CN220030782U - 线切割设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种线切割设备，包括：承载装置，用于承载及固定待切割工件；切割装置，用于绕设切割线；切割装置与承载装置可沿进给方向相对移动，所述切割线用于在走线过程中对待切割工件进行切割；第一振动装置，用于向切割线施加超声振动；第二振动装置，用于向待切割工件施加超声振动。本申请实施例提供的线切割设备向待切割工件和切割线施加一维或二维超声振动，通过超声振动的方式辅助切割，能够提高切割效率及切割质量。

Description

线切割设备

技术领域

本申请涉及线切割技术，尤其涉及一种线切割设备。

背景技术

线切割设备是利用快速移动的切割线对工件进行切割的设备，例如对硅棒进行截断、开方或切片等。技术人员在研究中发现，将超声振动施加在切割线上，能够提高切割效率，并能够提高切割质量。但是技术人员也发现施加超声振动后，切割线的磨损加重、断线几率增加，缩短了使用寿命，需要经常更换切割线，更换切割线的过程较为复杂，时间较长，降低了生产效率；而切割线断线还会造成切割质量降低、切割效率下降。另外，由于切割线的变形能力较大，当振动作用在切割线上时，切割线自身会产生较大幅度的谐振，会导致振动损耗较大。

发明内容

为了解决上述技术缺陷之一，本申请实施例中提供了一种线切割设备。

根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种线切割设备，包括：

承载装置，用于承载及固定待切割工件；

切割装置，用于绕设切割线；切割装置与承载装置可沿进给方向相对移动，所述切割线用于在走线过程中对待切割工件进行切割；

第一振动装置，用于向切割线施加超声振动；

第二振动装置，用于向待切割工件施加超声振动。

本申请实施例所提供的技术方案，采用承载装置用于承载及固定待切割工件，绕设有切割线的切割装置与承载装置可沿进给方向相对移动，切割线用于在走线过程中对待切割工件进行切割；第一振动装置向切割线施加超声振动；第二振动装置向待切割工件施加超声振动，切割线切割工件的过程中，超声振动能够对工件的切割过程产生微加工，进而产生辅助切割作用，有利于降低切割线对工件的宏观作用力，进而有利于降低切割面的线痕，提高切割面的一致性，并有利于降低切割线的线弓，提高切割过程的稳定性，从而提高切割效率及切割质量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的线切割设备中部分结构的主视图；

图2为本申请实施例提供的另一种线切割设备中部分结构的主视图；

图3为图2所示线切割设备中部分结构的俯视图；

图4为本申请实施例提供的又一种线切割设备中部分结构的主视图；

图5为本申请实施例提供的又一种线切割设备中部分结构的主视图；

图6为本实施例提供的线切割装置中振动装置的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的线切割设备的主视图；

图8为本申请实施例提供的线切割设备的左视图；

图9为本申请实施例提供的线切割设备部分结构的主视图；

图10为本申请实施例提供的线切割设备部分结构的左视图；

图11为本申请实施例提供的线切割装置中Z向振动装置的安装结构示意图；

图12为本申请提供的线切割装置中X向振动装置的安装结构示意图；

图13为本申请实施例提供的又一种线切割设备中部分结构的主视图；

图14为本申请实施例提供的又一种线切割设备中部分结构的主视图。

附图标记：

1-承载装置；13-夹台底座；14-夹台；15-导向柱；16-夹板；

2-切割装置；21-切割轮；22-张力轮；23-过线导轮；

3-第一振动装置；

4-第二振动装置；41-X向振动装置；42-Y向振动装置；43-Z向振动装置；44-工件振动装置；

5-切割线；

6-硅棒；

7-切割框架；

8-进给驱动机构；

91-换能器；92-变幅杆；93-支座；931-调整缝。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实施例提供一种线切割设备，用于对待切割工件进行切割。待切割工件可以为光伏硅(单晶硅棒、多晶硅锭)、石英晶体、碳化硅、半导体、氮化硅、蓝宝石、磁材、陶瓷、硬质合金等硬脆材料工件。线切割设备通过切割线对待切割工件进行切割，可以将较大或较长尺寸的待切割工件截断成合适尺寸的工件，例如截断机；也可以将圆柱形的待切割工件切割成横截面为矩形的工件，例如开方机；也可以将横截面为矩形的待切割工件切成一定数量的薄片，例如切片机。切割线可以为镀覆有金刚石磨粒的细线。

