一種環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置及工件切割方法
【專利摘要】一種環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置，和超聲振動(dòng)裝置連接，包括：線鋸單元，具有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、至少一個(gè)導(dǎo)輪以及包繞驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)輪且形成閉合環(huán)的線鋸絲，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)線鋸絲做主切割運(yùn)動(dòng)；進(jìn)給單元，與線鋸單元連接，用于驅(qū)動(dòng)線鋸絲沿著垂直于線鋸絲的主切割運(yùn)動(dòng)方向移動(dòng)；工件固定單元，固定設(shè)置在進(jìn)給單元的移動(dòng)方向上，用于固定工件。工件固定單元具有：固定設(shè)置的夾具；設(shè)置在夾具上和超聲振動(dòng)裝置連接的變幅桿，用于擴(kuò)大超聲振動(dòng)裝置輸入的高頻振動(dòng)，夾具夾持工件且和變幅桿接觸。與超聲振動(dòng)裝置連接的變幅桿將振動(dòng)施加在工件上，使得工件有超聲振動(dòng)，使工件對(duì)線鋸絲有持續(xù)的沖擊作用，降低了線鋸絲切入工件的難度，進(jìn)而提高加工效率。
【專利說(shuō)明】
一種環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置及工件切割方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種線鋸切割裝置以及對(duì)應(yīng)的切割方法，具體屬于線鋸切割技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，硬脆材料在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益普遍。硬脆材料主要包括各種寶石、玻璃、硅晶體、陶瓷等，具有高硬度、高脆性、高耐磨性等優(yōu)良性能。然而，若選用加工方法不當(dāng)，硬脆材料同時(shí)具有的低塑性、易脆性也容易導(dǎo)致工件表面層被破壞。在硬脆材料加工中，鋸切加工往往是第一道工序，占有很重要的地位。為此，對(duì)硬脆材料的鋸切加工通常采用金剛石圓盤鋸、帶鋸、線鋸等設(shè)備，金剛石圓盤鋸和金剛石帶鋸受到基體的限制，在加工過(guò)程中不能彎曲、不能切割曲線表面;而金剛石線鋸具有可自由改變切割方向、材料損失少、加工獲得的零件曲翹度小等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于硬脆材料的加工。
[0003]環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割技術(shù)是指通過(guò)一根表面固結(jié)金剛石微粒的鋼琴絲，繞在張緊裝置上，通過(guò)導(dǎo)向輪形成環(huán)形的線網(wǎng)，并保持一定的張緊力。線鋸切割運(yùn)動(dòng)主要由線鋸絲的單向運(yùn)動(dòng)形成主切割運(yùn)動(dòng)，同時(shí)線鋸絲沿著垂直于主切割運(yùn)動(dòng)的方向?qū)崿F(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，對(duì)固定在機(jī)床工作臺(tái)上的工件進(jìn)行加工。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，線鋸絲與工件之前的作用力主要由線鋸絲擠壓、切割工件提供，線鋸絲的張角會(huì)隨著鋸切力的增大而增大，而張角越大線鋸絲越不穩(wěn)定，導(dǎo)致加工效率和加工質(zhì)量的下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為解決上述問(wèn)題而提出的，提供了一種環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置及工件切割方法，從而提高了線鋸加工效率。
[0006]—種環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置，和超聲振動(dòng)裝置連接，用于對(duì)工件進(jìn)行切割，包括:
[0007]線鋸單元，具有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、至少一個(gè)導(dǎo)輪以及包繞驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)輪且形成閉合環(huán)的線鋸絲，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)線鋸絲做主切割運(yùn)動(dòng)；
