的水雾用于对切割单元41的环形金刚石线锯413以及硅晶体的锯缝处进行切割粉尘的清洗以及冷却降温。

请参阅图9和图10，作为本发明的一种优选实施例，还包括外护罩，所述外护罩包括上护罩71和下护罩72，所述上护罩71和下护罩72可分离设置，上护罩71罩设于切割机构4外部，并与切割机构4的切割架42固定，下护罩72安装于底座1上。上护罩71安装在切割架42上用于对切割单元41进行防护并防止喷淋液飞溅，以及在底座1中下部用于收集喷淋液的下护罩72。切割单元41要随升降机构5抬升或者下降，上护罩71也要随着切割机构4移动，因此上护罩71和下护罩72可分离设置。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多工位环形线锯切割机，其特征在于，包括底座、机架、移动工作台、升降机构和切割机构；

所述移动工作台设置于底座的侧边上，移动工作台用于装夹待切割硅晶体；

所述机架设置于底座上，所述移动工作台在底座上的移动路径不经过机架所在的位置；

所述升降机构安装于机架上；

所述切割机构包括切割架和至少两个独立运行的切割单元，所述切割单元安装于切割架上，所述切割架固定于升降机构上，所述切割单元包括轮系安装面板、导轮组件和环形金刚石线锯，所述环形金刚石线锯布设于导轮组件的导轮线槽中，所述升降机构用于带动处于工作状态切割单元切割硅晶体；

所述多工位环形线锯切割机还包括对刀机构，所述对刀机构包括激光标线器和安装架，所述安装架经由螺钉固定在轮系安装面板上，所述激光标线器设置于安装架上；

所述移动工作台的底部设置有滚轮，所述底座上设置有与滚轮相适配的移动导轨，移动工作台前侧壁或后侧壁底端的中间位置设置有定位吸铁，所述切割机构下方的底座上设置有限位挡块，移动工作台移动到工作位置后由定位吸铁和限位挡块吸合定位。

2.根据权利要求1所述的多工位环形线锯切割机，其特征在于，所述升降机构包括伺服电机、减速机、提升螺杆和提升螺母，所述伺服电机设置于机架顶端，伺服电机经由减速机与提升螺杆连接，伺服电机用于驱动提升螺杆转动，所述提升螺母套接于提升螺杆上，所述切割架与提升螺母相固定，所述提升螺杆转动带动提升螺母上升或者下降。

3.根据权利要求2所述的多工位环形线锯切割机，其特征在于，所述升降机构还包括伸缩护罩和风琴护罩，所述伸缩护罩设置于减速电机和切割架之间，所述风琴护罩固定于机架的侧壁上，且风琴护罩套设于提升螺杆外部。

4.根据权利要求1所述的多工位环形线锯切割机，其特征在于，所述移动工作台上设置有V型夹具，所述V型夹具V型边的夹角为90°，所述待切割硅晶体置于V型夹角内。

5.根据权利要求1所述的多工位环形线锯切割机，其特征在于，所述移动工作台上设置有L型夹具和夹紧机构，所述待切割硅晶体置于L型夹具上，并由夹紧机构锁固。

6.根据权利要求1所述的多工位环形线锯切割机，其特征在于，所述导轮组件包括驱动轮组件、从动轮和张紧轮组件，所述张紧轮组件包括张紧轮、张紧臂和重锤，所述张紧臂为曲形结构，所述张紧轮和重锤分别设置于张紧臂的两端，张紧臂通过支撑件固定在轮系安装面板上，张紧臂可绕支撑件转动，所述驱动轮组件带动环形金刚石线锯绕从动轮和张紧轮做环形运动。

7.根据权利要求1所述的多工位环形线锯切割机，其特征在于，还包括喷淋装置，所述喷淋装置包括喷淋管路和喷淋水嘴，所述喷淋管路经由拖链固定在轮系安装面板上，所述喷淋水嘴与喷淋管路连通，喷淋水嘴的喷嘴口朝向靠近移动工作台的环形金刚石线锯。

8.根据权利要求1所述的多工位环形线锯切割机，其特征在于，还包括外护罩，所述外护罩包括上护罩和下护罩，所述上护罩和下护罩可分离设置，上护罩罩设于切割机构外部，并与切割机构的切割架固定，下护罩安装于底座上。