CN109227976B - 一种自适应金刚石线锯切割设备 - Google Patents
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Abstract
一种自适应金刚石线锯切割设备。本发明属于金刚石设备技术领域，是用金刚石线锯对旋转晶锭工件进行切割，高速旋转并往复回转的驱动轮，带动金刚石线锯做往复运动，金刚石线锯被二个张紧轮所张紧，张紧轮处安装有气缸，以保证金刚石线锯处于一定的张力，同时加设两个导向轮以确保切割的精度和面型。所述旋转晶锭工件置于三爪卡盘上，三爪卡盘与旋转机构固定连接，由旋转电机驱动，旋转机构与升降进给机构固定连接，升降进给机构与水平进给机构固定连接，水平进给机构安置于工作台上，由步进电机驱动进给。整体装置采用PLC控制，其结构简单，操作方便。
Description
技术领域
本发明主要用来实现脆硬材料的精密切割，例如单晶硅、多晶硅、陶瓷、玻璃、耐火材料、岩样、矿样、建筑材料、PCB板等，属于金刚石设备技术领域；特别是涉及一种金刚石线锯切割设备。
背景技术
硬脆材料是指硬度高、脆性大的材料，如单晶硅、砷化镓、特种陶瓷、微晶玻璃、部分复合材料等。由于硬脆材料自身特殊的物理力学性能，因此加工难度较大，常规的金属切削机床很难对其进行加工。
现下，金刚石线锯切割技术是近十年来发展的一项新型硬脆材料切割技术，其切割能力强、效率高、质量好，逐渐成为目前切割硬脆性材料工程材料的主要加工方式之一；金刚石线锯切割采用线锯往复式运动的方式，使金刚石线锯与被切割工件之间形成相对的切削运动，从而实现线锯切割的目的。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种自适应金刚石线锯切割设备。
本发明的技术方案：一种自适应金刚石线锯切割设备，包括机架(1)、设于机架(1)上部的水平进给机构、升降进给机构、旋转机构及驱动机构；
所述水平进给机构包括步进电机(3)、与步进电机(3)相互配合运动的进给丝杠(5)和进给螺母，在所述水平进给机构上设有与进给丝杠(5)互相平行的导轨一(6)，所述进给丝杠(5)通过联轴器一(4)与步进电机(3)的输出轴连接，所述水平进给机构与所述升降进给机构通过进给螺母可拆卸式连接；
所述升降进给机构包括升降电机(7)、与升降电机相互配合运动的升降丝杠(9)和升降螺母，在所述升降进给机构上设有与所述升降丝杠(9)平行的导轨二(10)，所述升降丝杠(9)通过联轴器二(8)与升降电机(7)的输出轴连接，所述升降进给机构与旋转机构通过升降螺母可拆卸式连接；
所述旋转机构包括旋转电机(13)，与旋转电机(13)固定连接、且安设于旋转电机(13)上方的工件台二(12)，在所述工件台二(12)的上方还设有三爪卡盘(11)，所述旋转电机(13)与三爪卡盘(11)通过旋转电机轴固定连接；
所述驱动机构包括电机主轴、电机架(26)及固定连接在电机架(26)下方的驱动电机(27)、所述电机主轴通过联轴器三(25)固定连接有驱动轮轴；所述驱动机构由驱动电机(27)固定连接在电机架(26)上。
在所述机架(1)上可拆卸式安设有固定装置，所述固定装置安设于水平进给机构、升降进给机构、旋转机构及驱动机构的外部，
在所述固定装置的外部设有调节螺钉(15)、导向轮调块(16)、至少两个导向轮(17)、金刚石线锯(19)、张紧轮(20)、气缸(21)、驱动轮(22)；
在所述固定装置的内部、所述驱动机构的上部设有主动齿轮(23)及从动齿轮(24)。
在所述升降进给机构上设有工件台三，所述旋转机构中的工件台二(12)与升降进给机构的工件台三可拆卸式连接。
所述导向轮(17)、张紧轮(20)及驱动轮(22)均设于固定装置的外部、且三者处于同一水平高度，上述三者相互配合组成所述金刚石线锯(19)运动中的导向装置。
在所述张紧轮(20)的下方安设有气缸(21)。
所述导向轮调块(16)连接有导向轮(17)，在所述导向轮调块(16)上设有调节螺钉(15)，所述调节螺钉(15)与所述导向轮调块(16)相配合，用于调节述两个导向轮(17)之间的距离。
所述固定装置与所述旋转机构通过紧定螺母(18)可拆卸式连接。
在所述机架(1)的上部、水平进给机构及驱动机构的下部还设有固定板；在所述水平进给机构与固定板还固定安设有工作台一(2)。
