CN114273740A - 一种三辊金刚线多线切割机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三辊金刚线多线切割机，属于金刚线切割技术领域，包括床身，所述床身上设有切割组件，所述切割组件包括三个辊体，且其中一个辊体相对于另外两个辊体倾斜设置，三个辊体所在区域形成切割室，且所述切割室的顶部具有用于进给待切割件的进给组件，所述床身上安装有并排设置的收线装置和放线装置，所述放线装置放出的金刚线依次通过三个辊体并在三个辊体上均匀缠绕形成线网后与收线装置连接，本发明能够避免金刚线出现跳线、斜拉等现象，提高线网稳定性，有助于提高切割质量和切割效率，进给精度高，动态响应性能强，同时，采用滚动进电方式，减小导电辊与金刚线之间摩擦力，提升进电元件寿命，降低金刚线磨损。

Description

一种三辊金刚线多线切割机

技术领域

本发明属于金刚线切割技术领域，具体地说涉及一种三辊金刚线多线切割机。

背景技术

晶硅切片领域向高切割效率、大片化、细线化、高速化、大装载量的方向发展，目前主要采用双主辊金刚线切割方式，大片化的需求使得切割辊的直径越来越大，增大了切割辊的转动惯量，影响切割辊同步控制的动态性能。同时，随着切割辊的直径增大，轴距随之增大，导致硅片切割质量下降。此外，在大装载量和切割效率提高的同时使得切削负荷不断增大，细线化和高速化导致金刚线可使用张力下降、同步控制困难。

申请号为CN201910969518.9，名称为金刚石多线电火花放电切削方法及线切割装置，在传统两辊切割方式下，增加第三辊(进电辊)为金刚线线网供电，金刚线经一侧排线轮、张力轮和导向轮，缠绕到两个加工辊，再经过导向轮、张力轮和排线轮，最后缠绕到另一侧收放线轮上。三辊式结构增大了切割空间，使得切割辊的直径可以小于被切割硅棒的直径，从而为减小转动惯量提供空间，但是，现有的复合加工方式存在以下问题：1、增设进电辊增加了跳线、斜拉的可能性，导致金刚石颗粒易脱离金刚线甚至断线，影响切割效率和切割质量；2、采用多线切割方式的线网结构较为复杂，线网张力稳定性不易把控，增加了线网张力；3、采用电刷供电方式，电刷磨损较快，需要频繁停机更换电刷，影响切割效率；4、进给机构笨重，导致进给精度低，动态响应性能差，长久易静力变形。

发明内容

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种三辊金刚线多线切割机。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种三辊金刚线多线切割机，包括床身，所述床身上设有切割组件，所述切割组件包括三个辊体，且其中一个辊体相对于另外两个辊体倾斜设置，三个辊体所在区域形成切割室，且所述切割室的顶部具有用于进给待切割件的进给组件，所述床身上安装有并排设置的收线装置和放线装置，所述放线装置放出的金刚线依次通过三个辊体并在三个辊体上均匀缠绕形成线网后与收线装置连接。

进一步，所述三个辊体包括第一切割辊、第二切割辊及导电辊，所述第一切割辊、第二切割辊平行设置，所述导电辊位于第一切割辊、第二切割辊的下方，且导电辊在平面内倾斜设置，保证金刚线走线方向与导电辊表面的过渡线槽相契合。