[0008]進(jìn)給單元，與線鋸單元連接，用于驅(qū)動(dòng)線鋸絲沿著垂直于線鋸絲的主切割運(yùn)動(dòng)方向移動(dòng)；以及
[0009]工件固定單元，固定設(shè)置在進(jìn)給單元的移動(dòng)方向上，用于固定工件，
[0010]其中，工件固定單元具有:
[0011]固定設(shè)置的夾具；
[0012]設(shè)置在夾具上的變幅桿，和超聲振動(dòng)裝置連接，用于擴(kuò)大超聲振動(dòng)裝置輸入的高頻振動(dòng)，
[0013]夾具夾持工件且和變幅桿接觸，用于將變幅桿的超聲振動(dòng)脈沖力傳遞給工件。
[0014]本發(fā)明提供的環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置，還可以具有這樣的特征:其中，線鋸單元還具有張緊輪，與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)輪被線鋸絲包繞且形成閉合環(huán)，用于調(diào)節(jié)線鋸絲的張緊力。
[0015]本發(fā)明提供的環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置，還可以具有這樣的特征:其中，線鋸單元還具有儲(chǔ)絲筒，與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)輪被線鋸絲包繞且形成閉合環(huán)。
[0016]本發(fā)明提供的環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置，還可以具有這樣的特征:其中，線鋸絲為固結(jié)金剛石磨料鋸絲。
[0017]本發(fā)明提供的環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置，還可以具有這樣的特征:其中，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪，該驅(qū)動(dòng)輪和電機(jī)連接，驅(qū)動(dòng)輪被線鋸絲包繞，用于帶動(dòng)線鋸絲做主切割運(yùn)動(dòng)。
[0018]本發(fā)明提供的環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置，還可以具有這樣的特征，還包括:磁力單元，設(shè)置在線鋸絲的切割部分的出、入端，產(chǎn)生磁場(chǎng)，用于對(duì)線鋸絲的切割部分施加吸引力。
[0019]—種工件切割方法，使用線鋸對(duì)工件進(jìn)行切割，其特征在于包括以下步驟:
[0020]步驟一，將工件和變幅桿連接后固定在夾具上，將變幅桿和超聲振動(dòng)裝置連接；[0021 ]步驟二，設(shè)置好線鋸與工件的相對(duì)位置，打開(kāi)超聲振動(dòng)裝置和線鋸，進(jìn)行切割。
[0022]本發(fā)明提供的工件切割方法，還可以具有這樣的特征:其中，步驟二中的線鋸設(shè)置有磁力單元，磁力單元設(shè)置在線鋸的線鋸絲的切割部分的出、入端，產(chǎn)生磁場(chǎng)，用于對(duì)線鋸絲的切割部分施加吸引力。
[0023]本發(fā)明提供的工件切割方法，還可以具有這樣的特征:其中，工件由硬脆材料制成。
[0024]本發(fā)明提供的工件切割方法，還可以具有這樣的特征:其中，硬脆材料包括寶石、玻璃、硅晶體、陶瓷。
[0025]發(fā)明作用與效果
[0026]本發(fā)明所提供的環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置，由于工件固定單元具有設(shè)置在夾具上的和超聲振動(dòng)裝置連接變幅桿，變幅桿擴(kuò)大超聲振動(dòng)裝置輸入的高頻振動(dòng)，并將該振動(dòng)施加在工件上，使得工件在沿著進(jìn)給方向上具有超聲振動(dòng)，使工件對(duì)線鋸絲有持續(xù)的沖擊作用，降低了線鋸絲切入工件的難度，進(jìn)而提高了加工效率。
[0027]本發(fā)明提供的工件切割方法，同上述的環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置采用的變幅桿類似，在進(jìn)行線鋸切割過(guò)程中，將工件和變幅桿連接后固定在夾具上同時(shí)將變幅桿和超聲振動(dòng)裝置連接，使得加工過(guò)程中線鋸絲更容易切入工件，提高了加工效率。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，以下實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置的結(jié)構(gòu)和使用方法作具體闡述。