本实施例仅以硅棒作为待切割工件为例，以截断机作为线切割设备为例进行说明。本领域技术人员可以直接将本实施例所提供的方案应用于其它线切割设备，以对其它类型的工件进行切割；也可以对本实施例所提供的技术方案的相关技术特征作出等同的更改或替换后应用于其它线切割设备，以对其它类型的工件进行切割，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本申请的保护范围之内。

如图1所示，本实施例提供的线切割设备包括：承载装置1、切割装置2、第一振动装置3和第二振动装置4。

其中，承载装置1用于承载待切割工件，待切割工件固定在承载装置1上，避免待切割工件在切割过程中产生较大的位移，待切割工件具体为硅棒6。

切割装置2用于绕设切割线5。切割装置2与承载装置1可沿进给方向相对移动，切割线5在切割装置2上按照预设的走线方向高速移动，切割线5在走线过程中对硅棒6进行切割。

第一振动装置3用于向切割线5施加超声振动，以使切割线5产生微米级的高频振动。

第二振动装置4用于向硅棒6施加超声振动，以使硅棒6产生微米级的高频振动。

在切割线5走线进行切割硅棒6时，切割线5和硅棒6的微米级超声振动会产生微加工，切割线切割硅棒6的过程中，超声振动能够产生辅助切割作用，有利于降低切割线对硅棒6的宏观作用力，能减小硅棒6切割面的线痕，使切割面的表面一致性更高；而且有利于减小切割线缝，进而减小待切割工件原料的损失，从而提高切割效率及切割质量。并且由于减小了切割线所受的宏观作用力，使切割线的线弓控制和切割状态更加稳定。

本实施例所提供的技术方案，采用承载装置用于承载及固定待切割工件，绕设有切割线的切割装置与承载装置可沿进给方向相对移动，切割线用于在走线过程中对待切割工件进行切割；第一振动装置向切割线施加超声振动；第二振动装置向待切割工件施加超声振动，切割线切割工件的过程中，叠加切割线和待切割工件的超声振动能够对工件的切割过程产生微加工，进而产生辅助切割作用，有利于降低切割线对工件的宏观作用力，进而有利于降低切割面的线痕，提高切割面的一致性，并有利于降低切割线的线弓，提高切割过程的稳定性，从而提高切割效率及切割质量。

另一方面，由于分别向工件夹台和切割线施加超声振动，提高了切割效率，使得在切割线磨损到需要更换之前能够切割更多的工件，相当于减轻了一次切割过程中对切割线的磨损，降低了断线的风险，也进一步减少更换切割线的次数，进一步提高生产效率。

再一方面将超声振动作用在待切割工件上，能够配合待切割工件的不同尺寸，方便固定待切割工件。而且将超声振动直接作用于工件夹台、间接作用在待切割工件上，能减少振动损耗，更有效地发挥超声振动的辅助效果，更有利于得到更快的切割速度和更高的切割质量，并且无需考虑待切割工件的谐振状态，能兼容多种材料、多种尺寸的待切割工件，具有较广的适用范围。

超声振动的频率通常为20000Hz以上，本实施例所提供的超声振动的频率为20000Hz以上，称为高频超声振动，其振幅是微米级。

在上述方案的基础上，线切割设备采用切割框架7作为主体结构，上述各部件均设置于切割框架7上。

线切割设备可以采用立式切割方式，也可以为卧式切割方式。立式切割方式中，硅棒6竖向设置，即硅棒6的长度方向沿竖向设置或与竖向方向呈一较小角度。卧式切割方式中，硅棒6水平设置或与水平方向呈一较小角度，即硅棒6的长度方向沿水平设置与水平方向呈一较小角度。