进一步，所述第一切割辊和第二切割辊的直径相同。

优选的，所述导电辊的直径小于第一切割辊的直径，且导电辊不需要独立驱动，即导电辊为从动导电辊，运转的加速、减速依靠线网作用力实现。

优选的，所述导电辊的直径略小于第一切割辊的直径相同，且导电辊需要独立驱动，即导电辊为主动导电辊。

进一步，所述导电辊的轴线与第一切割辊的轴线夹角为ɑ，且α>0°，所述过渡线网在平行线网所在面的投影与平行线网的夹角为β，且β>0°。

进一步，所述第一切割辊上开设与其轴线相垂直的第一线槽，所述第二切割辊上开设与其轴线相垂直的第二线槽，所述过渡线槽与导电辊的轴线相垂直。

进一步，所述第一线槽、第二线槽和过渡线槽均平行且等间隔的设有多个。

进一步，所述线网包括过渡线网以及用于形成切割区的平行线网，且过渡线网在平行线网所在面的投影与平行线网存在夹角。

优选的，金刚线首先导入第一线槽，然后倾斜导入过渡线槽，并经过渡线槽倾斜导入下一个第二线槽，金刚线经第二线槽平行导入第一线槽，往返缠绕形成线网。

优选的，金刚线首先倾斜导入过渡线槽，并经过渡线槽倾斜导入第二线槽，金刚线经第二线槽平行导入第一线槽，最后，金刚线经第一线槽倾斜导入下一个过渡线槽，往返缠绕形成线网。

进一步，所述线网的进线端设有放线组件，其出线端设有收线组件，且放线组件与收线组件的结构相同。

进一步，所述放线组件包括收放线辊、排线轮和张力轮，所述张力轮通过张力摆杆与张力电机传动连接，所述张力电机提供恒定扭矩为金刚线提供恒定张力，保证导入线网的金刚线张力恒定。

进一步，位于放线组件与收线组件中的张力电机提供的恒定扭矩相等。

进一步，在金刚线排线过程中，排线轮往复运动，以保证金刚线与收放线辊的轴线垂直。

进一步，所述导电辊上设有导电滑环，且导电辊的表面设有导电层，金刚线与导电层相对静止接触，所述导电滑环的外侧设有与其滚动接触的导电轮，所述导电轮外接高频脉冲电源，电流经导电轮、导电滑环、导电层传递至金刚线。

进一步，所述导电层沿着导电辊的长度方向延伸，实现线网稳定供电。

进一步，所述导电滑环与导电辊设为一体式结构，即在导电辊上加工出呈环形的导电滑环。

进一步，所述导电轮包括可相对转动的动子和定子，所述动子与导电滑环滚动接触，且动子的表层采用导电材料制成。

进一步，所述动子和定子之间设有轴承，且定子与高频脉冲电源形成电流通路。

进一步，所述轴承安装在定子上，并用轴用挡圈固定，所述动子安装在轴承上，并用孔用挡圈固定。

进一步，所述进给组件包括立柱和滑枕，所述滑枕上设有工件导向滑轨，且待切割件通过导电粘板与工件导向滑轨可滑动连接，实现待切割件上下料，所述滑枕与立柱可滑动连接，实现待切割件切割进给。

进一步，所述导电粘板上设有与工件导向滑轨相匹配的夹持导轨。

进一步，所述夹持导轨与工件导向滑轨相嵌设置并液压夹紧。

进一步，所述工件导向滑轨位于滑枕的底部。

优选的，所述夹持导轨嵌设在工件导向滑轨内部。

优选的，所述工件导向滑轨嵌设在夹持导轨内部。

进一步，所述工件导向滑轨、夹持导轨和导电粘板均采用导电材料制成。

进一步，所述工件导向滑轨与滑枕之间设有绝缘层。

进一步，所述立柱位于滑枕的一侧，即采用单立柱结构，既能为滑枕及待切割件提供足够的安装调试空间，又便于待切割件上下料。

进一步，所述立柱上设有进给滑轨，所述滑枕上设有与进给滑轨滑动连接的滑块。

进一步，所述立柱上设有驱动滑枕沿着进给滑轨滑动的动力组件。

优选的，所述进给滑轨沿着竖直方向设置，所述工件导向滑轨沿着水平方向设置。

进一步，所述待切割件通过导电胶粘接在导电粘板上。

进一步，所述导电轮与高频脉冲电源的其一电极形成电流通路，电流经导电轮、导电滑环传递至导电辊，金刚线与导电层相对静止接触得到供电，所述高频脉冲电源的另一极与待切割件连接形成通路实现供电，待切割件和金刚线接触形成电流通路产生电火花用于切割，由于放电作用，增加了放电刻蚀去除，提高了切片效率。

