CN209533889U - 一种多工位单晶硅棒金刚线进刀装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多工位单晶硅棒金刚线进刀装置，包括龙门架和3个等间距的顶紧气缸组件，顶紧气缸组件包括顶紧气缸、气缸安装座、铜套、导向轴、工作台尾座旋转轴、轴承座、轴承、浮动头；龙门架的两根立杆上对称的安装有两根导轨，每根导轨上镶嵌有两个滑块，上下两个滑块分别与顶紧气缸安装架和导轮安装架固定相连，顶紧气缸安装在顶紧气缸安装架和导轮安装架之间，并且可以通过电机和丝杆的驱动在导轨上移动；3个顶紧气缸组件两侧及之间设有4个可调间距导轮组件，相邻的2个可调间距导轮组件之间为一个工位；4个可调间距导轮组件上绕有金刚线。本实用新型利用三个工位的工作方式显著提高了生产效率；简单的布线方式，提高了进刀速度。

Description

一种多工位单晶硅棒金刚线进刀装置

技术领域

本实用新型是关于一种多工位单晶硅棒金刚线进刀装置，特别涉及单晶硅棒金刚线进刀装置。

背景技术

硅单晶材料是最重要的光伏发电原材料，近年来随着光伏行业突飞猛进地扩张，硅单晶的产能持续增加。制备硅单晶的常用方法包括直拉法、区熔法等方法，采用此类方法制备的单晶硅均成圆柱型的晶棒。制备出来的整根单晶硅棒，首先需要进行截断工序，将过长的晶棒切断成一定长度方便加工的小段晶棒；接着，硅棒还需进行切方工序，将圆柱型晶棒切成方型且带有部分圆弧的方棒；方棒加工完成后，还需进一步对圆弧和方型表面进行磨削加工，生产出具有一定尺寸精度和表面粗糙度的硅棒；最后，再将加工好的硅棒送入专门的线切片机，加工出可用于电池片生产的硅片。

目前，国内外针对硅棒的切割采用传统的带锯，由于刃口较大，切切割平面度较差，切割完成后常需要在做修整，从而导致硅损耗较大。金刚线切割技术凭借其硅损耗小、切割表面好、污染小的优良特性，得到越来越广泛的应用。而自动化是提高生产效率的必经之路。此外目前市场上采用金刚线切割晶棒的进刀装置往往采用“井”字布线的方式，虽然一次能切割多根晶棒，但这种布线方式复杂，严重影响了金刚线的进刀速度，而且辅助时间大大增加。

发明内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种高效智能的单晶硅棒金刚线进刀装置。为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：

一种多工位单晶硅棒金刚线进刀装置，包括龙门架和3个等间距的顶紧气缸组件，所述顶紧气缸组件包括顶紧气缸、气缸安装座、铜套、导向轴、工作台尾座旋转轴、轴承座、轴承、浮动头；顶紧气缸安装在气缸安装座上，顶紧气缸的输出轴与导向轴连接，铜套安装在导向轴上用于对气缸安装座进行定位，轴承安装在轴承座内，穿过轴承的工作台尾座旋转轴，一端与导向轴连接，另一端用于安装浮动头；龙门架的两根立杆上对称的安装有两根导轨，每根导轨上镶嵌有两个滑块，上下两个滑块分别与顶紧气缸安装架和导轮安装架固定相连，顶紧气缸安装在顶紧气缸安装架和导轮安装架之间，并且可以通过电机和丝杆的驱动在导轨上移动；所述3个顶紧气缸组件两侧及之间设有4个可调间距导轮组件，相邻的2个可调间距导轮组件之间为一个工位；4个可调间距导轮组件上绕有金刚线。

进一步的，龙门架的纵向水平杆上对称安装有两个减速机支撑座，两个减速机分别固定在两个减速机支撑座上；电机的输出端与减速机的输入端相连，减速机的输出端连接在导轮安装架和顶紧气缸安装架上。

进一步的，所述电机的输出端与减速机的输入端相连，减速机的输出端通过联轴器分别与两根进给丝杆相连，两根进给丝杆与两个丝杆螺母座固定，两个丝杆螺母座分别固定安装在导轮安装架和顶紧气缸安装架上。

