CN212600836U - 一种单晶硅方棒外圆磨削装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种单晶硅方棒外圆磨削装置，包括工作台，在所述工作台上设有用于卡固硅方棒的顶固组件和用于磨削所述硅方棒外圆的磨削组件，所述磨削组件可沿所述硅方棒宽度方向移动并与所述硅方棒对角棱线接触；所述顶固组件带动所述硅方棒在所述工作台上沿所述硅方棒长度方向往复移动，同时所述顶固组件带动所述硅方棒以所述硅方棒与所述磨削组件接触的连接线为轴线做往复转动。本实用新型提出的磨削装置，解决了现有技术中硅方棒倒角加工容易生产偏角弧形结构的技术问题，结构简单且易于控制，制造精度高，获得硅方棒外圆倒角一致性好且均匀对称。

Description

一种单晶硅方棒外圆磨削装置

技术领域

本实用新型属于直拉单晶方棒加工技术领域，尤其是涉及一种单晶硅方棒外圆磨削装置。

背景技术

太阳能硅片是由单晶圆棒去边皮磨削形成单晶方棒后再线切割加工而成，单晶方棒是加工硅片的基础，单晶方棒加工的好坏直接影响着硅片质量。单晶方棒的四个直角处应力较集中，若不去除倒角，在线切割过程中容易从直角处产生裂纹，导致硅片直接碎片，严重影响硅片成品率。单晶方棒去除倒角的方法主要是砂轮磨削加工，在现有加工过程中，单晶方棒固定定向旋转，两个砂轮设置在单晶方棒对角直角处并并行于单晶方棒的长度方向设置，砂轮同步沿单晶方棒直角边的长度方向定向旋转移动，即可对单晶方棒的四条直角边同步进行磨削加工，这样加工出的倒角是偏角弧形结构，如图1所示，顺着单晶方棒旋转的方向，直角边正面与砂轮接触的一侧面的磨损量较大，相应地背对着与砂轮接触的一侧面磨损量较小，导致加工出的四个倒角均为偏角形结构，都与单晶方棒的对角线不对称，使得生产的硅片不合格，在后续太阳能电池的制造中会产生大量废品，生产成本较大。

实用新型内容

本实用新型提供一种单晶硅方棒外圆磨削装置，尤其适合大尺寸硅方棒的加工，解决了现有技术中硅方棒倒角加工容易生产偏角弧形结构的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种单晶硅方棒外圆磨削装置，包括工作台，在所述工作台上设有用于卡固硅方棒的顶固组件和用于磨削所述硅方棒外圆的磨削组件，所述磨削组件可沿所述硅方棒宽度方向移动并与所述硅方棒对角棱线接触；所述顶固组件带动所述硅方棒在所述工作台上沿所述硅方棒长度方向往复移动，同时所述顶固组件带动所述硅方棒以所述硅方棒与所述磨削组件接触的连接线为轴线做往复转动。

进一步的，所述顶固组件包括顶件、与所述顶件连接的支件和与所述支件滑动配合的轨道，所述轨道沿所述硅方棒长度方向设置。

进一步的，所述顶件包括夹头，所述夹头一端与所述支件连接，另一端与所述硅方棒端面连接，所述夹头直径小于所述硅方棒端面内切圆直径。

进一步的，所述夹头靠近所述硅方棒端面一侧设有橡胶垫，所述橡胶垫与所述夹头相适配。

进一步的，所述支件包括头座和尾座，所述头座一端与所述夹头连接，另一端与所述尾座一体连接。

进一步的，对位设置的所述尾座通过设置在所述轨道内的丝杠相互连接。

进一步的，在所述轨道上方还设有保护罩，所述保护罩分别与所述尾座连接。

进一步的，所述磨削组件包括对称设置在所述工作台上的立柱和与所述立柱连接的连件，所述连件沿所述硅方棒宽度方向可伸缩设置。

进一步的，所述磨削组件还包括砂轮，所述砂轮置于所述连件远离所述立柱一侧设置。

进一步的，所述砂轮平面与所述硅方棒轴线并行设置。

与现有技术相比，采用上述技术方案，可完全解决硅方棒棱线倒角时出现偏角的技术问题，磨削装置结构简单且易于控制，使砂轮调整后原地旋转且硅方棒沿水平轨道移动，进而使得砂轮与硅方棒对角棱线为水平移动接触，这种平推的磨削方式避免了现有技术中圆周旋转的磨削方式出现的倒角偏移，同时顶固组件可带动硅方棒沿砂轮与硅方棒对角棱线接触的连接线为中心线做连续往复旋转，可进一步保证棱线倒角的对称性，防止硅方棒外圆倒角出现偏角，制造精度高，一致性好且安全可控。

