一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)，包括加工平臺，加工平臺上設(shè)有線鋸運動裝置和工件進給運動裝置，線鋸運動裝置為往復(fù)式線鋸運動裝置或高速單向式線鋸運動裝置，工件進給運動裝置包括夾具，夾具上設(shè)有進給裝置，夾具為固定式夾具、自轉(zhuǎn)式夾具或扭轉(zhuǎn)式夾具中的任意一種。通過對線鋸運動系統(tǒng)、工件進給系統(tǒng)、超聲振動系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)的模塊化匹配和協(xié)同，實現(xiàn)滿足不同切割優(yōu)化目標。
【專利說明】 —種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于機械工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨工業(yè)產(chǎn)品的復(fù)雜化和IC產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，工業(yè)企業(yè)對于器件的加工質(zhì)量要求也是越來越高。碳化硅單晶材料以其卓越的物理機械性能，廣泛的應(yīng)用于高頻、高溫、功率的半導(dǎo)體器件及紫外探測技術(shù)等領(lǐng)域。而SiC單晶片的制造過程正朝著大直徑、超薄方向發(fā)展，這對于晶片的制造過程提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。
[0003]目前SiC單晶片的制造過程一般包括:單晶生長、切割、研磨、拋光而形成最終的成品。切割作為SiC單晶片制備的關(guān)鍵工序，對于后續(xù)的加工制造過程影響很大。如切片厚度較大或者表面不平度較大，根據(jù)誤差復(fù)映原理，會導(dǎo)致后續(xù)的研磨工序花費大量的時間，或者無法達到研磨工序的要求；對于切割時間因素的考慮，在切割直徑大于102mm的超薄(厚度小于等于0.5mm)切割過程中，現(xiàn)有的WXD170往復(fù)式金剛石線鋸加工機床上，在滿足切割工序表面質(zhì)量、線鋸保證一次完成一片的切割要求約束下，切割時間大概是24小時左右，因此加工效率是要考慮的；此外，加工過程的穩(wěn)定性嚴重的影響晶片表面質(zhì)量和加工效率，在目前的線鋸加工機床上，由于其本身的特性，隨著切割過程的不斷進行，加工過程的力、工件與線鋸的接觸長度、線鋸的磨損等都隨加工時間變化，這就導(dǎo)致線鋸崩斷或者晶片崩碎問題，嚴重影響加工表面質(zhì)量和加工效率。
[0004]現(xiàn)有的加工平臺WXD170型往復(fù)金剛石線旋轉(zhuǎn)點切割機，該設(shè)備的往復(fù)式線鋸運動控制裝置僅能調(diào)節(jié)線鋸的速度，工件的進給和旋轉(zhuǎn)采用獨立的控制裝置，可以改變工件的橫向和縱向運動以及工件的旋轉(zhuǎn)速度，切割工藝參數(shù)恒定，控制裝置之間沒有進行協(xié)調(diào)，這樣導(dǎo)致的問題是:在切割過程中隨著工件的切割直徑的不斷減少和線鋸換向動作的周期進行，線鋸與工件之間的接觸弧長發(fā)生動態(tài)變化以及線鋸的磨損，叢而導(dǎo)致切割力的動態(tài)變化，使得切割過程穩(wěn)定性差，經(jīng)常出現(xiàn)切片崩碎、材料去除率低、昂貴的線鋸浪費嚴重、切割效率低的問題。
[0005]因此，本實用新型專利根據(jù)大直徑超薄SiC單晶片實際切割過程中存在問題，為了優(yōu)化和達到不同的線鋸切割過程工藝需求目標，結(jié)合重構(gòu)制造系統(tǒng)的理論，針對不同的生產(chǎn)批量的硬脆材料的加工需求，對該線鋸加工平臺進行模塊化重構(gòu)，按照不同的定制產(chǎn)品的需求實現(xiàn)不同的平臺。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的目的是提供一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有切割機床只能固定為一種形式，不能方便的滿足不同產(chǎn)品的不同需求，經(jīng)常出現(xiàn)切片崩碎、材料去除率低、昂貴的線鋸浪費嚴重、切割效率低的問題。
[0007]本實用新型所采用的技術(shù)方案是，一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)，包括加工平臺，力口工平臺上設(shè)有線鋸運動裝置和工件進給運動裝置，線鋸運動裝置為往復(fù)式線鋸運動裝置或高速單向式線鋸運動裝置，工件進給運動裝置包括夾具，夾具上設(shè)有進給裝置，夾具為固定式夾具、自轉(zhuǎn)式夾具或扭轉(zhuǎn)式夾具中的任意一種。
[0008]本實用新型的特點還在于，
[0009]往復(fù)式線鋸運動裝置包括豎直設(shè)置在加工平臺上的凹形支撐板，支撐板的一側(cè)由頂部至底部依次設(shè)有張緊輪、兩個小導(dǎo)輪和一個過輪，支撐板上還設(shè)有冷卻管道，支撐板的凹口位于工件進給運動裝置的夾具旁，加工平臺上還設(shè)有線鋸滾筒，線鋸滾筒上纏繞有若干圈線鋸，線鋸的一端經(jīng)張緊輪、兩個小導(dǎo)輪和過輪繞回線鋸滾筒，線鋸滾筒的一端連接有滾筒電機。
