CN213260399U - 一种晶硅工件旋转多刀切割截断机的接续切割刀头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种晶硅工件旋转多刀切割截断机的接续切割刀头，包括利用金刚线实现工件切割的切割刀头、用于驱动切割刀头中金刚线移动实现切割动作的金刚线驱动机构、以及用于移动切割刀头的行走驱动总成，所述切割刀头设置有多个，该多个切割刀头沿工件长度方向依次排布，且各切割刀头到工件距离不等。使用本实用新型技术方案得到的接续切割刀头，能够使切割液更容易到达切割区域，避免崩边等现象的产生，通过调整进给速度，能够很好的提高切割效率并且改善切割质量。

Description

一种晶硅工件旋转多刀切割截断机的接续切割刀头

技术领域

本实用新型属于切割装置技术领域，具体地说涉及一种晶硅工件旋转多刀切割截断机的接续切割刀头。

背景技术

金刚线切割技术是目前世界上比较先进的截断加工技术，它的原理是通过高速运动的金刚线对待加工工件进行摩擦，从而达到截断目的。金刚线通过导轮的引导，在两个线辊之间形成线网，当硅棒固定住后，线网的上升和下降就能实现硅棒的进给，再加上金刚线的往复运动产生切削力，从而完成硅棒的截断过程，当设置有多个线网同时操作时就能实现硅棒切割为多块。

现有技术的多刀切割硅棒原理如图1所示，单晶硅棒a固定在晶托b上，多个切割刀头构成的切割轮系c同时由上至下进给运动，将硅棒a同时切割成多段。该方案主要存在以下问题：金刚线与硅棒始终为线接触，且切割到硅棒中部时切割长度很大导致切割效率低，同时切割力大导致切割质量差；在金刚线切割到硅棒底端时，重力加载方式到临界断口的硅棒连接处时容易折断导致硅棒崩边；金刚线与硅棒接触长度较大，切割液不容易进入，导致切割质量差，同时切割过程中切割长度不断变化，导致切割质量一致性较差。

近年来，金刚线的点接触切割(点切割原理如图3所示)发展迅速，对比传统的线切割方式(线切割原理如图2所示)，点切割在整个切割过程中，切割线d与硅棒a在接触区e的接触长度几乎不变，始终近似为点接触，而线切割的过程中切割线d与硅棒a的接触长度始终在变化，因此点接触切割具备突出的切割优势，能够避免现有技术中多刀切割硅棒切割质量较差的问题。但是对于旋转工件来说，原有的多刀切割机头仍存在一定问题：硅棒在旋转加工到剩余直径较小时，材料的剩余强度无法满足带动硅棒旋转的驱动，导致硅棒在剩余材料处不规则断裂，从而导致切割质量较差。

因此，现有技术还有待于进一步发展和改进。

实用新型内容

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种晶硅工件旋转多刀切割截断机的接续切割刀头。本实用新型提供如下技术方案：

一种晶硅工件旋转多刀切割截断机的接续切割刀头，包括利用金刚线实现工件切割的切割刀头、用于驱动切割刀头中金刚线移动实现切割动作的金刚线驱动机构、以及用于移动切割刀头的行走驱动总成，所述切割刀头设置有多个，该多个切割刀头沿工件长度方向依次排布，且各切割刀头到工件距离不等。

所述切割刀头包括金刚线、用于改变金刚线走线方向的导向轮、用于支撑金刚线的切割轮、以及用于固定切割轮的刀头框架，金刚线通过导向轮以U字形走向依次绕经每个切割刀头的切割轮。

所述刀头框架包括横梁以及设置于所述横梁两侧的支架，所述切割轮设置于所述支架的自由端上，横梁两侧支架上切割轮的设置高度相同。

不同切割刀头的切割轮设置高度不同，不同切割刀头设置长度不等的支架以实现切割轮不同的设置高度。

各切割刀头的切割轮设置高度沿工件长度方向由高到低依次变化。

所述行走驱动总成设置在工件上方，包括沿工件长度方向设置的横向导轨、以及设置于两条横向导轨之间的横向丝杠，每个切割刀头顶部设有与所述横向导轨相配合的滑块，所述滑块与所述横向导轨滑动连接，所述横向丝杠包括丝杆、以及套设在所述丝杆上对应各切割刀头的丝母座，每个切割刀头顶部均设有横向驱动电机，所述横向驱动电机驱动丝母座在丝杆上左右移动。