通过硅方棒被磨对角棱线与砂轮中心是同一高度设置，可使磨削加工安装易于操控，方便观察加工情况。通过采用砂轮原地旋转且硅方棒沿其长度方向移动的平推磨削方式，每进刀一次，砂轮平推加工完一组棱线倒角后，硅方棒旋转90°，再平推加工另一组棱线倒角，即可完成硅方棒两组棱线的倒角磨削，加工进给量一致且不会产生偏角，加工效率高。

附图说明

图1是现有技术中加工的硅方棒外圆倒角的结构示意图；

图2是本实用新型一实施例的磨削装置的结构示意图；

图3是本实用新型一实施例的磨削装置的侧视图；

图4是本实用新型一实施例的精磨时硅方棒循环往复旋转的结构示意图；

图5是本实用新型一实施例加工的硅方棒外圆倒角的结构示意图。

图中：

100、工作台 200、顶固组件 210、顶件

211、夹头 212、电机 213、橡胶垫

220、支件 221、头座 222、尾座

223、丝杠 224、电机 230、轨道

231、保护罩 300、磨削组件 310、立柱

320、连件 330、砂轮 331、粗砂轮

332、精砂轮 400、硅方棒

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

本实施例提出一种单晶硅方棒外圆磨削装置，如图2-3所示，包括工作台100，在工作台100上设有用于卡固硅方棒400的顶固组件200和用于磨削硅方棒400外圆的磨削组件300，磨削组件300可沿硅方棒400的宽度方向移动并与硅方棒400的对角棱线接触；顶固组件200可带动硅方棒400在工作台100上沿硅方棒400的长度方向做往复移动，同时顶固组件200带动硅方棒400以硅方棒400与磨削组件300接触的连接线为轴线做循环往复转动。

进一步的，顶固组件200包括顶件210、与顶件210固定连接的支件220和与支件220滑动配合的轨道230，顶件210与支件220垂直设置且通过轴承连接，轨道230水平设置在工作台100上且沿硅方棒400长度方向设置，即与硅方棒400并行设置。

顶件210包括柱状结构的夹头211，与硅方棒400的端面平面接触连接并与硅方棒400同轴设置，夹头211一端与支件220用常用的滚轴结构连接，另一端悬空设置与硅方棒400的端面连接，夹头211与固定设置在支件220一侧的旋转电机212电连接，目的是控制夹头211旋转移动，由于顶件210的空间限制，电机212置于支件220中尾座222内，每个夹头211配置一个小型旋转电机212，在本实施例中，电机212的频率为50/60Hz，功率为2-7.5KW，电机212带动夹头211进而带动硅方棒400旋转转动。夹头211的直径小于硅方棒400端面内切圆直径，且夹头211的长度大于砂轮的直径，目的是留出足够的空间使砂轮与硅方棒400的接触磨削，避免对砂轮出现干涉，影响磨削加工。优选地，在夹头211靠近硅方棒400的端面一侧设有橡胶垫213，橡胶垫213与夹头212的直径相适配，橡胶垫213的设置可使金属结构的夹头211与硅方棒400隔开，防止硅方棒400表面粘有金属杂质，影响硅方棒400的性能参数。

支件220为L型结构，包括头座221和尾座222，头座221一端与夹头211连接，另一端与尾座222一体连接设置，尾座222下端面与轨道230滑动连接，对位设置的尾座222通过丝杠223连接在一起，丝杠223设置在轨道230内并由电机224控制，电机224的型号可根据实际工况而定，在此不具体限制。在轨道230的上方还设有可调的保护罩231，保护罩231为折叠设置的塑料罩，两端分别固定连接在尾座222下端面靠近硅方棒400一侧。保护罩231的设置避免硅方棒400磕碰到轨道230上，亦可承接磨损加工掉的硅料，防止碎硅料落入轨道230中妨碍支件220带动硅方棒400水平移动，进而会影响加工效果。