本实施例中，线切割设备以卧式切割为例。硅棒6的长度方向沿水平方向设置，即与图中X向和Z向所在平面垂直。X向为水平方向，也称为硅棒6的宽度方向。Z向为竖向，也称为硅棒6的高度方向。切割线5沿X向走线或沿X向的反方向走线对硅棒6进行切割。

硅棒6放置于承载装置1的顶面上，承载装置1对硅棒6进行承载。硅棒6可通过端部卡紧、底部粘接等方式固定于承载装置1上。本实施例中，承载装置1包括位于下部的承载平台及设置于承载平台上方的工件夹台，工件夹台的顶部设有容纳槽，硅棒6嵌设于容纳槽内，通过容纳槽的侧壁将硅棒6夹紧，限制硅棒6沿图中的X方向移动。

切割装置2与承载装置1可沿竖向进给方向相对移动，可以为切割装置2静止，承载装置1带动硅棒6上下移动；或者为承载装置1静止，切割装置2上下移动。本实施例采用进给驱动机构驱动承载装置1沿竖向进给方向移动。

第一振动装置3设置于切割框架7上，沿Z向延伸。第一振动装置3的端部与切割线5接触，向切割线5施加沿进给方向的高频超声振动。

第二振动装置4的输出端与硅棒6直接接触以向硅棒6施加超声振动。或者，第二振动装置4的输出端与承载装置1直接接触，以向承载装置1施加超声振动，然后承载装置1将振动传递给硅棒6，实现第二振动装置4间接向硅棒6施加超声振动。图1中的箭头仅用于表示第二振动装置4向硅棒6施加超声振动，包含直接或间接施加超声振动两种方式。

一种实施方式为：第二振动装置4位于硅棒6的上方或下方，向硅棒6施加沿进给方向的超声振动。与切割线5的超声振动配合，能够提高进给方向的振动辅助切割效果。

另一种实施方式为：第二振动装置4位于硅棒6的侧面，向硅棒6施加的超声振动方向与进给方向垂直。则硅棒6的超声振动方向与切割线5的振动方向垂直，形成二维超声振动，能进一步提高切割效率及切割后所形成的硅棒表面质量。

具体的一种方案：第二振动装置4沿切割线5的走线方向延伸，对硅棒6施加与切割线5走线方向平行的超声振动。或者，第二振动装置4沿切割线5的走线方向垂直，对硅棒6施加与切割线5走线方向垂直的超声振动。

如图2和图3所示，采用第一振动装置3对切割线5施加沿进给方向的超声振动。采用第二振动装置4对承载装置1施加与进给方向垂直的超声振动。

其中，第二振动装置4包括：施加X向超声振动的X向振动装置41。X向振动装置41沿X向延伸，其端部与承载装置1中的工件夹台的左侧面或右侧面接触，以向工件夹台施加X向的超声振动。

或者，第二振动装置4包括：施加Y向超声振动的Y向振动装置42。Y向振动装置42沿Y向延伸，其端部与承载装置1中的工件夹台的前侧面或后侧面接触，以向工件夹台施加Y向的超声振动。

图2和图3展示的方案为：第二振动装置4既包含X向振动装置41，又包含Y向振动装置42，能够使工件夹台带动硅棒6在水平方向产生二维超声振动。再配合切割线5产生的Z向超声振动，实现三维超声振动，使切割线5与硅棒6接触的位置沿三个方向都存在微加工，又进一步提高了切割效率及切割质量。

或者，第二振动装置4包括：施加Z向超声振动的Z向振动装置43。Z向振动装置43沿Z向延伸，其端部与承载装置1中的工件夹台的底面接触，以向工件夹台施加Z向的超声振动。

图4展示的方案为：第二振动装置4同时包含X向振动装置41、Y向振动装置42和Z向振动装置43，能带动硅棒6自身实现三维超声振动，并配合切割线5的Z向超声振动，也能达到三个方向微加工的效果。