[0030]實(shí)施例1
[0031]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置100包括安裝基座(圖中未示出)、進(jìn)給單元10、線鋸單元20、工件固定單元30、磁力單元40以及控制單元。
[0033]進(jìn)給單元10設(shè)置在安裝基座上，用于驅(qū)動(dòng)線鋸單元10移動(dòng)做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，本實(shí)施例選用現(xiàn)有的X-Y移動(dòng)平臺(tái)，該X-Y移動(dòng)平臺(tái)具有可以移動(dòng)的移動(dòng)部分。
[0034]線鋸單元20具有機(jī)架21、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22、2個(gè)導(dǎo)輪23a和23b、張緊輪24、儲(chǔ)絲筒25以及包繞上述部件且形成閉合環(huán)的線鋸絲26。
[0035]機(jī)架21，通過(guò)螺栓固定在X-Y移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)部分上。
[0036]驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22，包括設(shè)置在機(jī)架21上的電機(jī)221和驅(qū)動(dòng)輪222，該驅(qū)動(dòng)輪222和電機(jī)221連接在電機(jī)221帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)做主切割運(yùn)動(dòng)。
[0037]2個(gè)導(dǎo)輪23a和23b、張緊輪24、儲(chǔ)絲筒25分別設(shè)置在機(jī)架21上，與驅(qū)動(dòng)輪222共同構(gòu)成一個(gè)如圖1所示的五邊形。
[0038]線鋸絲26為為固結(jié)金剛石磨料鋸絲，包繞在驅(qū)動(dòng)輪222、2個(gè)導(dǎo)輪23a和23b、張緊輪24、儲(chǔ)絲筒25上，形成一個(gè)閉合環(huán)。其中位于2個(gè)導(dǎo)輪23a和23b之間的線鋸絲26段為切割部分，上下端分別稱為出端(靠近導(dǎo)輪23a)和入端(靠近導(dǎo)輪23b)。
[0039]工件固定單元30，與安裝基座連接，固定設(shè)置在進(jìn)給單元的移動(dòng)方向上，用于固定工件B，具有夾具31和變幅桿32。
[0040]夾具31固定設(shè)置在安裝基座上。
[0041]變幅桿32設(shè)置在夾具上，和外部的超聲振動(dòng)裝置A連接，用于擴(kuò)大超聲振動(dòng)裝置A輸入的高頻振動(dòng)。
[0042]夾具31夾持工件B且和變幅桿32接觸，將變幅桿32的超聲振動(dòng)脈沖力傳遞給工件B。
[0043]磁力單元40，整體安裝在機(jī)架21上，包括兩個(gè)電磁鐵41a和41b。電磁鐵41a和41b分別設(shè)置在線鋸絲的切割部分的出、入端，即靠近導(dǎo)輪23a、導(dǎo)輪23b的線鋸絲的工件側(cè)，電磁鐵41a和41b與線鋸絲26的切割部分的距離為l-10mm，該距離可以調(diào)節(jié)，同時(shí)電磁鐵41a和41b離導(dǎo)輪23a、導(dǎo)輪23b的距離也可以調(diào)節(jié)。
[0044]控制單元，分別同上面的進(jìn)給單元10、線鋸單元20、磁力單元40連接，用于控制進(jìn)給單元1中的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，線鋸單元20的主切割運(yùn)動(dòng)，磁力單元40中電磁鐵的磁場(chǎng)大小。
[0045]使用方法與工作原理:
[0046]線鋸絲26在驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)22的帶動(dòng)下進(jìn)行單向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主切割運(yùn)動(dòng)。線鋸絲26采用的是固結(jié)金剛石磨料鋸絲。同時(shí)線鋸絲26及2個(gè)導(dǎo)輪23a和23b沿著垂直于線鋸絲26的主切割運(yùn)動(dòng)方向的方向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。磁力單元40放置在線鋸絲26的切割部分出、入端，切割部分出、入端的線鋸絲受到線鋸絲26產(chǎn)生的吸引作用。同時(shí)，由控制單元50控制超聲振動(dòng)裝置A中的壓電晶體換能器工作，通過(guò)變幅桿32將高頻振動(dòng)傳遞到工件B，使工件B在線鋸絲26進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向產(chǎn)生高頻振動(dòng)。