进一步的，磨削组件300包括对称设置在工作台100上的立柱310、与立柱310垂直连接设置的连件320和设置在连件320远离立柱310一侧的砂轮330；立柱310固定安装在工作台100上，即在整个加工过程中，砂轮330只原地旋转；立柱310、连件320和砂轮330数量相同，分别对称设置在轨道230的两侧且位于其宽度方向上。砂轮330的平面与硅方棒400的轴线并行设置，砂轮330的中心与硅方棒400被磨对角棱线是同一高度，可使磨削加工安装易于操控，方便观察加工情况。连件320通过外接设置的气缸控制使其可沿硅方棒400宽度方向可伸缩调节，气缸内嵌设置在立柱310内或与立柱310连接设置，此为本领域的常用控制结构，在此图省略。

在本实施例中，砂轮330原地自身旋转与水平移动中的硅方棒400的对角棱线接触，进而使得砂轮330平推着硅方棒400沿其长度方向上移动磨削，每进刀一次，砂轮平推加工完一组棱线倒角后，硅方棒旋转90°，再平推加工另一组棱线倒角，即可完成硅方棒两组棱线的倒角磨削，加工进给量一致且不会产生偏角，加工效率高。

如图4所示，在磨削加工硅方棒400倒圆的过程中，旋转电机212控制顶件210带动硅方棒400自由旋转，可根据砂轮330与硅方棒400对角棱线所接触的连接线的位置来设定硅方棒400往复旋转，使硅方棒400以其与砂轮330接触的连接线为轴线做连续往复转动，进一步的，电机212带动顶件210与硅方棒400以硅方棒400与磨削组件300接触的连接线为轴线做锐角往复转动，尤其是当角度θ为10-20°时，同时配合砂轮330与硅方棒400平推水平移动，使硅方棒400的对角棱线以其与砂轮330接触的水平线为中心轴线，上下往复旋转，反复与砂轮330磨削，进而可保证与砂轮330接触的棱线两侧面对称接触且磨削均匀，可保证加工出的倒角不会出现偏角，保证倒角的对称性和均匀性，精确度更高。

本实施例的工作过程：调整顶件310并使硅方棒400固定在工作台100上，同时使硅方棒400任一组对称棱线的初始位置是水平设置，即保证硅方棒400的对称棱线的高度与砂轮330的中心在同一水平高度上；同时调整硅方棒400的水平位置，使支件220通过顶件210带动硅方棒400在轨道230上水平移动，以使硅方棒400入口段一侧的端面远离砂轮330一段距离设置。调整连件320带动砂轮330靠近硅方棒400设置并调整好进给量；同步启动硅方棒400和两个砂轮330的运动，使硅方棒400以设定速度沿轨道230靠近砂轮330移动和砂轮330以设定转速同步同向旋转，也可同时通过旋转电机212控制顶件210带动硅方棒400以设定转速沿其与砂轮330接触的连接线为轴线做连续往复转动，直至这一组对角棱线被加工完成；回撤砂轮330，再使硅方棒400旋转90°，并使硅方棒400水平返回到初始位置，再对另一组对角棱线进行磨削加工，最终获得的硅方棒400外圆倒角的结构如图5所示。

一种单晶硅方棒外圆磨削方法，步骤包括：

S1、粗磨：执行粗砂轮331对硅方棒400的棱线进行粗磨，硅方棒400以设定速度沿其轴线水平移动，具体步骤如下：

S11、在本实施例中，硅方棒400的横截面直径为230-310mm，调整顶固组件200使硅方棒400被卡固在顶件210之间，同时使硅方棒400的一组对角棱线水平设置；同时调整磨削组件300使粗砂轮331中心与硅方棒400待磨削的对称棱线的高度在同一水平高度上；同时调整硅方棒400的水平位置，使支件220通过顶件210带动硅方棒400在轨道230上水平移动，以使硅方棒400入口段一侧的端面远离粗砂轮331一段距离设置。

S12、调整连件320带动粗砂轮331靠近硅方棒400棱线处设置并调整好进给量为5-8mm/刀，粗砂轮331的粒度为150-250目，粗砂轮331直径为230-270mm，粗砂轮331转速为2500-3500rpm/min；在粗磨过程中，粗砂轮331采用一次进刀方式对每组棱线完成磨削加工。

S13、同步启动硅方棒400和两个粗砂轮331的运动，使硅方棒400以设定速度沿轨道230靠近粗砂轮331移动，同时粗砂轮331始终以2500-3500rpm/min的转速同步同向旋转。