本发明的有益效果：本发明的设备采用卧式操作方案，该方案不但扩展了被加工材料的运动空间，同时也方便布置其他装置，设备结构更为紧凑；本设备是通过预先控制电机的正反转来直接控制锯丝的换向，比现有设备的换向效率高；另外，本发明采用环形金刚石线锯切割，通过调节气缸压强，张紧轮始终给运动中的锯丝一个恒定的张力，以此保障锯丝张紧力，减少锯丝的振动，提高加工质量；旋转机构带动工件绕自身往复旋转，在恒定张紧力的作用下，环形金刚石线锯开始切割，并不需要水平进给机构的水平进给；本发明整体装置采用PLC控制，只要打开控制页面即可控制所有装置运行，其结构简单，操作方便。
附图说明
图1为本发明金刚石线锯切割设备的结构示意图；
图2为本发明金刚石线锯切割设备的后视图；
图3为本发明的切割方法的切割示意图；
图4为本发明中水平进给机构、升降进给机构及旋转机构的结构示意图；
图中1是机架，2是工作台一，3是步进电机，4是联轴器一，5是进给丝杠，6是导轨一，7是升降电机，8是联轴器二，9是升降丝杠，10是导轨二，11是三爪卡盘，12是工作台二，13是旋转电机，14是旋转晶锭工件，15是调节螺钉，16是导向轮调块，17是导向轮，18是紧定螺母，19是金刚石线锯，20是张紧轮，21是气缸，22是驱动轮，23是主动齿轮，24是从动齿轮，25是联轴器三，26是电机架，27是电机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明；一种自适应金刚石线锯切割设备，包括机架(1)、设于机架(1)上部的水平进给机构、升降进给机构、旋转机构及驱动机构；
所述水平进给机构包括步进电机(3)、与步进电机(3)相互配合运动的进给丝杠(5)和进给螺母，在所述水平进给机构上设有与进给丝杠(5)互相平行的导轨一(6)，所述进给丝杠(5)通过联轴器一(4)与步进电机(3)的输出轴连接，所述水平进给机构与所述升降进给机构通过进给螺母可拆卸式连接；
所述升降进给机构包括升降电机(7)、与升降电机相互配合运动的升降丝杠(9)和升降螺母，在所述升降进给机构上设有与所述升降丝杠(9)平行的导轨二(10)，所述升降丝杠(9)通过联轴器二(8)与升降电机(7)的输出轴连接，所述升降进给机构与旋转机构通过升降螺母可拆卸式连接；
所述旋转机构包括旋转电机(13)，与旋转电机(13)固定连接、且安设于旋转电机(13)上方的工件台二(12)，在所述工件台二(12)的上方还设有三爪卡盘(11)，所述旋转电机(13)与三爪卡盘(11)通过旋转电机轴固定连接；
所述驱动机构包括电机主轴、电机架(26)及固定连接在电机架(26)下方的驱动电机(27)、所述电机主轴通过联轴器三(25)固定连接有驱动轮轴；所述驱动机构由驱动电机(27)固定连接在电机架(26)上。
在所述机架(1)上可拆卸式安设有固定装置，所述固定装置安设于水平进给机构、升降进给机构、旋转机构及驱动机构的外部，
在所述固定装置的外部设有调节螺钉(15)、导向轮调块(16)、至少两个导向轮(17)、金刚石线锯(19)、张紧轮(20)、气缸(21)、驱动轮(22)；
在所述固定装置的内部、所述驱动机构的上部设有主动齿轮(23)及从动齿轮(24)。
在所述升降进给机构上设有工件台三，所述旋转机构中的工件台二(12)与升降进给机构的工件台三可拆卸式连接。
所述导向轮(17)、张紧轮(20)及驱动轮(22)均设于固定装置的外部、且三者处于同一水平高度，上述三者相互配合组成所述金刚石线锯(19)运动中的导向装置。
在所述张紧轮(20)的下方安设有气缸(21)；张紧轮(20)的下方安设有气缸(21)，用以保证金刚石线锯(19)处于一定的张力，通过调节气缸压强实现控制，气缸(21)通过张紧轮(20)始终给运动中的锯丝一个恒定的张力，以此保障锯丝张紧力，减少锯丝的振动，提高加工质量。
所述导向轮调块(16)连接有导向轮(17)，在所述导向轮调块(16)上设有调节螺钉(15)，所述调节螺钉(15)与所述导向轮调块(16)相配合，用于调节述两个导向轮(17)之间的距离，调节螺钉(15)可以调整两个导向轮(17)之间的距离从而改变切割段锯丝的长度，进而抑制锯丝振动。这样使得锯丝运动有序、平稳。
所述固定装置与所述旋转机构通过紧定螺母(18)可拆卸式连接。