进一步的，可调间距导轮组件包括安装架、可调滑块、左右螺纹丝杆、螺帽、丝杆端盖、铜套、导轮组件；安装架一端开有通孔，铜套安装在通孔内，安装架另一端安装丝杆端盖，端盖上也开有通孔，孔内也安装铜套；左右螺纹丝杆两端光轴处安装在两个铜套上，可调滑块安装在左右螺纹丝杆有螺纹处，螺帽安装在左右螺纹丝杆上同时位于可调滑块两侧对可调滑块锁紧，导轮组件安装在可调滑块上，4套导轮组件分别等距安装在导轮安装架6上，安装时，每个导轮组件导轮间距之间的中心保持在同一水平面上，对于不同直径的晶棒，可以通过调节左右螺纹丝杆来调整导轮之间的距离，从而保证金刚线之间的切割距离。

进一步的，导轮安装架上安装有中主轴组件，中主轴组件包括中主轴电机、同步带轮、测速导轮组件；中主轴电机输出轴上安装同步带轮中的小轮，同步带轮中的大轮安装在测速导论组件上，小轮与大轮通过同步带轮中的同步带连接，中主轴组件的作用为在金刚线换向的过程中会产生较大的阻力，造成金刚线在高速运行时因阻力太大而出现断线现象，中主轴电机产生的转矩能拖动测速导轮组件从而抵消了金刚线换向过程中产生的阻力，能使金刚线高速稳定地运行，同时测速导轮组件还能实时监测金刚线的运行速度。

进一步的，还包括三个限位装置，其中两个限位装置安装在龙门架上，用于限制进刀装置和顶紧气缸组件的行程；另外一个限位装置用于设置导轮安装架和顶紧气缸安装架之间的距离。

进一步的，导轮安装架上固定有用于冷却金刚线的冷却水管。

进一步的，所述可调间距导轮组件可通过调节左右旋螺杆来调整导轮之间的距离。

进一步的，所述的中主轴组件上的测速导轮组件能实时检测金刚线的切割速度，并能通过中主轴电机调整切割速度；所述收放线轮转速能够进行调节，且收放线轮能进行正反转，用于实现金刚线的往复运动。

进一步的，所述的电机采用伺服电机；所述进给丝杆采用滚珠丝杆；所述导轨采用直线导轨。

设计一种多工位单晶硅棒金刚线进刀装置，能利用金刚线切割单晶硅，所述的一种多工位单晶硅棒金刚线进刀装置能同时切割三根单晶硅棒，所述为一种多工位单晶硅刚棒金刚线进刀装置，能利用运动的金刚线作为刀具同时切割三根单晶硅棒，包括电机、减速机、减速机支撑座、龙门架、导轮安装架、顶紧气缸安装架、滑块、导轨、丝杆、丝杆螺母座、联轴器、限位装置、中主轴组件、可调间距导轮组件、顶紧气缸组件；

所述龙门架包括两根纵向水平杆和两根立杆；所述导轨设有两根，分别对称安装在龙门架的两根立杆上，每根导轨上嵌套有滑块；

所述减速机支撑座有两个，分别对称安装在龙门架的纵向水平杆上，两个减速机分别固定在两个减速机支撑座上；所述电机的输出端与减速机的输入端相连，减速机的输出端通过联轴器分别与两根进给丝杆相连，两根进给丝杆与两个丝杆螺母座固定，两个丝杆螺母座分别固定安装在导轮安装架和顶紧气缸安装架上；