[0010]高速單向式線鋸運動裝置包括豎直設(shè)置在加工平臺上的凹形支撐板，支撐板的一側(cè)由頂部至底部依次設(shè)有張緊輪、兩個小導(dǎo)輪和一個過輪，支撐板上還設(shè)有冷卻管道，支撐板的凹口位于工件進給運動裝置的夾具旁，加工平臺上還設(shè)有支撐架，支撐架的頂部水平并列設(shè)有線鋸驅(qū)動輪和包角調(diào)整輪，線鋸驅(qū)動輪上纏繞有線鋸，線鋸的一端從包角調(diào)整輪、張緊輪、兩個小導(dǎo)輪和過輪繞回線鋸驅(qū)動輪，線鋸驅(qū)動輪的一端連接有滾筒電機。
[0011]工件進給裝置旁還設(shè)有超聲波振動裝置，超聲波振動裝置包括超聲波振動發(fā)生器，超聲波振動發(fā)生器的變幅桿位于工件進給運動裝置的夾具旁且與線鋸接觸，超聲波振動發(fā)生器通過超聲波冷卻液管道連接有冷卻裝置。
[0012]工件進給裝置還連接有控制裝置，控制裝置包括設(shè)置在夾具上的傳感器，傳感器通過導(dǎo)線連接有計算機。
[0013]本實用新型的有益效果是，通過對線鋸運動系統(tǒng)、工件進給系統(tǒng)、超聲振動系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)的模塊化匹配和協(xié)同，實現(xiàn)滿足不同切割優(yōu)化目標的重構(gòu)線鋸加工裝置，本實用新型可以分別滿足提高切割生產(chǎn)效率、切割工件的表面質(zhì)量、切割過程的最低成本、切割過程穩(wěn)定性、切割過程線鋸磨損最低等單優(yōu)化目標的目的，同時可以根據(jù)多目標優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型和優(yōu)化方法，獲得多目標優(yōu)化同時優(yōu)化時，通過不同模塊的配置和滿足多目標優(yōu)化的目標，為貴重脆性材料的切割提供了低成本的、柔性的、多目標優(yōu)化的重構(gòu)加工系統(tǒng)平臺，解決了現(xiàn)有技術(shù)在切割過程中容易出現(xiàn)切片崩碎，材料去除率低，以及切割效率低的問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本實用新型一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)往復(fù)式線鋸運動裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本實用新型一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)高速單向式線鋸運動裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3是本實用新型一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4是本實用新型一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5是本實用新型一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖6是本實用新型一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)實施例4的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖7是本實用新型一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)實施例5的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖8是本實用新型一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)實施例6的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖9是本實用新型一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)實施例7的結(jié)構(gòu)示意圖。[0023]圖中，1.線鋸滾筒，2.線鋸，3.張緊輪，4.冷卻管道，5.小導(dǎo)輪，6.滾筒電機，7.過輪，8.冷卻液槽，9.線鋸驅(qū)動輪，10.包角調(diào)整輪，11.驅(qū)動輪電機，15.加工平臺，16.支撐板，17.發(fā)生器，18，超聲波冷卻液管道，20.傳感器，21.支撐架，22.固定式夾具，23.自轉(zhuǎn)式夾具，24.扭轉(zhuǎn)式夾具。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細說明。
[0025]本實用新型提供了一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)，包括線鋸運動裝置、工件進給運動裝置、超聲波振動裝置和控制裝置。
[0026]具體包括加工平臺15，加工平臺15上設(shè)有線鋸運動裝置和工件進給運動裝置，線鋸運動裝置為往復(fù)式線鋸運動裝置或高速單向式線鋸運動裝置，工件進給運動裝置包括夾具，夾具上設(shè)有進給裝置，夾具為固定式夾具22、自轉(zhuǎn)式夾具23或扭轉(zhuǎn)式夾具24中的任意一種。