在所述机架(1)的上部、水平进给机构及驱动机构的下部还设有固定板；在所述水平进给机构与固定板还固定安设有工作台一(2)。
本发明是用金刚石线锯(19)对旋转晶锭工件(14)进行切割，高速旋转并往复回转的驱动轮(22)，带动金刚石线锯(19)做往复运动，金刚石线锯(19)被二个张紧轮(20)所张紧，张紧轮(22)处安装有气缸(21)，以保证金刚石线锯(19)处于一定的张力，同时加设两个导向轮(17)以确保切割的精度和面型；在所述三爪卡盘(11)上安置有旋转晶锭工件(14)，三爪卡盘(11)与旋转机构固定连接，由旋转电机(13)驱动，旋转机构与升降进给机构固定连接，升降进给机构与水平进给机构固定连接，水平进给机构安置于工作台一(2)上，由步进电机(3)驱动进给。
本发本发明的切割方法：本发明采用PLC控制器控制旋转机构，切割开始前，打开PLC控制器界面，控制旋转晶锭工件(14)水平方向的进给，将旋转晶锭工件(14)由旋转机构带动做往复式运转；旋转晶锭工件(14)在水平进给机构和升降机构的驱动下，进入金刚石线锯(19)切割区域，控制旋转晶锭工件(14)垂直方向的进给，调整被切割旋转晶锭工件(14)的厚度，关闭水平进给机构与升降进给机构，等待切割；
切割开始，驱动电机(27)通过变速机构将动力传递至驱动轮(22)，两只驱动轮(22)与主动齿轮(23)及从动齿轮(24)啮合可实现相同的转速和转向，两只驱动轮(22)分别周期性完成收丝和放丝过程，实现锯丝的锯切动作。
其中，动力由可实现正反转和无级调速的直流电机提供，通过变速机构将动力传递至驱动轮(22)，驱动轮(22)与导向轮(17)及张紧轮(20)可实现相同的转速和转向，两只驱动轮(22)分别周期性完成收丝和放丝过程，实现锯丝的锯切动作。锯丝导向装置主要由四个导轮组成，这四个导轮可在实现导向的同时减少锯丝的振动，并且方便驱动轮驱动轮(22)的收、放丝过程，切割位置的两导轮可以根据需要调节跨度，以此改变参加锯切的锯丝长度；
与此同时，旋转机构同时带动旋转晶锭工件(14)绕自身往复旋转，在恒定张紧力的作用下(通过调节气缸压强，张紧轮始终给运动中的锯丝一个恒定的张力，以此保障锯丝张紧力，减少锯丝的振动，提高加工质量)，金刚石线锯(19)开始切割，并不需要水平进给机构的水平进给，金刚石线锯(19)的运行方向与旋转晶锭工件(14)轴向垂直；
切割结束，关闭旋转机构，在升降进给机构与水平进给机构的带动下，工件台二(12)推出切割区域。
本发明的设备采用卧式操作方案，该方案不但扩展了被加工材料的运动空间，同时也方便布置其他装置，设备结构更为紧凑；本设备是通过预先控制电机的正反转来直接控制锯丝的换向，比现有设备的换向效率高；另外，本发明采用环形金刚石线锯切割，通过调节气缸压强，张紧轮始终给运动中的锯丝一个恒定的张力，以此保障锯丝张紧力，减少锯丝的振动，提高加工质量；旋转机构带动工件绕自身往复旋转，在恒定张紧力的作用下，环形金刚石线锯开始切割，并不需要水平进给机构的水平进给；本发明整体装置采用PLC控制，只要打开控制页面即可控制所有装置运行，其结构简单，操作方便。
Claims (1)
1.一种自适应金刚石线锯切割设备，其特征在于：包括机架(1)、设于机架(1)上部的水平进给机构、升降进给机构、旋转机构及驱动机构；
所述水平进给机构包括步进电机(3)、与步进电机(3)相互配合运动的进给丝杠(5)和进给螺母，在所述水平进给机构上设有与进给丝杠(5)互相平行的导轨一(6)，所述进给丝杠(5)通过联轴器一(4)与步进电机(3)的输出轴连接，所述水平进给机构与所述升降进给机构通过进给螺母可拆卸式连接；
所述升降进给机构包括升降电机(7)、与升降电机相互配合运动的升降丝杠(9)和升降螺母，在所述升降进给机构上设有与所述升降丝杠(9)平行的导轨二(10)，所述升降丝杠(9)通过联轴器二(8)与升降电机(7)的输出轴连接，所述升降进给机构与旋转机构通过升降螺母可拆卸式连接；
所述旋转机构包括旋转电机(13)，与旋转电机(13)固定连接、且安设于旋转电机(13)上方的工件台二(12)，在所述工件台二(12)的上方还设有三爪卡盘(11)，所述旋转电机(13)与三爪卡盘(11)通过旋转电机轴固定连接；
所述驱动机构包括电机主轴、电机架(26)及固定连接在电机架(26)下方的驱动电机(27)、所述电机主轴通过联轴器三(25)固定连接有驱动轮轴；所述驱动机构由驱动电机(27)固定连接在电机架(26)上；