[0047]由于進(jìn)給力作用在線鋸絲26上時(shí)，線鋸絲26會(huì)發(fā)生形變，即線鋸絲26形成一個(gè)張角，進(jìn)給力越大張角越大，線鋸絲26越容易發(fā)生斷絲現(xiàn)象。由控制單元50控制調(diào)整磁力單元40中電磁鐵41a和41b的磁力作用大小，同時(shí)配合調(diào)整超聲振動(dòng)脈沖力的大小，可以使得進(jìn)給力同磁力抵消即受力穩(wěn)定，不容易導(dǎo)致線鋸絲26張角的頻繁改變。
[0048]在上述加工過(guò)程中，打開(kāi)超聲振動(dòng)裝置A、關(guān)閉磁力單元40，即形成超聲振動(dòng)輔助線鋸加工的狀態(tài)。
[0049]在上述加工過(guò)程中，關(guān)閉超聲振動(dòng)裝置A、打開(kāi)磁力單元40，即形成磁力輔助線鋸加工的狀態(tài)。
[0050]實(shí)施例的有益作用和效果
[0051]本實(shí)施例所提供的環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置，由于工件固定單元具有設(shè)置在夾具上的和超聲振動(dòng)裝置連接變幅桿，變幅桿擴(kuò)大超聲振動(dòng)裝置輸入的高頻振動(dòng)，并將該振動(dòng)施加在工件上，使得工件在沿著進(jìn)給方向上具有超聲振動(dòng)，使工件對(duì)線鋸絲有持續(xù)的沖擊作用，降低了線鋸絲切入工件的難度，進(jìn)而提高了加工效率。
[0052]本實(shí)施例所提供的環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置，由于線鋸絲為固結(jié)金剛石磨料鋸絲，使得在切割高硬度、高脆性、高耐磨性的硬脆材料工件時(shí)，效率高，不容易磨損。
[0053]本實(shí)施例所提供的環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置，由于具有設(shè)置在線鋸絲附近的磁力單元，使得線鋸絲的切割部分獲得與進(jìn)給方向相同的磁力作用，進(jìn)而減小了線鋸絲張角，避免線鋸絲因?yàn)閺埥沁^(guò)大和頻繁變動(dòng)的疲勞應(yīng)力而導(dǎo)致的斷絲問(wèn)題。通過(guò)進(jìn)一步對(duì)電磁鐵位置、磁力大小的改變，實(shí)現(xiàn)對(duì)切割部分磁力作用的大小和方向的控制。通過(guò)對(duì)超聲振動(dòng)裝置A頻率和振幅的改變，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件所獲得高頻振動(dòng)的頻率和振幅的控制，從而更好的實(shí)現(xiàn)進(jìn)給力同磁力的平衡，減少線鋸絲26張角改變的頻率。
[0054]實(shí)施例2
[0055]工件切割方法
[0056]這里以使用一般的線鋸切割硅晶體為例進(jìn)行示例說(shuō)明。包括以下兩個(gè)步驟:
[0057]步驟一，將硅晶體工件和變幅桿連接后，通過(guò)夾具固定在線鋸的工作臺(tái)上，將變幅桿和超聲振動(dòng)裝置連接，本實(shí)施例中工件為硅晶體制成，也可以是其他的硬脆材料包括寶石、玻璃、硅晶體、陶瓷等。
[0058]步驟二，設(shè)置好線鋸與工件的相對(duì)位置，將磁力單元的兩個(gè)電磁鐵固定安裝在線鋸的線鋸絲的切割部分的出、入端，打開(kāi)超聲振動(dòng)裝置和線鋸，分別調(diào)整電磁鐵與線鋸絲的距離以及電磁鐵的位置，同時(shí)設(shè)定合適的超聲振動(dòng)裝置的頻率、振幅參數(shù)，調(diào)節(jié)線鋸的線鋸絲的運(yùn)動(dòng)速度和進(jìn)給速率，使得線鋸絲一直保持為直線進(jìn)行切割。
[0059]在上述加工過(guò)程中，打開(kāi)超聲振動(dòng)裝置、關(guān)閉磁力單元，即形成超聲振動(dòng)輔助線鋸加工的狀態(tài)。
[0060]在上述加工過(guò)程中，關(guān)閉超聲振動(dòng)裝置、打開(kāi)磁力單元，即形成磁力輔助線鋸加工的狀態(tài)。
[0061]實(shí)施例的有益作用和效果
[0062]本實(shí)施例提供的工件切割方法，
[0063]1.通過(guò)放置在線鋸絲切割出、入口部分的電磁鐵，使線鋸絲在工件加工部分上下獲得與進(jìn)給方向相同的磁力作用，進(jìn)而減小了線鋸絲張角，避免線鋸絲因?yàn)閺埥沁^(guò)大導(dǎo)致的斷絲問(wèn)題。
[0064]2.通過(guò)對(duì)電磁鐵磁力大小、設(shè)置位置的改變，實(shí)現(xiàn)對(duì)線鋸絲切割部分磁力作用的大小和方向的控制。
[0065]3.通過(guò)施加在工件上沿著進(jìn)給方向的超聲振動(dòng)，使工件對(duì)線鋸絲有持續(xù)的沖擊作用，降低了線鋸絲切入工件的難度，進(jìn)而提高了加工效率。