进一步，所述立柱固设于床身上。

本发明的有益效果是：

1、导电辊倾斜设置，保证金刚线走线方向与导电辊表面的过渡线槽相契合，避免金刚线出现跳线、斜拉等现象，提高线网稳定性，有助于提高切割质量和切割效率。

2、倾斜设置的导电辊与第一切割辊、第二切割辊形成三辊式结构，有利于提高线网边缘位置张力的稳定性，保证切割质量的一致性，同时，在放线组件与收线组件中，通过张力电机提供恒定且相等的扭矩，有助于提高线网张力的稳定性，从而提高切割质量及保证切割质量的一致性。

3、利用导电轮与导电滑环滚动接触，采用滚动进电方式，减小导电辊与金刚线之间摩擦力，提升进电元件寿命，降低金刚线磨损。

4、待切割件通过导电粘板与工件导向滑轨可滑动连接，实现待切割件上下料，滑枕与立柱可滑动连接，实现待切割件切割进给，结构简单，有助于减轻重量，防止发生静力变形，提高进给精度，增强动态响应性能。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的整体结构示意图；

图3是切割组件与线网的俯视图；

图4是切割组件的俯视图；

图5是切割组件的左视图；

图6是导电辊与导电轮的装配示意图；

图7是导电轮的结构示意图；

图8是进给组件的结构示意图；

图9是进给组件的右视图。

附图中：100-切割组件、101-第一切割辊、102-第二切割辊、103-导电辊、104-金刚线、105-平行线网、106-过渡线网、107-导电层、108-导电滑环、109-第一线槽、110-第二线槽、111-过渡线槽；

200-进给组件、201-滑枕、202-立柱、203-工件导向滑轨、204-导电粘板、205-夹持导轨、206-进给滑轨；

300-放线组件、301-收放线辊、302-排线轮、303-张力轮、304-张力电机；

400-收线组件、500-床身、600-待切割件、700-导电轮、701-定子、702-动子、703-轴承。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。

实施例一：

如图1-图5所示，一种三辊金刚线多线切割机，包括床身500、切割组件100和进给组件200，所述切割组件100与床身500可转动连接。所述切割组件100采用三辊式结构，金刚线104围绕切割组件100形成线网，所述线网包括过渡线网106以及用于形成切割区的平行线网105，且过渡线网106在平行线网105所在面的投影与平行线105网存在夹角，所述进给组件200与平行线网105对应设置，以带动待切割件600进给实现切割。

所述切割组件100包括三个辊体，且其中一个辊体相对于另外两个辊体倾斜设置，三个辊体所在区域形成切割室。具体的，三个辊体包括第一切割辊101、第二切割辊102及导电辊103，可扩展切割空间，有利于切割更大尺寸待切割件600，同时，可减小第一切割辊101、第二切割辊102直径，降低转动惯量。具体的，第一切割辊101、第二切割辊102及导电辊103呈倒立的等腰三角形布置，第一切割辊101、第二切割辊102平行设置且位于等腰三角形的底边端点，所述导电辊103位于第一切割辊101、第二切割辊102的正下方，所述第一切割辊101上开设与其轴线相垂直的第一线槽109，所述第二切割辊102上开设与其轴线相垂直的第二线槽110，相对应的，所述导电辊103上开设与其轴线相垂直的过渡线槽111。同时，所述第一线槽109、第二线槽110和过渡线槽111均平行且等间隔的设有多个，金刚线104沿着第一线槽109、第二线槽110和过渡线槽111走线，以满足多线切割机的线网要求。

所述导电辊103在平面内倾斜设置，保证金刚线104走线方向与导电辊103表面的过渡线槽111相契合，即金刚线104沿着过渡线槽111走线，避免金刚线104出现跳线、斜拉等现象，有助于提高切割质量和切割效率。具体的，导电辊103的中心位于等腰三角形的顶点。同时，所述第一切割辊101和第二切割辊102的直径相同，所述导电辊103的直径小于第一切割辊101的直径，且导电辊103不需要独立驱动，即导电辊103为从动导电辊，运转的加速、减速依靠线网作用力实现。在其他一些实施例中，所述导电辊103的直径略小于第一切割辊101的直径，且导电辊103需要独立驱动，即导电辊103为主动导电辊。所述导电辊103的轴线与第一切割辊101的轴线夹角为ɑ，且α>0°，所述过渡线网106在平行线网105所在面的投影与平行线网105的夹角为β，且β>0°。

