CN1212225C - 硬脆材料加工用的超声波线切割锯 - Google Patents

Abstract

一种硬脆材料加工用的超声波线切割锯，包括床身、纵向工作滑台、横向工作滑台、工件支架、金刚石线锯、超声波振动装置、线锯往复运动机构和电气控制装置，超声波振动装置通过螺钉固定在C型工作架的上臂上，超声波发生器的交变电信号通过换能器转变为机械振动，又通过变幅杆把振幅进一步放大，使金刚石线锯以波的形式产生振动，线锯往复运动机构通过曲柄连杆、C型工作架、滑台座驱动线锯作快速往复运动，线锯始终处于直线高频振动和周期性往复运动状态，从根本上改进了现有技术存在的问题，发挥了金刚石线锯切割加工的性能。本发明具有结构简单合理、生产效率高、加工精度高、成本低、节约材料和噪音小等优点，特别适合切割宝石、陶瓷等贵重硬脆材料，也适合切割一般硬脆材料。

Description

硬脆材料加工用的超声波线切割锯

技术领域

本发明涉及一种硬脆材料切割加工技术，特别涉及一种用于硬脆材料加工用的超声波线切割锯。

背景技术

目前，硬脆材料如石材、宝石、硅晶体、石英晶体、硬质合金等，通常具有优良稳定的物理、化学性能。因此，在建筑业、航空航天、电子、化工、生物工程等许多领域得到广泛的应用。但是，硬脆材料的切割加工非常困难，加工精度低，成本高，通常采用的有金刚石圆盘锯、带锯、线锯等，金刚石圆盘锯和金刚石带锯受基体的限制，在加工过程中，不能转弯，不能切割曲线表面；而金刚石线锯虽然可以加工曲线表面，但是，在加工中，线锯或是封闭曲线其长度达数十米到上百米，存在线锯绕过导轮，线锯表面张力不同，使金刚石磨粒与基体结合强度受到影响，磨粒容易脱落，其使用性能下降并导致加工成本的提高，难以发挥金刚石磨粒优越性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种结构简单合理，噪音小、加工精度高，生产成本低、节约材料、特别适合切割宝石、陶瓷等贵重硬脆材料的超声波线切割锯。

本发明包括床身、纵向工作滑台、横向工作滑台、工件支架、超声波振动装置、线锯往复运动机构、立式床身、冷却系统和电气控制装置，横向工作滑台通过导轨设置在横向滑台座上，横向步进电机固定在横向滑台座上，并通过联轴器与横向滚珠丝杠连接，横向丝杠螺母通过螺钉与横向工作滑台固定，横向滑台座通过螺栓固定在纵向工作滑台上，纵向工作滑台通过导轨设置在纵向滑台座上，纵向步进电机固定在纵向滑台座上，并通过联轴器与纵向滚珠丝杠连接，纵向丝杠螺母通过螺钉与纵向工作滑台固定，纵向滑台座通过螺栓固定在床身上，工件支架通过螺钉固定在横向工作滑台上，所述超声波振动装置通过C型工作架固定在滑台座上，所述线锯往复运动机构设置在立式床身上，立式床身通过螺栓固定在床身后侧的上面，超声波振动装置的支承座通过螺钉固定在C型工作架的上臂上面，变幅杆设置在支承座内，换能器与变幅杆连接固定，变幅杆为倒锥形，其长度为3/4λ(λ为振动波长)，所述线锯往复运动机构包括C型工作架、金刚石线锯、曲柄连杆机构、滑台座、导向柱和平衡杆，金刚石线锯设置在变幅杆和C型工作架的下杆之间，C型工作架通过螺栓固定在滑台座上，滑台座通过滚珠导套设置在导向柱上，导向柱的下端通过固定座与床身固定，上端固定在立式床身的固定板上，带电机的减速器固定在床身上，减速器轴与曲柄连杆机构相连，其连杆通过销轴与滑台座连接固定，平衡杆通过支架设置在立式床身上，平衡杆的一端通过U型槽装在滑台座的销轴上，另一端设置有配重，所述金刚石线锯的上端与变幅杆焊接固定，下端通过弹簧卡头固定在C型工作架的下杆上。

由于采用上述技术方案，本发明具有结构简单合理、生产效率高、加工精度高、成本低、节约材料、可加工任意形状曲面和窄缝，和有噪音小等优点，特别适合切割宝石、陶瓷等贵重硬脆材料，也适合切割一般硬脆材料。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的结构侧示图；

图中：1床身、2纵向滑台座、3纵向步进电机、4纵向滚珠丝杠、5纵向工作滑台、6横向滑台座、7横向工作滑台、8工件支架、9弹簧卡头、10金刚石线锯、11工件、12变幅杆、13支承座、14换能器、15C型工作架、16平衡杆、17立式床身、18曲柄连杆机构、19减速器、20固定座、21滑台座、22导向柱、23固定板、24电机。