如图5所示，采用第一振动装置3对切割线5施加沿进给方向的超声振动。采用第二振动装置4对硅棒6直接施加与进给方向垂直的超声振动。具体的，第二振动装置4包括直接与硅棒6接触的工件振动装置44，工件振动装置44可以与硅棒6的左侧面或右侧面接触，以向硅棒6施加X向超声振动；或者，工件振动装置44与硅棒6的前侧面或后侧面接触，以向硅棒6施加Y向超声振动。图5仅示出了工件振动装置44与硅棒6的右侧面接触。

采用第二振动装置4对硅棒6直接施加超声振动，能够缩短振动传递路径，减少能量损失。并且采用第二振动装置4对硅棒6施加与进给方向垂直的超声振动，与切割线5产生的进给方向超声振动形成二维超声振动，提高切割效率及切割质量。

另外，图5中还可以采用上述X向振动装置41、Y向振动装置42和Z向振动装置43中的至少一个。

上述第一振动装置3、X向振动装置41、Y向振动装置42、Z向振动装置43、工件振动装置44均可以采用本领域常用的超声振动器件，例如图6所示的方案，采用电源、换能器91和变幅杆92，电源向换能器91供电，换能器91将电能转换为高频机械振动，变幅杆92的一端与换能器91相连，另一端作为输出端对应与承载装置、切割线5、硅棒6接触施加超声振动，进行辅助切割。

超声振动器件可通过支座93固定于切割框架7或承载装置1。支座93设有供超声振动器件穿过的通孔，并且支座93还设有调整缝931，调整缝931从支座93的端部延伸至与通孔连通。调整缝931将该端部划分为两部分，采用螺栓依次旋入将两部分拉紧，缩小调整缝931的宽度，以使两部分夹紧超声振动器件，实现对超声振动器件进行固定。

如图7、图8、图9和图10所示，本实施例还提供一种线切割装置的实施方式：切割装置2设置于切割框架7的顶部，进给驱动机构8设置于切割框架7的底部，进给驱动机构8用于驱动承载装置1上下移动。驱动进给机构8可以采用液压、气动或电动驱动的方式，例如：采用电机驱动涡轮蜗杆机构带动承载装置1上下移动。

本实施例提供一种Z向振动装置43的安装结构，如图11所示，承载装置1包括：夹台底座13和夹台14，夹台14位于夹台底座13的上方且与夹台底座13之间留有一定空间。夹台14的两端分别通过竖向的导向柱15固定于夹台底座13。夹台14与夹台底座13之间的空间用于容纳Z向振动装置43。第Z向振动装置43设置于夹台底座13上，Z向振动装置43的输出端向上延伸至与夹台14的底面接触。

具体的，承载装置1还包括：夹板16。夹板16位于夹台14和夹台底座13之间，夹台14的两端分别通过竖向的紧固件固定于夹台底座13上，并将Z向振动装置43中的换能器限位于夹板16与夹台底座13之间。夹板16设有开孔，变幅杆从开孔穿过向上延伸与夹台14的底面接触。

上述X向振动装置41可以设置于切割框架7上，也可以设置在承载装置1上。图12示出了X向振动装置41设置在承载装置1上。具体的，采用支座93沿竖向设置于夹台底座13上，X向振动装置41设置于支座93上，使X向振动装置41正好位于夹台14的一侧。X向振动装置41中的变幅杆抵顶于夹台14的侧面。

当同时采用X向振动装置41和Z向振动装置43时，可将图11和图12的方案结合起来，并提高支座93的高度，以适应夹台14的高度。本实施例所提供的上述方案，能够自助选择一维超声振动、二维超声振动或三维超声振动进行辅助切割，具有更高的灵活性。振动幅度为X_ft＝A_ftcos(ω_ft*t)，其中A_ft为最大振幅，ω_ft为超声振动角频率，t为时间。

进一步的，本实施例提供另一种第一振动装置3的实现方式：如图9所示，第一振动装置3包括：换能器、变幅杆和振动轮31，变幅杆连接于换能器与振动轮31之间；换能器用于将电能转换为机械振动；变幅杆将机械振动传递给振动轮31，使振动轮31产生振动并将振动传递给与其接触的切割线5。电源、换能器和变幅杆均可参照上述方案。振动轮31转动连接在变幅杆的端部，振动轮31与切割线5滚动接触传递振动，振动轮31的周面不易产生损伤，延长了振动轮31的使用寿命，且减少对切割线5走线及振动的限制。