所述线网的进线端设有放线组件300，其出线端设有收线组件400，且放线组件300与收线组件400的结构相同。所述放线组件300包括收放线辊301、排线轮302和张力轮303，金刚线104在收放线辊301上呈螺旋式往复排列，金刚线104从收放线辊301出发后需要排线轮302往复运动配合，尽量保证金刚线101与收放线辊301轴线垂直，有利于保证金刚线104的线速稳定，提高切割质量。金刚线104从放线组件300的排线轮302离开后经导入张力轮303，所述张力轮303通过张力摆杆与张力电机304传动连接，所述张力电机304提供恒定扭矩为金刚线104提供恒定张力，保证导入线网的金刚线104张力恒定。之后，金刚线104由导向轮导入第一线槽109中，此时，导向轮位于第一切割辊101的上方，减小金刚线104与第一切割辊101的夹角，然后倾斜导入过渡线槽111，并经过渡线槽111倾斜导入下一个第二线槽110，缠绕近半圈后，金刚线104经第二线槽110平行导入第一线槽109，缠绕近半圈后，倾斜导入下一个过渡线槽111，如此往返缠绕，在第一切割辊101、第二切割辊102之间形成平行线网105，在第一切割辊101、第二切割辊102下方形成过渡线网106。三辊式走线结构有利于提高线网边缘位置张力的稳定性，从而改善线网边缘位置处切割质量，保证切割质量的一致性。同时，减小进出线端线网之间的夹角，减小线网对第一切割辊101、第二切割辊102的作用力，降低径向载荷，减小变形，提高切片质量，此外，也减小了第一切割辊101、第二切割辊102轴承的载荷，有利于提高轴承及轴箱的寿命，降低维护成本。

线网排布结束后，金刚线104由第二切割辊102引出，经由导向轮后离开切割室，之后导入收线组件400的张力轮，由驱动张力摆杆的张力电机输出的恒扭矩为金刚线104提供恒定张力，保证导入收线组件的金刚线104的张力恒定且与切割区张力相等，也就是说，位于放线组件300与收线组件400中的张力电机提供的恒定扭矩相等。在反向放出金刚线104时，张力均匀，金刚线104长度不变，避免金刚线104由于张力不一致导致长度突变引起张力摆杆大幅度摆动，导致金刚线104张力波动大。同时，收线组件中的排线轮往复运动使金刚线104以往复螺旋方式均匀排列在收放线辊上，保证了卷径有规律的缓慢变化，有利于张力控制。

在其他一些实施例中，金刚线104经导向轮首先倾斜导入过渡线槽111，此时，导向轮位于第一切割辊101的的斜上方，减小金刚线104与导电辊103的夹角，之后，经过渡线槽111倾斜导入第二线槽110，缠绕近半圈后，金刚线104经第二线槽110平行导入第一线槽109，缠绕近半圈后，金刚线104经第一线槽109倾斜导入下一个过渡线槽111，往返缠绕形成线网。也就是说，金刚线104可通过导电辊103或第一切割辊101导入线网，布线方式灵活。

实施例二：

如图1-图7所示，所述导电辊103上设有导电滑环108，且导电辊103的表面设有导电层107，金刚线104与导电层107相对静止接触。所述导电滑环108与导电辊103设为一体式结构，即在导电辊103上加工出呈环形的导电滑环108，便于加工，节省成本。优选的，所述导电滑环108位于导电辊103的端部。同时，所述导电辊103的一端或两端设有导电滑环108，即导电辊103可采用一端接触导电方式，或两端接触导电方式。本实施例中，所述导电辊103的两端均设有导电滑环108，实现两端同时接触供电。所述导电层107沿着导电辊103的长度方向延伸，实现线网稳定均匀供电。