在所述机架(1)上可拆卸式安设有固定装置，所述固定装置安设于水平进给机构、升降进给机构、旋转机构及驱动机构的外部，
在所述固定装置的外部设有调节螺钉(15)、导向轮调块(16)、至少两个导向轮(17)、金刚石线锯(19)、张紧轮(20)、气缸(21)、驱动轮(22)；
在所述固定装置的内部、所述驱动机构的上部设有主动齿轮(23)及从动齿轮(24)；
在所述升降进给机构上设有工件台三，所述旋转机构中的工件台二(12)与升降进给机构的工件台三可拆卸式连接；
所述导向轮(17)、张紧轮(20)及驱动轮(22)均设于固定装置的外部、且三者处于同一水平高度，上述三者相互配合组成所述金刚石线锯(19)运动中的导向装置；
在所述张紧轮(20)的下方安设有气缸(21)；
所述导向轮调块(16)连接有导向轮(17)，在所述导向轮调块(16)上设有调节螺钉(15)，所述调节螺钉(15)与所述导向轮调块(16)相配合，用于调节述两个导向轮(17)之间的距离；
所述固定装置与所述旋转机构通过紧定螺母(18)可拆卸式连接；
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在所述水平进给机构与固定板还固定安设有工作台一(2)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Application publication date: 20190118 Assignee: Center for technology transfer Jiangsu University of Science and Technology Assignor: JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2021980006173 Denomination of invention: An adaptive diamond wire saw cutting equipment Granted publication date: 20210319 License type: Common License Record date: 20210714 |
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| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract | ||
| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Center for technology transfer Jiangsu University of Science and Technology Assignor: JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY Contract record no.: X2021980006173 Date of cancellation: 20210826 |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Effective date of registration: 20231122 Address after: 212200 No. 127, GANGLONG Road, Yangzhong Economic Development Zone, Zhenjiang City, Jiangsu Province (in the science and Innovation Center) Patentee after: Jiangsu Zhongchang Precision Technology Co.,Ltd. Address before: No.2, Mengxi Road, Jingkou District, Zhenjiang City, Jiangsu Province, 212008 Patentee before: JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY |