CN1182945C - 全自控高精度晶体线切割机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种切割设备，特别是由计算机控制的高效率高精度的线切割机。本发明由机架、绕丝滚筒、Z轴工作台、Y轴工作台、张紧装置、摆动装置、夹具组成。绕丝滚筒由可调速的直流电机拖动其反正转，张紧装置由一对微型气缸弹性支撑切割线的张紧轮控制，摆动装置由一对上下可相对摆动的支撑导向轮控制。本发明主要用来切割硅片、石英玻璃、陶瓷、宝石、氧化镁、铌酸锂、钽酸锂、砷化镓、钛酸钇等硬脆性材料。

Description

全自控高精度晶体线切割机

技术领域：

本发明涉及一种机械设备，特别是一种由计算机控制的高效率高精度的晶体线切割机。

背景技术：

目前，国内还没有生产与国际同类产品水平相近的晶体线切割机。以美国西部激光技术有限公司生产的206401型晶体线切割机为例，目前国外此类产品普遍存在以下不足：

(1)绕丝机构设计不合理。它是由直流调速电机直接带动三角形螺杆进行布线的。由于螺距很小，仅为0.6mm的单头螺纹，其单面牙的高度h＝0.325mm，双面的工作高度2h＝0.65mm。采用这样的螺纹传递带有一定扭矩的运动，使金属线上的张力在2kgf左右时是不适宜的。所以该引进设备在国内某单位试运行时就发现与丝杆相配的丝母磨下了很多铜屑，使配合间隙急骤变大，轴向窜动也很严重。

(2)丝筒上车有螺旋槽，螺距为0.6mm。尽管丝筒绕丝部分长度为63mm，外径为Φ100mm，那么绕丝的最大长度也仅为35m，不利于保持割丝直径的尺寸精度。

(3)机架采用板式用螺钉组装的结构形式，整体刚性差，易变形。

(4)工作时无阻挡研磨液装置。高速运动的金属割线能把研磨液带到绕丝筒上，影响到绕丝筒的使用寿命，也没有收集研磨液及防止研磨液飞溅装置。

(5)气动张紧部分无背压，张力系统相对不稳定。

(6)各步进马达都通过滑动梯形小丝杠副传动，摩擦阻力大，驱动功率相对较大。

(7)只能使用最长35m的金属切割线，不能在任意位置改变绕丝筒的旋转方向。

(8)绕丝筒装置及直流调速电机安装于大立滑板上，由Z轴丝杠旋转使其向下进给，切割时不利于割丝稳定工作，刚性较差，振动也较大。

(9)Y轴工作台进给部分不带手动进给装置，不利于Y轴工作台的调整。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种经改进结构的晶体线切割机，将传动丝杠设计成3级精密滚珠丝杠副，运动导轨采用了四方向等载荷滚动导轨副，张紧装置背压可调等进行了新的结构设计，使之整个机械设备达到精度更高、刚性增大、寿命提高、结构更紧凑的目的。用来切割硅片、石英玻璃、陶瓷、宝石等硬脆性材料。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明由机架、绕丝滚筒、Z轴工作台、Y轴工作台、张紧装置、摆动装置、夹具组成。绕丝滚筒由调速电机及三级齿轮副组成，微型气缸弹性支撑切割机的张紧轮，同时设有一对上下可相对摆动的支撑导向轮，该Z轴进给、Y轴进给、摆动装置及绕丝滚筒的布线装置均采用滚珠丝杠副，各部移动导轨也采用预加载荷滚动导轨，气动张紧部分采用了背压阀。机架由整体铸铝件制成。夹具为二维分度夹具，其倾角摆动部分和水平回转部分可调，为中间联体的整体结构。

本发明的优点与效果：

(1)本机床采用框式整体铝镁合金铸造结构，经人工时效处理，整体刚性高，不易变形，且重量较轻。

(2)传动丝杠副采用3级精密滚珠丝杠副，系内循环固定反向器、双螺母垫片预紧防间隙传动结构。这样能保证丝杠副正反转时的传动精度和重复定位精度，实现了无间隙精密传动。

(3)为防止滚珠丝杠副遭撞击后影响其精度和使用寿命，本机床配备了相关的行程极限位置的保护装置。

(4)运动导轨采用了四方向等载荷4R单园弧滚动直线3级精度滚动导轨副，可使驱动功率大幅度下降，摩擦阻力极小，随动性好，可实现精密定位和重复精密定位，实现了无间隙运动，提高了机械部分的动刚性和静刚性。

(5)气动张紧部分采用了背压阀，其背压可调。金属切割线的张紧力根据加工工艺要求可任意调定。切割工作时使金属割线的张力更趋稳定，有利于提高工件的切割精度。

(6)工件加工时采用了本公司独特设计的高精度、高刚性的二维分度夹具，其倾角摆动部分和水平回转部分采用了中间联体的整体结构，提高了夹具的刚性，并使结构更紧凑。该夹具摆动角度和水平回转角度的示值精度均为5′。