所述导电滑环108的外侧设有与其滚动接触的导电轮700，所述导电轮700外接高频脉冲电源，电流经导电轮700、导电滑环108、导电层107传递至金刚线104。所述导电轮700包括可相对转动的动子702和定子701，所述动子702与导电滑环108滚动接触，且动子702的表层采用导电材料制成。所述动子702和定子701之间设有轴承703，且定子701与高频脉冲电源形成电流通路。所述轴承703安装在定子701上，并用轴用挡圈固定，所述动子702安装在轴承703上，并用孔用挡圈固定。

实施例三：

如图1-图9所示，所述进给组件200包括立柱202和滑枕201，所述滑枕201上设有工件导向滑轨203，且待切割件600通过导电粘板204与工件导向滑轨203可滑动连接，实现待切割件600上下料，所述滑枕201与立柱202可滑动连接，实现待切割件600切割进给。

具体的，所述待切割件600通过导电胶粘接在导电粘板204上，优选的，所述导电胶为碳浆、银浆等。所述工件导向滑轨203位于滑枕201的底部，相对应的，所述导电粘板204上设有与工件导向滑轨203相匹配的夹持导轨205，所述夹持导轨205与工件导向滑轨203相嵌设置并液压夹紧。所述进给组件200的一侧设有转移组件，且转移组件上设有与夹持导轨205匹配的转移滑轨，导电粘板204沿着转移滑轨滑动至工件导向滑轨203，实现待切割件600由转移组件至进给组件的转移，即实现上料。导电粘板204沿着工件导向滑轨203滑动至转移滑轨，实现待切割件600由进给组件至转移组件的转移，即实现下料。

本实施例中，所述夹持导轨205嵌设在工件导向滑轨203内部，具体的，工件导向滑轨203内部设有容纳夹持导轨205的容纳腔，且容纳腔设为两端开口结构，夹持导轨205自容纳腔的一端滑动进入容纳腔中，同时，在待切割件600的重力作用下，夹持导轨205不能自容纳腔中脱落。在其他一些实施例中，所述工件导向滑轨203还可嵌设在夹持导轨205内部，同样可以实现卡紧效果。

所述导电轮700与高频脉冲电源的其一电极形成电流通路，电流经导电轮700、导电滑环108传递至导电辊103，金刚线104与导电层107相对静止接触得到供电。工件导向滑轨203、夹持导轨205和导电粘板204均采用导电材料制成，所述工件导向滑轨203与高频脉冲电源的另一电极形成电流通路，由于待切割件600通过导电胶粘接在导电粘板204上，电流经工件导向滑轨203、夹持导轨205、导电粘板204到达待切割件600，即高频脉冲电源的另一极与待切割件600连接形成通路实现供电，待切割件600和金刚线104接触形成电流通路产生电火花用于切割，由于放电作用，增加了放电刻蚀去除，提高了切片效率。此外，所述工件导向滑轨203与滑枕201之间设有绝缘层，避免电流到达滑枕201，对滑枕201造成损坏。

所述立柱202位于滑枕201的一侧，且立柱固设于床身500上，即采用单立柱结构，既能为滑枕201及待切割件600提供足够的安装调试空间，提高安装调试精度，又便于待切割件600上下料。所述立柱202上设有进给滑轨206，所述滑枕201上设有与进给滑轨206滑动连接的滑块，优选的，所述滑块间隔的设有多个，以提高滑动稳定性。本实施例中，切割组件100沿着水平方向设置，进给组件200位于切割组件100的上方，所述进给滑轨206沿着竖直方向设置，所述工件导向滑轨203沿着水平方向设置，也就是说，待切割件600沿着水平方向上下料，同时，待切割件600沿着竖直方向进给，结构简单。所述立柱202上设有驱动滑枕201沿着进给滑轨206滑动的动力组件。优选的，所述动力组件包括传动连接的电机和丝杠，所述丝杠固设于立柱202上，同时，丝杠的螺母与滑枕201固连，电机带动丝杠旋转，进而驱动滑枕201沿着进给滑轨206滑动，实现待切割件600的进给操作。

在其他一些实施例中，切割组件100沿着竖直向设置，进给组件200位于切割组件100的一侧，所述进给滑轨7还可沿着水平方向设置，实现待切割件600沿着水平方向进给。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (14)