具体实施方式

如图1和图2所示，结合实例进一步说明本发明的技术方案和工作过程。

一种硬脆材料加工用的超声波线切割锯，包括床身1、纵向座滑台座2、纵向工作滑台5、工件支架8、超声波振动装置、线锯往复运动机构、立式床身17、冷却系统和电气控制装置。横向工作滑台7通过导轨设置在横向滑台座6上，横向步进电机固定在横向滑台座6上，并通过联轴器与横向滚珠丝杠连接，横向丝杠螺母通过螺钉与横向工作滑台7固定，通过横向步进电机驱动横向工作滑台7作左右横向运动，横向滑台座6通过螺栓固定在纵向工作滑台5上；纵向工作滑台5通过导轨设置在纵向滑台座2上，纵向步进电机3固定在纵向滑台座2上，并通过联轴器上纵向滚珠丝杠4连接，纵向丝杠螺母通过螺钉与纵向工作滑台5固定，通过纵向步进电机3驱动纵向工作滑台5作前后纵向运动，纵向滑台座通过螺栓固定在床身1上；工件支架8通过螺钉固定在横向工作滑台7上。超声波振动装置而过C型工作架15固定在滑台座21上，线锯往复运动机构设置在立式床身17上，立式床身17通过螺栓固定在床身1后铡的上面。超声波振动装置的支承座13通过螺钉固定在C型工作架15的上臂上面，变幅杆12设置在支承座13内，换能器14与变幅杆12连接固定，变幅杆12为倒锥形，其长度为3/4λ(λ为振动波长)，超声波发生器的交变电信号通过换能器14转变为机械振动，又通过变幅杆12把振幅进一步放大，使金刚石线锯10以波的形式产生振动，线锯振动频率为19-21KHz。线锯往复运动机构包括C型工作架15、金刚石线锯10、曲柄连杆机构18、滑台座21、导向柱22和平衡杆16，金刚石线锯10的上端与变幅杆12焊接固定，下端通过弹簧卡头9固定在C型工作架15的下杆上，金刚石线锯长为

λ(λ为振动波长)，一般使用长度小于300mm，直径为0.2～2.5mm，C型工作架15通过螺栓固定在滑台座21上，滑台座21通过4个滚珠导向套设置在2个导向柱22上，导向柱22的下端通过固定座20与床身1固定，上端固定在立式床身17的固定板23上，带电机24的减速器19固定在床身1上，曲柄连杆机构18设置在减速器19的侧面，并与减速器19的轴连接，其连杆通过销轴与滑台座21连接固定，带电机24的减速器19通过曲柄连杆机构18驱动固定有C型工作架15的滑台座21作快速往复运动，即金刚石线锯10作快速往复运动，线锯往复运动次数为60～90次/min。平衡杆16通过支架设置在立式床身17上，平衡杆16的一端通过U型槽装在滑台座21的销轴上，另一端设置有配重。本发明的工作过程是：金刚石线锯始终处于直线高频振动和周期性往复运动的状态，金刚石磨粒在切割加工中与工件之间间歇接触和分开，由于超声加工中的锤击作用，空化作用及剪切角度变化切削，在加工中有充足的冷却时间，和应力释放时间等，切屑容易消除，而且平均切削力小，切削温度低，因此更充分地发挥了金刚石线锯切割加工的性能，从根本上改变了现有技术存在的问题。被加工的工件11设置在工作支架8上，先启动超声波电源预热10分钟，再开始根据加工件的形状要求，事先编制好的程序进行切割加工，加工厚度为0.5～260mm，进给速度为0.02～8.8mm/min，加工尺寸为500×1000mm。

Claims (3)

1、硬脆材料加工用的超声波线切割锯，包括床身、纵向工作滑台、横向工作滑台、工件支架、立式床身、冷却系统和电气控制装置，横向工作滑台通过导轨设置在横向滑台座上，横向步进电机固定在横向滑台座上，并通过联轴器与横向滚珠丝杠连接，横向丝杠螺母通过螺钉与横向工作滑台固定，横向滑台座通过螺栓固定在纵向工作滑台上，纵向工作滑台通过导轨设置在纵向滑台座上，纵向步进电机固定在纵向滑台座上，并通过联轴器与纵向滚珠丝杠连接，纵向丝杠螺母通过螺钉与纵向工作滑台固定，纵向滑台座通过螺栓固定在床身上，工件支架通过螺钉固定在横向工作滑台上，其特征是，还包括超声波振动装置、线锯往复运动机构，超声波振动装置由变幅杆、支承座、换能器构成，变幅杆设置在支承座内，换能器与变幅杆连接固定；线锯往复运动机构包括金刚石线锯、C型工作架、滑台座和导向柱，金刚石线锯的上端与变幅杆固定连接，金刚石线锯的下端与C型工作架的下杆固定连接，C型工作架的上臂上设置有支承座，C型工作架通过螺栓固定在滑台座上，滑台座通过滚珠导向套设置在导向柱上，导向柱通过固定座和固定板固定床身上。

2、如权利要求1所述的超声波线切割锯，其特征是，所述变幅杆为倒锥形，其长度为3/4λ。

3、如权利要求1所述的超声波线切割锯，其特征是，所述金刚石线锯的上端与变幅杆焊接固定，下端通过弹簧卡头固定在C型工作架的下杆上。

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