(7)采用了本公司特制的滴料器，能均匀提供研磨液装置。

(8)为防止研磨液沿高速运行的割丝被带到绕丝筒上面采用双向阻挡研磨液装置。

(9)为防止研磨液沿导向轮高速转动，并沿切线方向飞溅出去，

本机床装有防飞溅挡液装置。

(10)绕丝布线部分采用滚珠丝杠副(双螺母)、滚动直接导轨和减速齿轮系，从而保证了金属切割丝布线均匀、正确、可靠。

(11)本机床的绕丝滚筒在其行程上可任意位置换向，为用户使用长短不同割线(包括断丝再利用)提供了方便。(绕丝长度可达100m)。

(12)步进电机采用了细分步功能，使传动、定位更加精确。

(13)机器整体控制部分采用单片机控制。加工程序可预先编辑、存储，可进行自动切割和手动切割。

附图说明：

图1为本发明产品结构的主视图；

图2为本发明产品结构的左视图。

具体实施方式：

以下通过实施例对本发明内容做进一步阐述：

本机床由单片机控制三台步进电机和一台直流调速电机协调工作。在机架(1)上安装有绕丝滚筒(2)，绕丝滚筒(2)由调速电机及三级齿轮副(8)组成，可调速的直流电机拖动绕丝滚筒(2)反正转，用于金属切割丝的卷绕和往复运动，在气缸通过张紧装置(5)对金属丝施加一定张力的同时与磨料浆一起对晶体进行切割。由于切割张力由一对微型气缸(9)弹性支撑切割线的张紧轮来控制，同时由另一对上下可相对摆动的支撑导向轮(10)来实现切割线的摆动，切割线可以在切割平面内对被切割晶体进行摆动式切割，不断变换切割点，可以提高切割效率和切割质量。绕丝滚筒(2)的换向位置可在绕丝长度上的任意位置换向，走丝速度可在0-11m/s范围内任意调定。切割线的总长≤100m，切割用金属丝直径≤0.30mm。被切割晶体安装在夹具(7)上，三台步进机控制夹具(7)的运动。夹具(7)采用了高精度、高刚性的二维分度夹具，其倾角摆动部分和水平回转部分采用了中间连接体的整体结构，提高了夹具的刚性，并使结构更紧凑。该夹具摆动角度和水平回转角度的示值精度均为5′。JY步进电机控制Z轴工作台(3)的切割进给与返回，Z轴在切割时最小进给速度可≤0.06mm/min，Z轴工作台(3)的最大行程为125mm；JT步进电机控制Y轴工作台(4)的进给与返回，Y轴工作台(4)的最大行程为135mm；JR步进电机控制摆动装置(6)的进给与返回。切割机的Z轴进给、Y轴进给、摆动运动及绕丝滚筒的布线运动均采用高精度滚珠丝杠副(11)，各部移动导轨(12)  也均采用预加载荷的高精度滚动导轨。步进电机和直流调速电机分别通过挠性联轴器与相应的滚珠丝杠相连接，步进电机控制部分采用细分功能，每个脉冲可控4μm的进给量。而整个加工程序是通过人机对话方式键入单片机中，可实现预编程序控制的自动切割，也可根据加工时的工艺变化随时进行修正；液晶显示器可显示正在加工的第几被切割片数、总片数、目前被切割晶片的深度及当前的绕丝滚筒的转速，使用起来非常方便。

磨料浆采用了SiC磨料浆。磨料浆的供液部分可采用本公司专门生产的磨料浆搅拌混液供液装置，使磨料浆可循环使用。该装置上可有不同长度的条状口送液喷嘴，可以满足不同直径晶体的需要。为了防止磨料浆被高速运行的切割丝带到导向轮和滚筒上，配有专门的冲液挡磨液装置。若采用金刚石镶嵌的切割线，可大大提高切割效率。

Claims (2)

1.全自控高精度晶体线切割机，由机架(1)、绕丝滚筒(2)、Z轴工作台(3)、Y轴工作台(4)、张紧装置(5)、摆动装置(6)、夹具(7)组成，其特征在于：绕丝滚筒(2)由调速电机及三级齿轮副组成，微型气缸弹性支撑切割机的张紧轮，同时设有一对上下可相对摆动的支撑导向轮，该Z轴进给、Y轴进给、摆动装置及绕丝筒的布线装置均采用滚珠丝杠副，各部移动导轨也采用预加载荷滚动导轨，气动张紧部分采用了背压阀。

2.如权利要求1所述的全自控高精度晶体线切割机，其特征在于：机架(1)由整体铸铝件制成；夹具(7)为二维分度夹具，其倾角摆动部分和水平回转部分可调，为中间联体的整体结构。

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