在加工过程中，硅方棒400分三个阶段，分别是入刀阶段、稳定阶段和出刀阶段，其入刀阶段位置为距离开始端0-50mm，其出刀阶段为距离末端0-50mm，在入刀阶段和出刀阶段之间为稳定阶段。在入刀阶段和出刀阶段中硅方棒400的水平移动速度均为200-300mm/min，在稳定阶段中硅方棒400的水平移动速度为400-500mm/min，直至完成这一组对角棱线的磨削加工。即其在入刀阶段和出刀阶段的速度小于稳定阶段的速度，这是为了降低粗砂轮331对硅方棒400棱线的损伤度，同时还可降低粗砂轮331对其的冲击力。

S14、回撤粗砂轮331，使硅方棒400旋转90°，并使硅方棒400水平返回到初始位置，重复步骤S12和S13，再对另一组对角棱线进行粗磨削加工，此步骤省略。最终完成对硅方棒400棱线倒角的粗磨加工。

在这一过程中，仅需一次进给即可完成对硅方棒400棱线的粗磨加工，倒角粗磨时仅采用一次进给平推磨削加工，即通过采用粗砂轮331原地旋转，硅方棒400沿其长度方向移动的平推磨削方式，每进刀一次，粗砂轮331平推加工完一组棱线倒角后，硅方棒400再旋转90°，再平推加工另一组棱线的倒角，即可完成整颗硅方棒400的倒角磨削，一致性好且加工速度快。

S2、精磨：执行精砂轮332对硅方棒400的棱线进行精磨，硅方棒400以设定速度沿其轴线移动，并以设定转速沿棱线与精砂轮332接触的连接线为中心线做循环往复转动，具体步骤如下：

S21、更换精砂轮332，并调整精砂轮332中心与硅方棒400待磨削的对称棱线的高度在同一水平高度上；同时调整硅方棒400的水平位置，使硅方棒400入口段一侧的端面远离精砂轮332一段距离设置。

S22、精砂轮332的粒度为800-1000目，直径与粗砂轮331的直径相同；精砂轮332的旋转方向与粗砂轮331的旋转方向一致，在精磨过程中，精砂轮332采用多次进给的方式对对每组棱线进行磨削加工，精砂轮332每次的进给量为0.2-0.5mm/刀，且精砂轮332始终以2500-3500rpm/min的转速同步同向旋转，调整精砂轮332靠近硅方棒400棱线处设置并调整好其进给量。

S23、启动两个精砂轮332运动；同步启动硅方棒400以设定速度沿轨道230靠近精砂轮332移动，同时硅方棒400还沿棱线与精砂轮332接触的连接线为中心线做循环往复转动。

在本实施例中，硅方棒400沿棱线与精砂轮332接触的连接线为中心线做循环往复锐角运动，如图4所示，优选地，顶件210带动硅方棒400以硅方棒400与精砂轮332接触的连接线为轴线做往复转动的角度θ为10-20°。理由是，当硅方棒400磨削的旋转角度θ大于20°时，由于硅方棒400自身的惯性，会使硅方棒400棱线加工出的倒角的受力不均匀，出现偏角的问题；同时由于旋转角度变大也会使其与砂轮接触的瞬间速度提高，进而会加重硅方棒40棱线直角处被撞击的冲力，使得硅方棒直角棱线处容易出现损失、崩边，造成隐裂加大；还有会造成硅方棒40的对角棱线的对角尺寸不一致，不良品几率增大，生产成本较高。当硅方棒400磨削的旋转角度θ小于10°时，则无法磨削出圆角效果。故，硅方棒400以其与磨削组件300接触的连接线为轴线做往复转动的角度θ为10-20°时，磨削倒角的效果最好，而且精准度高。

在精磨过程中，硅方棒400仍分三个阶段，即分别是入刀阶段、稳定阶段和出刀阶段，其入刀阶段位置、稳定阶段位置与出刀阶段位置相同，目的是保持一致性。在入刀阶段和出刀阶段中硅方棒400的水平移动速度均为200-300mm/min，在稳定阶段中硅方棒400的水平移动速度为400-600mm/min，同时硅方棒400的转速为15-25rpm/min，直至完成这一组对角棱线的精磨加工。

S24、回撤精砂轮332，使硅方棒400旋转90°，并使硅方棒400水平返回到初始位置，重复步骤S22和S23，再对另一组对角棱线进行粗磨削加工，此步骤省略，进而完成本次进给量的倒角的精磨加工。