所述顶紧气缸安装架和导轮安装架分别上下安装在滑块上，可以通过电机和丝杆的驱动在导轨上移动；

所述顶紧气缸组件包括顶紧气缸、气缸安装座、铜套、导向轴、轴承座、轴承、浮动头；顶紧气缸组件有3套，分别安装在顶紧气缸安装架上；

所述可调间距导轮组件包括导轮安装架、可调滑块、左右螺纹丝杆、螺帽、丝杆端盖、铜套、导轮组件；可调间距导轮组件有4套，分别安装在导轮安装架上；

所述导轮组件包括导轮轴、滚动轴承、导轮和压盖，导轮利用导轮轴上的螺纹与可调滑块固定连接，导轮通过滚动轴承实现转动；

所述中主轴组件包括中主轴电机、同步带、同步带轮、测速导轮组件，中主轴组件安装在导轮安装架上；

所述限位装置设有三个，其中两个限位装置安装在龙门架上，用于限制进刀装置和顶紧气缸组件的行程；另外一个限位装置用于设置导轮安装架和顶紧气缸安装架之间的距离；

所述冷却水管固定在导轮安装架上，用于冷却金刚线。

作为进一步的改进，所述可调间距导轮组件设有4套，分别为可调间距导轮A组件，可调间距导轮B组件，可调间距导轮C组件，可调间距导轮D组件。

可调间距导轮A组件和可调间距导轮B组件构成第一个工位，可调间距导轮B组件和可调间距导轮C组件构成第二工位，可调间距导轮C组件和可调间距导轮D组件构成第三工位。

作为进一步的改进，所述可调间距导轮组件可通过调节左右旋螺杆来调整导轮之间的距离。

作为进一步的改进，所述的中主轴组件上的测速导轮组件能实时检测金刚线的切割速度，并能通过中主轴电机调整切割速度；

作为进一步的改进，所述每根导轨上嵌套有两个滑块。

作为进一步的改进，所述收放线轮转速能够进行调节，且收放线轮能进行正反转，用于实现金刚线的往复运动。

作为进一步的改进，所述的电机采用伺服电机。

作为进一步的改进，所述进给丝杆采用滚珠丝杆。

作为进一步的改进，所述导轨采用直线导轨。

本实用新型的有益效果在于：

1.本实用新型采用利用滚珠丝杆传动(本实用新型采用滚珠丝杆组件作为进刀的传动装置)保证了进刀的平稳性，从而使晶棒切割表面质量好。

2.采用金刚线(采用金刚线作为切割刀具，以线切割的加工方式进行加工)能减少环境污染，减小硅损耗。

3.三工位(此进刀装置能提供三个切割工位，可同时切割三个晶棒)(这样的)的工作方式显著提高了生产效率。

4.简单的布线方式，减少了辅助时间，提高了进刀速度。

5.可调节间距的导轮组件(“可调节间距的导论组件”为此发明装置中的一个组件，因为具有可调节的功能所以可以根据所加工的晶棒尺寸作相应的调整)能适应不同尺寸的晶棒切方。

附图说明

图1为本实用新型实施例的主视图

图2为本实用新型实施例的左视图

图3为本实用新型实施例的切割晶棒示意图

附图标记：1龙门架，2顶紧气缸安装架，3冷却水管，4顶紧气缸组件，5导轨，6导轮安装架，7可调间距导轮A组件，8可调间距导轮B组件，9金刚线，10可调间距导轮C组件，11可调间距导轮D组件，12测速导轮组件，13中主轴电机，14电机，15减速机，16联轴器，17丝杆螺母座，18滑块，19丝杆，20限位装置，21减速机支撑座，22同步带轮，23旋转工作台，24晶棒

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

1)如附图1、附图2所示的一种多工位单晶硅棒金刚线进刀装置包括1龙门架，2顶紧气缸安装架，3冷却水管，4顶紧气缸组件，5导轨，6导轮安装架，7可调间距导轮A组件，8可调间距导轮B组件，9金刚线，10可调间距导轮C组件，11可调间距导轮D组件，12测速导轮组件，13中主轴电机，14电机，15减速机，16联轴器，17丝杆螺母座，18滑块，19丝杆，20限位装置，21减速机支撑座，22同步带轮，能利用金刚线9切割单晶硅棒24。

2)导轨5采用直线导轨，设有两根，两根导轨5分别对称安装在龙门架1的两根立杆上，每根导轨5上镶嵌有两个滑块18，上下两个滑块18分别与顶紧气缸安装架2和导轮安装架6固定相连，能使顶紧气缸安装架2和导轮安装架6能沿着导轨5滑动。

3)两个减速机支撑座21分别对称安装在龙门架1的纵向水平杆上，两个减速机15固定在减速机支撑座21上，两个电机14的输出端分别与减速机15的输入端相连，减速机15的输出端通过联轴器16分别与两根进给丝杆19相连，进给丝杆19分别固定在顶紧气缸安装架2上的螺母座和固定在导轮安装架6上的螺母座相固定。在本实施例中，电机14采用伺服电机，进给丝杆19采用滚珠丝杆。