[0066] 4.通過(guò)對(duì)超聲振動(dòng)裝置的超聲頻率和振幅的改變，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件所獲得高頻振動(dòng)的頻率和振幅的控制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置，和超聲振動(dòng)裝置連接，用于對(duì)工件進(jìn)行切割，包括: 線鋸單元，具有驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、至少一個(gè)導(dǎo)輪以及包繞所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、所述導(dǎo)輪且形成閉合環(huán)的線鋸絲，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述線鋸絲做主切割運(yùn)動(dòng)； 進(jìn)給單元，與所述線鋸單元連接，用于驅(qū)動(dòng)所述線鋸絲沿著垂直于所述線鋸絲的主切割運(yùn)動(dòng)方向移動(dòng)；以及 工件固定單元，固定設(shè)置在所述進(jìn)給單元的移動(dòng)方向上，用于固定所述工件， 其中，所述工件固定單元具有: 固定設(shè)置的夾具； 設(shè)置在所述夾具上的變幅桿，和所述超聲振動(dòng)裝置連接，用于擴(kuò)大所述超聲振動(dòng)裝置輸入的高頻振動(dòng)， 所述夾具夾持所述工件且和所述變幅桿接觸，用于將所述變幅桿的超聲振動(dòng)脈沖力傳遞給所述工件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置，其特征在于: 其中，所述線鋸單元還具有張緊輪，與所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、所述導(dǎo)輪被所述線鋸絲包繞且形成閉合環(huán)，用于調(diào)節(jié)所述線鋸絲的張緊力。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置，其特征在于: 其中，所述線鋸單元還具有儲(chǔ)絲筒，與所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、所述導(dǎo)輪被所述線鋸絲包繞且形成閉合環(huán)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置，其特征在于: 其中，所述線鋸絲為固結(jié)金剛石磨料鋸絲。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置，其特征在于: 其中，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪，該驅(qū)動(dòng)輪和所述電機(jī)連接， 所述驅(qū)動(dòng)輪被所述線鋸絲包繞，用于帶動(dòng)所述線鋸絲做主切割運(yùn)動(dòng)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)式固結(jié)金剛石線鋸切割裝置，其特征在于，還包括: 磁力單元，設(shè)置在所述線鋸絲的切割部分的出、入端，產(chǎn)生磁場(chǎng)，用于對(duì)所述線鋸絲的切割部分施加吸引力。7.—種工件切割方法，使用線鋸對(duì)工件進(jìn)行切割，其特征在于包括以下步驟: 步驟一，將所述工件和變幅桿連接后固定在夾具上，將變幅桿和超聲振動(dòng)裝置連接； 步驟二，設(shè)置好所述線鋸與所述工件的相對(duì)位置，打開(kāi)所述超聲振動(dòng)裝置和所述線鋸，進(jìn)行切割。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的工件切割方法，其特征在于: 其中，步驟二中的線鋸設(shè)置有磁力單元， 所述磁力單元設(shè)置在所述線鋸的線鋸絲的切割部分的出、入端，產(chǎn)生磁場(chǎng)，用于對(duì)所述線鋸絲的切割部分施加吸引力。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的工件切割方法，其特征在于: 其中，所述工件由硬脆材料制成。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的工件切割方法，其特征在于: 其中，所述硬脆材料包括寶石、玻璃、硅晶體、陶瓷。
【文檔編號(hào)】B28D1/06GK106042201SQ201610403835
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月8日
【發(fā)明人】王艷, 秦琛, 彭水平, 崔西民, 朱新慶
【申請(qǐng)人】上海理工大學(xué)