S25、再次调整精砂轮332的进给量，重复步骤S22-S24，再完成一轮倒角的精磨加工。直至完成硅方棒400倒角的精磨加工为止。

精磨时采用多次进给加工，可逐步对粗磨一次加工的粗糙度进行修正，同时硅方棒采用平推移动和往复旋转相结合与精砂轮配合，硅方棒往复旋转的角度θ为10-20°，使硅方棒400的对角棱线以其与精砂轮332接触的水平线为中心轴线，上下往复旋转，反复与精砂轮332磨削，进而可保证硅方棒400与精砂轮332接触的棱线两侧面对称接触且磨削均匀，加工出的倒角不会出现偏角，保证倒角的对称性和均匀性，精确度更高。

本实用新型提出的磨削方法，通过硅方棒被磨对角棱线与砂轮中心是同一高度设置，可使磨削加工安装易于操控，方便观察加工情况。通过采用砂轮原地旋转且硅方棒沿其长度方向移动的平推磨削方式，每进刀一次，砂轮平推加工完一组棱线倒角后，硅方棒旋转90°，再平推加工另一组棱线倒角，即可完成硅方棒两组棱线的倒角磨削，加工进给量一致且不会产生偏角，加工效率高。

仅需一次进给即可完成对硅方棒棱线的粗磨加工，倒角粗磨时采用一次进给平推磨削加工，一致性好且加工速度快。精磨时采用多次进给加工，可逐步对粗磨一次加工的粗糙度进行修正；同时在精磨过程中，硅方棒采用平推移动和往复旋转相结合的方式与精砂轮配合磨削，且硅方棒往复旋转的角度θ为10-20°，磨削加工的倒角对称性好且精确度高，可进一步保证硅方棒棱线倒角的一致性，提高硅方棒尺寸的合格率，为后续加工硅片奠定基础。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种单晶硅方棒外圆磨削装置，其特征在于，包括工作台，在所述工作台上设有用于卡固硅方棒的顶固组件和用于磨削所述硅方棒外圆的磨削组件，所述磨削组件可沿所述硅方棒宽度方向移动并与所述硅方棒对角棱线接触；所述顶固组件带动所述硅方棒在所述工作台上沿所述硅方棒长度方向往复移动，同时所述顶固组件带动所述硅方棒以所述硅方棒与所述磨削组件接触的连接线为轴线做往复转动。

2.根据权利要求1所述的一种单晶硅方棒外圆磨削装置，其特征在于，所述顶固组件包括顶件、与所述顶件连接的支件和与所述支件滑动配合的轨道，所述轨道沿所述硅方棒长度方向设置。

3.根据权利要求2所述的一种单晶硅方棒外圆磨削装置，其特征在于，所述顶件包括夹头，所述夹头一端与所述支件连接，另一端与所述硅方棒端面连接，所述夹头直径小于所述硅方棒端面内切圆直径。

4.根据权利要求3所述的一种单晶硅方棒外圆磨削装置，其特征在于，所述夹头靠近所述硅方棒端面一侧设有橡胶垫，所述橡胶垫与所述夹头相适配。

5.根据权利要求3或4所述的一种单晶硅方棒外圆磨削装置，其特征在于，所述支件包括头座和尾座，所述头座一端与所述夹头连接，另一端与所述尾座一体连接。

6.根据权利要求5所述的一种单晶硅方棒外圆磨削装置，其特征在于，对位设置的所述尾座通过设置在所述轨道内的丝杠连接。

7.根据权利要求6所述的一种单晶硅方棒外圆磨削装置，其特征在于，在所述轨道上方还设有保护罩，所述保护罩分别与所述尾座连接。

8.根据权利要求1-4、6-7任一项所述的一种单晶硅方棒外圆磨削装置，其特征在于，所述磨削组件包括对称设置在所述工作台上的立柱和与所述立柱连接的连件，所述连件沿所述硅方棒宽度方向可伸缩设置。

9.根据权利要求8所述的一种单晶硅方棒外圆磨削装置，其特征在于，所述磨削组件还包括砂轮，所述砂轮置于所述连件远离所述立柱一侧设置。

10.根据权利要求9所述的一种单晶硅方棒外圆磨削装置，其特征在于，所述砂轮平面与所述硅方棒轴线并行设置。

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