4)3个顶紧气缸组件4等间距地固定在顶紧气缸安装架2上，顶紧气缸组件4包括顶紧气缸、气缸安装座、铜套、导向轴、工作台尾座旋转轴、轴承座、轴承、浮动头；顶紧气缸安装在气缸安装座上，顶紧气缸的输出轴与导向轴连接，铜套安装在导向轴上用于对气缸安装座进行定位，轴承安装在轴承座内，穿过轴承的工作台尾座旋转轴，一端与导向轴连接，另一端用于安装浮动头；顶紧气缸组件4的作用是在晶棒切割过程中，顶紧气缸伸出，浮动头压紧晶棒，以保证晶棒的位置固定不变，同时浮动头采用自动调心的设计方式，在顶紧晶棒的过程中，即使晶棒两端有面斜也能自动调整位置，使晶棒始终处于竖直状态。

5)可调间距导轮组件设有4套，分别为可调间距导轮A组件7，可调间距导轮B组件8，可调间距导轮C组件10，可调间距导轮D组件11。可调间距导轮组件包括安装架、可调滑块、左右螺纹丝杆、螺帽、丝杆端盖、铜套、导轮组件；安装架一端开有通孔，铜套安装在通孔内，安装架另一端安装丝杆端盖，端盖上也开有通孔，孔内也安装铜套；左右螺纹丝杆两端光轴处安装在两个铜套上，可调滑块安装在左右螺纹丝杆有螺纹处，螺帽安装在左右螺纹丝杆上同时位于可调滑块两侧对可调滑块锁紧，导轮组件安装在可调滑块上；4套导轮组件分别等距安装在导轮安装架6上，安装时，每个导轮组件导轮间距之间的中心保持在同一水平面上，对于不同直径的晶棒，可以通过调节左右螺纹丝杆来调整导轮之间的距离，从而保证金刚线之间的切割距离。在本实施例中，可调间距导轮A组件7和可调间距导轮B组件8构成了第一个工位，可调间距导轮B组件8和可调间距导轮C组件10构成了第二个工位，可调间距导轮C组件10和可调间距导轮D组件11构成了第三个个工位，保证了金刚线9能同时切割3根晶棒24。

6)导轮安装架6上安装有中主轴组件，中主轴组件包括中主轴电机13、同步带轮22、测速导轮组件12，中主轴电机输出轴上安装同步带轮中的小轮，同步带轮中的大轮安装在测速导论组件上，小轮与大轮通过同步带轮中的同步带连接；中主轴组件的作用为在金刚线9换向的过程中会产生较大的阻力，造成金刚线9在高速运行时因阻力太大而出现断线现象，中主轴电机产生的转矩能拖动测速导轮组件从而抵消了金刚线换向过程中产生的阻力，能使金刚线高速稳定地运行，同时测速导轮组件还能实时监测金刚线的运行速度。

7)如附图3所示，工作时，3根晶棒24同时放置到旋转工作台23上，并保证晶棒24的位置精度，3个顶紧气缸组件4在气缸的驱动下顶紧晶棒24，并保证晶棒24始终处于竖直状态，单晶硅棒金刚线进刀装置的进刀方向为从上往下做切割。首先将金刚线9由一侧收放线轮经过可调间距导轮A组件7、可调间距导轮B组件8、可调间距导轮C组件10、可调间距导轮D组件11上的4个内侧导轮，绕过测速导轮组件12上的换向导轮，再经过可调间距导轮A组件7、可调间距导轮B组件8、可调间距导轮C组件10、可调间距导轮D组件11上的4个外侧导轮，绕入另一侧收放线轮上，调整好张力，两收放线轮同时做顺时针或逆时针往复运动。准备就绪后，进刀装置从初始位置开始进刀，导轮安装架6在伺服电机的驱动下，以25mm/min的速度往下进刀，切割晶棒24，此时中主轴组件上的测速导轮组件测得金刚线的运行速度，并通过控制来调整中主轴组件中的电机转速，以保证金刚线稳定的运行速度和避免金刚线断线。3根晶棒24一次切方完成后，取下边皮，导轮安装架6在电机的驱动下回到初始位置，旋转工作台23旋转90°，进刀装置以相同的工作方式进入晶棒的第二次切方，直至完成3根晶棒24的切方工作。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有很多变形，采用更多工位的切割方式。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种多工位单晶硅棒金刚线进刀装置，其特征在于：包括龙门架和3个等间距的顶紧气缸组件，所述顶紧气缸组件包括顶紧气缸、气缸安装座、铜套、导向轴、工作台尾座旋转轴、轴承座、轴承、浮动头；顶紧气缸安装在气缸安装座上，顶紧气缸的输出轴与导向轴连接，铜套安装在导向轴上用于对气缸安装座进行定位，轴承安装在轴承座内，穿过轴承的工作台尾座旋转轴，一端与导向轴连接，另一端用于安装浮动头；龙门架的两根立杆上对称的安装有两根导轨，每根导轨上镶嵌有两个滑块，上下两个滑块分别与顶紧气缸安装架和导轮安装架固定相连，顶紧气缸安装在顶紧气缸安装架和导轮安装架之间，并且可以通过电机和丝杆的驱动在导轨上移动；3个顶紧气缸组件两侧及之间设有4个可调间距导轮组件，相邻的2个可调间距导轮组件之间为一个工位；4个可调间距导轮组件上绕有金刚线。