所述金刚线驱动机构包括用于收放金刚线的绕线机构、用于驱动金刚线往复运动的驱动电机以及用于拉紧金刚线的张力控制机构，所述绕线机构包括设置于工件两侧的左线辊和右线辊，金刚线的两端分别缠绕在左线辊和右线辊上，所述驱动电机位于绕线机构和切割刀头之间，所述张力控制机构位于绕线机构和驱动电机之间。

所述驱动电机包括左驱动电机和右驱动电机，分别设置在最左端切割刀头的切割轮上和最右端切割刀头的切割轮上，左驱动电机或右驱动电机带动切割轮转动从而带动金刚线在左线辊和右线辊之间往复运动。

所述张力控制机构包括左张力轮系和右张力轮系，所述左线辊通过固定在左张力轮系下方的左排线轮将金刚线导入或导出左张力轮系，所述右线辊通过固定在右张力轮系下方的右排线轮将金刚线导入或导出右张力轮系，左张力轮系和右张力轮系二者协同控制使位于切割刀头上的金刚线始终处于紧绷状态。

有益效果：

使用本实用新型技术方案得到的接续切割刀头，能够使切割液更容易到达切割区域，提高切割效率和改善切割质量，点接触切割方式使切割面积小降低了切割力，金刚线可以使用更大的张力切割从而提高切割效率，也可以采用更细的金刚线降低工件的损耗；由于切割刀头在垂直方向上不等高，因此，在工件旋转切削时，不同高度的刀头可以对工件接续进行切割，从而满足已切割工件断料的要求，避免原方案重力加载切割到底端连接处出现折断导致工件崩边而造成材料的损耗及切口处质量的下降；金刚线与工件接触长度短，一方面当采用相同的进给速度时切割线弓小、切削力小且切割力的数值稳定，切割质量提升，切割过程中切割长度不变使得整个切割面的切割质量一致性好，另一方面由于切割长度短可以增大进给速度实现切割效率的提升。

附图说明

图1是现有技术多刀切割原理结构示意图；

图2是现有技术线切割原理示意图；

图3是本实用新型技术点切割原理示意图；

图4本实用新型具体实施例中旋转工件多刀切割截断机的接续切割刀头结构示意图；

图5本实用新型具体实施例中单个切割刀头结构示意图；

图6本实用新型具体实施例中接续切割刀头切割轮上的金刚线绕线路径示意图；

图7本实用新型具体实施例中旋转工件多刀切割截断机切割原理结构示意图；

附图中：a、硅棒；b、晶托；c、切割轮系；d、切割线；e、接触区；100、切割刀头；110、金刚线；120、导向轮；130、切割轮；140、刀头框架；141、横梁；142、支架；200、金刚线驱动机构；210、绕线机构；220、驱动电机；230、张力控制机构；300、行走驱动总成；310、横向导轨；320、横向丝杠；321、丝杆；322、丝母座；330、滑块；340、横向驱动电机；400、接续切割刀头；500、旋转主轴；600、卡盘；700、晶托底座；800、工件。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合本实用新型的附图，对本实用新型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实用新型创造。

如图4-6所示，一种晶硅工件旋转多刀切割截断机的接续切割刀头，包括利用金刚线实现工件切割的切割刀头100、用于驱动切割刀头中金刚线移动实现切割动作的金刚线驱动机构200、以及用于移动切割刀头的行走驱动总成300，切割刀头100设置有多个，该多个切割刀头100沿工件长度方向依次排布，且各切割刀头100到工件距离不等。

切割刀头100包括金刚线110、用于改变金刚线走线方向的导向轮120、用于支撑金刚线的切割轮130、以及用于固定切割轮的刀头框架140，金刚线110通过导向轮120以U字形走向依次绕经每个切割刀头100的切割轮130。切割刀头的数量可以按需设置，由金刚线和切割轮组成的线网是将金刚线从一侧导轮进入切割区域，首先经由导向轮进入第一个切割刀头的切割轮上，然后再经过导向轮绕到第二个切割刀头的切割轮上，如此往复，直到绕经最后一个切割刀头的切割轮，金刚线经另一侧导轮引出离开切割区域。

刀头框架140包括横梁141以及设置于横梁两侧的支架142，切割轮130设置于支架142的自由端上，横梁141两侧支架142上切割轮130的设置高度相同。支架垂直于横梁设置，切割轮和导向轮均固定在支架自由端，导向轮与切割轮相互垂直安装以改变金刚线走向；切割轮设置高度相同，保证绕在同一刀头框架上的金刚线处于水平位置。

