專利名稱：一種bgo晶體切割機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及BGO晶體切割的專用加工設(shè)備，特別是一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、工作性能可靠的機(jī)械結(jié)構(gòu)，一種穩(wěn)定運(yùn)行、自動(dòng)化程度高的控制軟件設(shè)計(jì)。它適用于BGO等閃爍晶體的精密切割，也可用于其它同類硬脆材料的加工。
背景技術(shù)：
BGO是Bi203_Ge02系化合物的總稱鍺酸鉍的縮寫，目前又往往特指其中的一種化合物Bi4Ge3012。這種BGO是一種閃爍晶體，無色透明。當(dāng)一定能量的電子、Y射線或重帶電粒子進(jìn)入BGO時(shí)，它能發(fā)出藍(lán)綠色的熒光，記錄熒光的強(qiáng)度和位置，就能計(jì)算出入射電子、Y射線等的能量和位置。這就是BGO的“眼睛”作用，即可用作高能粒子的“探測器”。由于這種晶體阻擋高能射線能力強(qiáng)、分辨率高，因而特別適合于高能粒子和高能射線的探測，在基本粒子、空間物理和高能物理等研究領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，并已十分成功地用于歐洲核子研究中心L3正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的電磁量能器上。目前BGO的結(jié)構(gòu)性能研究、生長技術(shù)研究都處于相對(duì)完善，但是BGO的加工往往是目前世界上的一大難題，它易于崩邊，材料硬度大，表面光潔度要求等特點(diǎn)，限制了加工的方法。通常市場上的BGO的切割使用銅絲加沙石磨料的方式，這種機(jī)器切割效率低，本發(fā)明的晶體切割機(jī)是利用微細(xì)顆粒金剛石粉末制成的厚度最小為O. Imm的薄片砂輪刀，在
O.I 400m/s的切割線速度下，使砂輪刀片沿被切件的分割線切進(jìn)。也有采用切透整個(gè)晶體厚度的方法分開。在工控機(jī)控制下的X、Y、ζ、Θ四個(gè)方向微電機(jī)的精密驅(qū)動(dòng)下，通過X、Y、z向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)以及Θ向360°的轉(zhuǎn)動(dòng)，按照預(yù)設(shè)的尺寸將大晶體分割，從而得到單個(gè)的陣列(窗口)。Θ向的轉(zhuǎn)動(dòng)精確與否決定所切工件形狀的準(zhǔn)確與否。

發(fā)明內(nèi)容
本設(shè)備采用自主開發(fā)的技術(shù)路線。通過集成技術(shù)創(chuàng)新和工藝創(chuàng)新，攻克精密機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、精度設(shè)計(jì)、高精度定位控制、開發(fā)專用系統(tǒng)軟件及切割工藝等關(guān)鍵核心技術(shù)，研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、技術(shù)水平國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)的高精度BGO晶體切割機(jī)。加大機(jī)器的加工范圍，提高精度為使行程加大，必需增加導(dǎo)軌、絲杠、靜壓電主軸及底座的長度。由于尺寸加大,精度等級(jí)必然要提高，這些主要靠機(jī)加工來保證。對(duì)整機(jī)精度影響最大的滾珠絲杠，采取兩步走。一是對(duì)沒有特殊要求的用戶，選用國產(chǎn)精密滾珠絲杠，步進(jìn)當(dāng)量為5Lm，絲杠滾珠循環(huán)方式由外循環(huán)改為流暢性好、效率高、且裝配簡便的內(nèi)循環(huán)方式。二是對(duì)要求精度特別高的用戶，選用步進(jìn)當(dāng)量為2Lm的日本產(chǎn)精密滾珠絲杠。日產(chǎn)絲杠精度比國產(chǎn)的高一倍，可滿足一些特殊的需求。 加大主軸功率，增加主軸長度切割機(jī)的主軸功率由提升到lkW，長度由160mm增加到190mm。靜壓電主軸的加長，除需要機(jī)械加工來保證其尺寸精度外，還需要加大主軸電機(jī)的功率，以便能靈活地帶動(dòng)起主軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)，并且在切割厚、硬材料時(shí)不丟轉(zhuǎn)，保證切割質(zhì)量。提高機(jī)器的防腐、絕緣能力切割機(jī)選用鋁制造一些耐蝕零件，經(jīng)長期使用發(fā)現(xiàn)，鋁能耐一般性的腐蝕，但在切割某些特殊材料時(shí)，鋁很快就會(huì)被電蝕。在這樣的場合，就必須選用其它的材料。根據(jù)BGO切割時(shí)冷卻液的不同，改用了不銹鋼或非金屬材料。為使對(duì)刀操作方便，將原來影響絕緣可靠性的金屬材料做了非金屬處理?？刂齐娐吩O(shè)計(jì)增加軟件功能，提高集成度，提高可靠性，降低故障率。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和所產(chǎn)生的積極的技術(shù)效果是本發(fā)明利用剛精密的銅基金剛石刀片，配合高精度空氣靜壓電主軸高速旋轉(zhuǎn)，達(dá)到精密切割的目的，這樣有利于減少崩邊和提 高截面光潔度，利用精密機(jī)械結(jié)構(gòu)，配合進(jìn)口光柵進(jìn)行進(jìn)給補(bǔ)償，使切割時(shí)實(shí)時(shí)反饋尺寸進(jìn)給的精度，達(dá)到切割位置的準(zhǔn)確控制和定位，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，性能安全可靠，從根本上解決了現(xiàn)有切割方式的單一和精度誤差等問題，對(duì)切割機(jī)的切割質(zhì)量提供了可靠的作業(yè)保障，顯著提高工作效率和減少維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
以下結(jié)合附圖