本实施例还提供一种切割装置的实现方式：包括至少两个用于绕设切割线的切割轮，两个切割轮之间的切割线形成切割段用于对硅棒6进行切割，第一振动装置3与切割段接触施加超声振动。

切割轮可以为两个，也可以为三个或三个以上。图1、图2、图4、图5中均采用两个切割轮21，两个切割轮21之间的切割线作为切割段，至少一个切割轮21设置有驱动机构，用于驱动切割21转动。设有驱动机构的切割轮21作为主动轮，不设有驱动机构的切割轮21作为从动轮。其中，图1、图2、图4、图5仅采用两个切割轮21，切割线绕设于这两个切割轮21上。

进一步如图13，还采用张力轮22，切割线5绕设于切割轮21和张力轮22上，张力轮22用于调节切割线的张力。具体的，张力轮22的位置可调，可以靠近切割轮21减小切割线的张力，也可以远离切割轮21增大切割线的张力。

图13中，张力轮33设置于两个切割轮32的上方，排布呈三角形。

图7、图8、图9、图10和图14中，除了采用张力轮22之外，额外采用一个过线导轮23，与张力轮22和两个切割轮21排布呈矩形，切割线5绕设于过线导轮23、张力轮22和两个切割轮21上，形成环线。切割线5顺时针或逆时针转动走线。

或者，切割装置还包括：收放线辊，切割线从一个收放线辊绕出后绕过各切割轮，再收纳于另一个收放线辊，实现长线切割。两个收放线辊可以交替进行收线和放线，以使切割线在两个收放线辊之间往复移动进行切割。

另一种方案，采用一个收放线辊，切割线从该收放线辊释放，再存储于该收放线辊。收放线辊沿轴向往复移动，实现对切割线的释放与存储。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种线切割设备，其特征在于，包括：

承载装置，用于承载及固定待切割工件；

切割装置，用于绕设切割线；切割装置与承载装置可沿进给方向相对移动，所述切割线用于在走线过程中对待切割工件进行切割；

第一振动装置，用于向切割线施加超声振动；

第二振动装置，用于向待切割工件施加超声振动。

2.根据权利要求1所述的线切割设备，其特征在于，所述第一振动装置沿进给方向延伸，向切割线施加沿进给方向的超声振动。

3.根据权利要求2所述的线切割设备，其特征在于，所述第二振动装置的输出端与待切割工件直接接触以向待切割工件施加超声振动。

4.根据权利要求2所述的线切割设备，其特征在于，所述第二振动装置的输出端与承载装置直接接触，以向承载装置施加超声振动；承载装置将超声振动传递给待切割工件。

5.根据权利要求3或4所述的线切割设备，其特征在于，所述第二振动装置位于待切割工件的侧面，对待切割工件施加的超声振动方向与进给方向垂直。

6.根据权利要求5所述的线切割设备，其特征在于，所述第二振动装置沿切割线的走线方向延伸，对待切割工件施加与切割线走线方向平行的超声振动。

7.根据权利要求5所述的线切割设备，其特征在于，所述第二振动装置沿切割线的走线方向垂直，对待切割工件施加与切割线走线方向垂直的超声振动。

8.根据权利要求1所述的线切割设备，其特征在于，所述第一振动装置包括：换能器、变幅杆和振动轮，变幅杆连接于换能器与振动轮之间；换能器用于将电能转换为机械振动；变幅杆将机械振动传递给振动轮，使振动轮产生振动并将振动传递给与其接触的切割线。

9.根据权利要求1所述的线切割设备，其特征在于，还包括：

进给驱动机构，与承载装置相连，用于驱动承载装置沿进给方向移动。

10.根据权利要求9所述的线切割设备，其特征在于，进给驱动机构位于承载装置的下方，驱动承载装置沿竖向移动进给。