不同切割刀头100的切割轮130设置高度不同，不同切割刀头100设置长度不等的支架142以实现切割轮130不同的设置高度。切割轮设置高度不同，使得最终切割刀头设置高度不同，当工件两侧均设有夹持的旋转轴时，各个切割刀头组成的接续切割刀头高度可以是V字形，即靠近两端旋转轴处的切割刀头离工件距离较大，而远离两端旋转轴处的中心位置切割刀头离工件距离较小，同样能保证接续切割的目的，加快切割进度，提高切割效率。

各切割刀头100的切割轮130设置高度沿工件长度方向由高到低依次变化。当旋转轴仅设置在工件的一侧时，各切割刀头设置高度从旋转轴近端到远端沿工件长度方向由高到低依次变化呈斜线型，工件始终保持旋转切割状态以实现接续切割的目的。

行走驱动总成300设置在工件上方，包括沿工件长度方向设置的横向导轨310、以及设置于两条横向导轨之间的横向丝杠320，每个切割刀头100顶部设有与横向导轨310相配合的滑块330，滑块330与横向导轨310滑动连接，横向丝杠320包括丝杆321、以及套设在丝杆321上对应各切割刀头100的丝母座322，每个切割刀头100顶部均设有横向驱动电机340，横向驱动电机340驱动丝母座322在丝杆321上左右移动。横向驱动电机驱动丝母座在丝杆上左右移动从而控制各个切割刀头在工件上方所处的位置，进而控制工件切割的长度；通过设置一个丝杆和多个丝母座，使得每个切割刀头均可独立控制，方便切割刀头数量的增减及位置的自由调整，适用范围较广。

金刚线驱动机构200包括用于收放金刚线的绕线机构210、用于驱动金刚线往复运动的驱动电机220以及用于拉紧金刚线的张力控制机构230，绕线机构210包括设置于工件两侧的左线辊和右线辊，金刚线的两端分别缠绕在左线辊和右线辊上，驱动电机220位于绕线机构210和切割刀头100之间，张力控制机构230位于绕线机构210和驱动电机220之间。金刚线的切割主要依靠金刚线的往复运动与工件之间摩擦产生的切削，驱动电机带动金刚线反复在左线辊和右线辊之间往复运动从而实现切割作用，张力控制机构保持金刚线始终处于紧绷状态，增大切割作用点的压强，提高切割效果，可通过张力控制机构增加金刚线的张力从而提高切割效率。

驱动电机220包括左驱动电机和右驱动电机，分别设置在最左端切割刀头100的切割轮130上和最右端切割刀头100的切割轮130上，左驱动电机和右驱动电机带动切割轮130转动从而带动金刚线在左线辊和右线辊之间往复运动。由于金刚线是在左线辊和右线辊之间往复运动的，因此将驱动电机分别设置在最左端切割刀头的切割轮上和最右端切割刀头的切割轮上，使得金刚线在两侧进入各切割刀头时均具备足够的牵引力。

张力控制机构230包括左张力轮系和右张力轮系，左线辊通过固定在左张力轮系下方的左排线轮将金刚线导入或导出左张力轮系，右线辊通过固定在右张力轮系下方的右排线轮122将金刚线导入或导出右张力轮系，左张力轮系和右张力轮系二者协同控制使位于切割刀头上的金刚线始终处于紧绷状态。左张力轮系包括左张力轮和位于左张力轮两侧的第一左张力导向轮和第二左张力导向轮，第一左张力导向轮和第二左张力导向轮分别用于将金刚线引入和引出左张力轮；右张力轮系包括右张力轮和位于右张力轮两侧的第一右张力导向轮和第二右张力导向轮，第一右张力导向轮和第二右张力导向轮分别用于将金刚线引入和引出右张力轮。