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。圖I是傳動(dòng)系統(tǒng)圖。圖中序號(hào)說明1X向電機(jī)、2承片臺(tái)、3主軸、4Y向電機(jī)、5Z向電機(jī)、6 Θ向電機(jī)；圖2是全分布式結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明由機(jī)械和電器二大部分組成，機(jī)械部分包括X軸、Y軸、Z軸、H軸4個(gè)方向的傳動(dòng)系統(tǒng)，主軸、定位對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)和壓縮空氣過濾系統(tǒng)。(I)X軸由一臺(tái)90BR)06型反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，通過齒形帶輪和齒形帶帶動(dòng)承片臺(tái)在圓導(dǎo)軌上左右往復(fù)運(yùn)動(dòng),行程為160mm。(2)Y軸由一臺(tái)90BR)06型反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，通過滾珠絲杠帶動(dòng)固定在Y向溜板上的主軸在導(dǎo)軌上作步進(jìn)當(dāng)量為5Lm的直線移動(dòng)。運(yùn)動(dòng)方向有重復(fù)、分度、單步3種，行程為154mm。如果要求更小的步進(jìn)，只需更換一根螺距為2mm的滾珠絲杠，就能實(shí)現(xiàn)步進(jìn)當(dāng)量為2Lm的分度傳動(dòng)要求。(3)Z軸由一臺(tái)60BF009型反應(yīng)式步進(jìn)步電機(jī),通過絲杠帶動(dòng)導(dǎo)向板在圓柱導(dǎo)向套內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)主軸在Z方向作步進(jìn)當(dāng)量為5Lm的上下移動(dòng)。運(yùn)動(dòng)方式有連續(xù)和單步二種，行程為10mm。(4) Θ軸由一臺(tái)45BF0032E型反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，通過一對(duì)蝸輪副帶動(dòng)承片臺(tái)作H向旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)角范圍為O 360°，轉(zhuǎn)動(dòng)方式有90°、60°、單步3種。(5)主軸本機(jī)采用功率為lkW，轉(zhuǎn)速為30000r/min的靜壓式中頻電主軸。(6)定位對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)采用物鏡間距和焦距都為40mm的分離視場顯微鏡+TV監(jiān)視系統(tǒng)定位對(duì)準(zhǔn)。顯微鏡能作上下，前后調(diào)整，固定在Y軸上，與主軸一起運(yùn)動(dòng)。
(7)壓縮空氣過濾系統(tǒng)由二級(jí)油水過濾器和一級(jí)分水濾氣器組成。為靜壓電主軸提供潔凈的壓縮空氣。電路控制部分設(shè)計(jì)(I)硬件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)本機(jī)采用自行設(shè)計(jì)的硬件控制系統(tǒng)。輸出電路是由X軸、Y軸、Z軸和H軸4組步進(jìn)電機(jī)控制電路、3個(gè)繼電器電路、3個(gè)電磁閥電路、18個(gè)指示燈電路和一個(gè)報(bào)警電路所組成。整個(gè)控制電路為8塊板，與6組電源裝在一個(gè)放在主機(jī)下面的電氣柜中。其它變壓器和步進(jìn)電機(jī)負(fù)載電阻，為減小其散熱對(duì)控制電路的影響，單獨(dú)放在一個(gè)變壓器電阻箱內(nèi)。(2)軟件設(shè)計(jì)整機(jī)各種功能控制軟件都固化在2片2716中。軟件設(shè)計(jì)的原則是，為減小故障源，盡力以軟代硬，并利用軟件特點(diǎn)，為用戶使用和維修方便，不僅設(shè)計(jì)了步距L的小數(shù)補(bǔ)償系統(tǒng)，還設(shè)計(jì)了系統(tǒng)故障自診和系統(tǒng)參數(shù)自檢功能程序，同時(shí)還設(shè)計(jì)了定位偏·差記憶和自動(dòng)定位功能。
權(quán)利要求
1.一種BGO晶體切割機(jī)，其特征在于所述金剛石砂輪刀片在O. I 400m/s的切割線速度下，使砂輪刀片沿被切件的分割線切進(jìn)。所述晶體切割機(jī)在工控機(jī)控制下的Χ、Υ、Ζ、Θ四個(gè)方向微電機(jī)的精密驅(qū)動(dòng)下，通過X、Y、Z向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)以及Θ向360°的轉(zhuǎn)動(dòng)，按照預(yù)設(shè)的尺寸將大晶體分割。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的晶體切割機(jī)，其特征還在于，所述晶體切割機(jī)硬件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，所述晶體切割機(jī)軟件控制的設(shè)計(jì)及定位。
全文摘要
本發(fā)明涉及BGO晶體切割的專用加工設(shè)備，BGO的結(jié)構(gòu)性能研究、生長技術(shù)研究都處于相對(duì)完善，但是BGO的加工往往是目前世界上的一大難題，它易于崩邊，材料硬度大，表面光潔度要求等特點(diǎn)，限制了加工的方法。本發(fā)明的晶體切割機(jī)是利用微細(xì)顆粒金剛石粉末制成的厚度最小為0.1mm的薄片砂輪刀，在0.1～400m/s的切割線速度下，使砂輪刀片沿被切件的分割線切進(jìn)。也有采用切透整個(gè)晶體厚度的方法分開。在工控機(jī)控制下的X、Y、Z、θ四個(gè)方向微電機(jī)的精密驅(qū)動(dòng)下，通過X、Y、Z向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)以及θ向360°的轉(zhuǎn)動(dòng)，按照預(yù)設(shè)的尺寸將大晶體分割，從而得到單個(gè)的陣列(窗口)。
文檔編號(hào)B28D7/00GK102935665SQ20121053182
公開日2013年2月20日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者孟博 申請人:天津工業(yè)大學(xué)