2.根据权利要求1所述的一种多工位单晶硅棒金刚线进刀装置，其特征在于：龙门架的纵向水平杆上对称安装有两个减速机支撑座，两个减速机分别固定在两个减速机支撑座上；电机的输出端与减速机的输入端相连，减速机的输出端连接在导轮安装架和顶紧气缸安装架上。

3.根据权利要求2所述的一种多工位单晶硅棒金刚线进刀装置，其特征在于：所述电机的输出端与减速机的输入端相连，减速机的输出端通过联轴器分别与两根进给丝杆相连，两根进给丝杆与两个丝杆螺母座固定，两个丝杆螺母座分别固定安装在导轮安装架和顶紧气缸安装架上。

4.根据权利要求1所述的一种多工位单晶硅棒金刚线进刀装置，其特征在于：可调间距导轮组件包括安装架、可调滑块、左右螺纹丝杆、螺帽、丝杆端盖、铜套、导轮组件；安装架一端开有通孔，铜套安装在通孔内，安装架另一端安装丝杆端盖，端盖上也开有通孔，孔内也安装铜套；左右螺纹丝杆两端光轴处安装在两个铜套上，可调滑块安装在左右螺纹丝杆有螺纹处，螺帽安装在左右螺纹丝杆上同时位于可调滑块两侧对可调滑块锁紧，导轮组件安装在可调滑块上，4套导轮组件分别等距安装在导轮安装架(6)上，安装时，每个导轮组件导轮间距之间的中心保持在同一水平面上，对于不同直径的晶棒，可以通过调节左右螺纹丝杆来调整导轮之间的距离，从而保证金刚线之间的切割距离。

5.根据权利要求1所述的一种多工位单晶硅棒金刚线进刀装置，其特征在于：导轮安装架上安装有中主轴组件，中主轴组件包括中主轴电机、同步带轮、测速导轮组件；中主轴电机输出轴上安装同步带轮中的小轮，同步带轮中的大轮安装在测速导论组件上，小轮与大轮通过同步带轮中的同步带连接，中主轴组件的作用为在金刚线换向的过程中会产生较大的阻力，造成金刚线在高速运行时因阻力太大而出现断线现象，中主轴电机产生的转矩能拖动测速导轮组件从而抵消了金刚线换向过程中产生的阻力，能使金刚线高速稳定地运行，同时测速导轮组件还能实时监测金刚线的运行速度。

6.根据权利要求1所述的一种多工位单晶硅棒金刚线进刀装置，其特征在于：还包括三个限位装置，其中两个限位装置安装在龙门架上，用于限制进刀装置和顶紧气缸组件的行程；另外一个限位装置用于设置导轮安装架和顶紧气缸安装架之间的距离。

7.根据权利要求1所述的一种多工位单晶硅棒金刚线进刀装置，其特征在于：导轮安装架上固定有用于冷却金刚线的冷却水管。

8.根据权利要求1所述的一种多工位单晶硅棒金刚线进刀装置，其特征在于：所述可调间距导轮组件可通过调节左右旋螺杆来调整导轮之间的距离。

9.根据权利要求5所述的一种多工位单晶硅棒金刚线进刀装置，其特征在于：所述的中主轴组件上的测速导轮组件能实时检测金刚线的切割速度，并能通过中主轴电机调整切割速度；收放线轮转速能够进行调节，且收放线轮能进行正反转，用于实现金刚线的往复运动。

10.根据权利要求1所述的一种多工位单晶硅棒金刚线进刀装置，其特征在于：所述的电机采用伺服电机；所述进给丝杆采用滚珠丝杆；所述导轨采用直线导轨。