如图7所示，旋转工件多刀切割截断机的接续切割刀头切割过程为：工件800置于晶托底座700上，晶托底座700用于支撑并限位工件800防止在切割过程中掉落，晶托底座700上设有滚轮，减小工件800与晶托底座700之间的摩擦力，便于工件800的旋转，工800件的一端通过卡盘600固定在旋转主轴500上，接续切割刀头400位于工件800上方，接续切割刀头400通过切割机头控制做上下进给运动，通过行走驱动总成调整接续切割刀头400上各切割刀头的位置，切割刀头距离工件800的高度从旋转主轴500远端到近端逐渐增加，打开旋转主轴开关使旋转主轴500带动工件800旋转，然后通过切割机头控制接续切割刀头400缓慢下降，由于高度设置不同，位于旋转主轴500远端的最靠近工件800处的切割刀头首先对工件800进行点切割，随着下降的继续，位于旋转主轴500远端的第二切割刀头也逐渐参与切割过程，以此类推，使得所有切割刀头按照从旋转主轴500远端到旋转主轴500近端的顺序依次参与切割过程，控制切割刀头高度，使得旋转主轴500对正在参与切割的工件800始终保持旋转控制，从而避免了同时切割导致的中心崩边或中心切割质量差的问题，最终实现工件800的多刀截断。金刚线与工件接触长度短，一方面当采用相同的进给速度时切割线弓小、切削力小且切割力的数值稳定，切割质量提升，切割过程中切割长度不变使得整个切割面的切割质量一致性好，另一方面由于切割长度短可以增大进给速度实现切割效率的提升。

以上已将本实用新型做一详细说明，以上所述，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能限定本实用新型实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖范围内。

Claims (9)

1.一种晶硅工件旋转多刀切割截断机的接续切割刀头，其特征在于：包括利用金刚线实现工件切割的切割刀头、用于驱动切割刀头中金刚线移动实现切割动作的金刚线驱动机构、以及用于移动切割刀头的行走驱动总成，所述切割刀头设置有多个，该多个切割刀头沿工件长度方向依次排布，且各切割刀头到工件距离不等。

2.根据权利要求1所述的一种晶硅工件旋转多刀切割截断机的接续切割刀头，其特征在于：所述切割刀头包括金刚线、用于改变金刚线走线方向的导向轮、用于支撑金刚线的切割轮、以及用于固定切割轮的刀头框架，金刚线通过导向轮以U字形走向依次绕经每个切割刀头的切割轮。

3.根据权利要求2所述的一种晶硅工件旋转多刀切割截断机的接续切割刀头，其特征在于：所述刀头框架包括横梁以及设置于所述横梁两侧的支架，所述切割轮设置于所述支架的自由端上，横梁两侧支架上切割轮的设置高度相同。

4.根据权利要求3所述的一种晶硅工件旋转多刀切割截断机的接续切割刀头，其特征在于：不同切割刀头的切割轮设置高度不同，不同切割刀头设置长度不等的支架以实现切割轮不同的设置高度。

5.根据权利要求4所述的一种晶硅工件旋转多刀切割截断机的接续切割刀头，其特征在于：各切割刀头的切割轮设置高度沿工件长度方向由高到低依次变化。

6.根据权利要求1所述的一种晶硅工件旋转多刀切割截断机的接续切割刀头，其特征在于：所述行走驱动总成设置在工件上方，包括沿工件长度方向设置的横向导轨、以及设置于两条横向导轨之间的横向丝杠，每个切割刀头顶部设有与所述横向导轨相配合的滑块，所述滑块与所述横向导轨滑动连接，所述横向丝杠包括丝杆、以及套设在所述丝杆上对应各切割刀头的丝母座，每个切割刀头顶部均设有横向驱动电机，所述横向驱动电机驱动丝母座在丝杆上左右移动。

7.根据权利要求1所述的一种晶硅工件旋转多刀切割截断机的接续切割刀头，其特征在于：所述金刚线驱动机构包括用于收放金刚线的绕线机构、用于驱动金刚线往复运动的驱动电机以及用于拉紧金刚线的张力控制机构，所述绕线机构包括设置于工件两侧的左线辊和右线辊，金刚线的两端分别缠绕在左线辊和右线辊上，所述驱动电机位于绕线机构和切割刀头之间，所述张力控制机构位于绕线机构和驱动电机之间。

8.根据权利要求7所述的一种晶硅工件旋转多刀切割截断机的接续切割刀头，其特征在于：所述驱动电机包括左驱动电机和右驱动电机，分别设置在最左端切割刀头的切割轮上和最右端切割刀头的切割轮上，左驱动电机或右驱动电机带动切割轮转动从而带动金刚线在左线辊和右线辊之间往复运动。

9.根据权利要求7所述的一种晶硅工件旋转多刀切割截断机的接续切割刀头，其特征在于：所述张力控制机构包括左张力轮系和右张力轮系，所述左线辊通过固定在左张力轮系下方的左排线轮将金刚线导入或导出左张力轮系，所述右线辊通过固定在右张力轮系下方的右排线轮将金刚线导入或导出右张力轮系，左张力轮系和右张力轮系二者协同控制使位于切割刀头上的金刚线始终处于紧绷状态。

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