1.一种三辊金刚线多线切割机，其特征在于，包括床身，所述床身上设有切割组件，所述切割组件包括三个辊体，且其中一个辊体相对于另外两个辊体倾斜设置，三个辊体所在区域形成切割室，且所述切割室的顶部具有用于进给待切割件的进给组件，所述床身上安装有并排设置的收线装置和放线装置，所述放线装置放出的金刚线依次通过三个辊体并在三个辊体上均匀缠绕形成线网后与收线装置连接。

2.根据权利要求1所述的一种三辊金刚线多线切割机，其特征在于，所述三个辊体包括第一切割辊、第二切割辊及导电辊，所述第一切割辊、第二切割辊平行设置，所述导电辊在平面内倾斜的设置于第一切割辊、第二切割辊的下方，保证金刚线走线方向与导电辊表面的过渡线槽相契合。

3.根据权利要求2所述的一种三辊金刚线多线切割机，其特征在于，所述导电辊的轴线与第一切割辊的轴线夹角为ɑ，且α>0°，所述过渡线网在平行线网所在面的投影与平行线网的夹角为β，且β>0°。

4.根据权利要求3所述的一种三辊金刚线多线切割机，其特征在于，所述第一切割辊上开设与其轴线相垂直的第一线槽，所述第二切割辊上开设与其轴线相垂直的第二线槽，所述过渡线槽与导电辊的轴线相垂直。

5.根据权利要求4所述的一种三辊金刚线多线切割机，其特征在于，所述第一线槽、第二线槽和过渡线槽均平行且等间隔的设有多个。

6.根据权利要求5所述的一种三辊金刚线多线切割机，其特征在于，所述线网包括过渡线网以及用于形成切割区的平行线网，且过渡线网在平行线网所在面的投影与平行线网存在夹角。

7.根据权利要求6所述的一种三辊金刚线多线切割机，其特征在于，金刚线首先导入第一线槽，然后倾斜导入过渡线槽，并经过渡线槽倾斜导入下一个第二线槽，金刚线经第二线槽平行导入第一线槽，往返缠绕形成线网。

8.根据权利要求6所述的一种三辊金刚线多线切割机，其特征在于，金刚线首先倾斜导入过渡线槽，并经过渡线槽倾斜导入第二线槽，金刚线经第二线槽平行导入第一线槽，最后，金刚线经第一线槽倾斜导入下一个过渡线槽，往返缠绕形成线网。

9.根据权利要求2-8任一所述的一种三辊金刚线多线切割机，其特征在于，所述导电辊上设有导电滑环，且导电辊的表面设有导电层，金刚线与导电层相对静止接触，所述导电滑环的外侧设有与其滚动接触的导电轮，所述导电轮外接高频脉冲电源。

10.根据权利要求9所述的一种三辊金刚线多线切割机，其特征在于，所述导电轮包括可相对转动的动子和定子，所述动子与导电滑环滚动接触，且动子的表层采用导电材料制成。

11.根据权利要求10所述的一种三辊金刚线多线切割机，其特征在于，所述进给组件包括立柱和滑枕，所述滑枕上设有工件导向滑轨，且待切割件通过导电粘板与工件导向滑轨可滑动连接，实现待切割件上下料，所述滑枕与立柱可滑动连接，实现待切割件切割进给。

12.根据权利要求11所述的一种三辊金刚线多线切割机，其特征在于，所述导电粘板上设有与工件导向滑轨相匹配的夹持导轨，且夹持导轨与工件导向滑轨相嵌设置。

13.根据权利要求12所述的一种三辊金刚线多线切割机，其特征在于，所述立柱上设有进给滑轨，所述滑枕上设有与进给滑轨滑动连接的滑块，且进给滑轨垂直于平行线网所在面。

14.根据权利要求13所述的一种三辊金刚线多线切割机，其特征在于，所述导电轮与高频脉冲电源的其一电极形成电流通路，电流经导电轮、导电滑环传递至导电辊，金刚线与导电层相对静止接触得到供电，所述高频脉冲电源的另一极与待切割件连接形成通路实现供电，待切割件和金刚线接触形成电流通路产生电火花用于切割。

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