[0027]其中，工件進給裝置旁還設(shè)有超聲波振動裝置，超聲波振動裝置包括超聲波振動發(fā)生器17，超聲波振動發(fā)生器17的變幅桿位于工件進給運動裝置的夾具旁且與線鋸2接觸，超聲波振動發(fā)生器17通過超聲波冷卻液管道18連接有冷卻裝置；工件進給裝置還連接有控制裝置，控制裝置包括設(shè)置在夾具上的傳感器20，傳感器20通過導(dǎo)線連接有計算機。
[0028]參見圖1，往復(fù)式線鋸運動裝置包括豎直設(shè)置在加工平臺15上的凹形支撐板16，支撐板16的一側(cè)由頂部至底部依次設(shè)有張緊輪3、兩個小導(dǎo)輪5和一個過輪7，支撐板16上還設(shè)有冷卻管道4，支撐板16的凹口位于工件進給運動裝置的夾具旁，加工平臺15上還設(shè)有線鋸滾筒1，線鋸滾筒I上纏繞有若干圈線鋸2，線鋸2的一端經(jīng)張緊輪3、兩個小導(dǎo)輪5和過輪7繞回線鋸滾筒1，線鋸滾筒I的一端連接有滾筒電機6。
[0029]往復(fù)式線鋸運動裝置，可提供的線鋸速度為≤2m/s，該裝置由滾筒電機6驅(qū)動線鋸滾筒I為其提供動力，線鋸滾筒I帶動纏繞在線鋸滾筒I上的線鋸，由行程開關(guān)控制做往復(fù)運動，其中張緊輪3用做張緊線鋸，兩個小導(dǎo)輪5為切割部分提供一個平穩(wěn)的切割環(huán)境，過輪7用作導(dǎo)向作用，冷卻管道4導(dǎo)引冷卻液冷卻加工過程。
[0030]參見圖2，高速單向式線鋸運動裝置包括豎直設(shè)置在加工平臺15上的凹形支撐板16，支撐板16的一側(cè)由頂部至底部依次設(shè)有張緊輪3、兩個小導(dǎo)輪5和一個過輪7，支撐板16上還設(shè)有冷卻管道4，支撐板16的凹口位于工件進給運動裝置的夾具旁，加工平臺15上還設(shè)有支撐架21，支撐架21的頂部水平并列設(shè)有線鋸驅(qū)動輪9和包角調(diào)整輪10，線鋸驅(qū)動輪9上纏繞有線鋸2，線鋸2的一端從包角調(diào)整輪10、張緊輪3、兩個小導(dǎo)輪5和過輪7繞回線鋸驅(qū)動輪9，線鋸驅(qū)動輪9的一端連接有滾筒電機6。
[0031]高速單向式線鋸裝置可提供的線鋸速度為≤10m/s,由驅(qū)動輪電機11驅(qū)動線鋸驅(qū)動輪9為線鋸2提供動力，從而帶動線鋸2做單向運動。其中張緊輪3用做張緊線鋸，兩個小導(dǎo)輪5為切割部分提供一個平穩(wěn)的切割環(huán)境，過輪7用作導(dǎo)向作用，冷卻管道4導(dǎo)引冷卻液冷卻加工過程。
[0032]工件進給運動裝置包括夾具12，夾具12上設(shè)有驅(qū)動其水平運動的水平電機，還設(shè)有驅(qū)動其垂直運動的垂直電機，其中夾具為固定式夾具22、自轉(zhuǎn)式夾具23或扭轉(zhuǎn)式夾具24中的任意一種。[0033]固定式夾具22不能提供工件自傳，只能起到一個夾持工件的作用；自轉(zhuǎn)式夾具23可以固定工件，同時可以為工件提供一個12rpm至20rpm自轉(zhuǎn)速度；扭轉(zhuǎn)式夾具24可以為系統(tǒng)提供12rpm至20rpm自轉(zhuǎn)速度，同時低速扭轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)頻率為IHz至2Hz。
[0034]控制裝置通過傳感器20實時采集加工過程系統(tǒng)的受力，再通過數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)換為計算機可識別的數(shù)據(jù)文本輸入到計算機，可以對加工過程進行同步控制。
[0035]本系統(tǒng)包括線鋸運動裝置和工件進給運動裝置，若要實現(xiàn)普通低成本的切割過程，則選擇往復(fù)式線鋸運動裝置和固定式夾具進給裝置；若要加工對工件表面質(zhì)量有一定要求的工件，則選擇自轉(zhuǎn)式夾具進給裝置；若要加工對工件表面質(zhì)量有較高要求的工件，則選擇扭轉(zhuǎn)式夾具進給裝置；若要實現(xiàn)普通高生產(chǎn)效率的切割過程，則選擇高速單向式線鋸運動裝置；若要延長線鋸壽命，則在工件進給運動裝置旁設(shè)置超聲波振動裝置；若要使切割過程穩(wěn)定，則在工件進給運動裝置上設(shè)置控制裝置。
[0036]按照加工中不同的需要，可以將線鋸運動裝置、工件進給運動裝置、超聲波振動裝置和控制裝置按需選擇并組合，構(gòu)造成實現(xiàn)不同優(yōu)化目標的切割系統(tǒng)。
[0037]實施例1
[0038]如圖3所示，一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)，包括加工平臺15，加工平臺15上設(shè)有往復(fù)式線鋸運動裝置和固定式夾具進給裝置，固定式夾具實現(xiàn)了普通低成本的切割過程，通過水平電機和垂直電機的聯(lián)動，可以實現(xiàn)板類或者其他類零件的二維線鋸切割過程。
[0039]實施例2
[0040]如圖4所示，一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)，包括加工平臺15，加工平臺15上設(shè)有往復(fù)式線鋸運動裝置和自轉(zhuǎn)式夾具進給裝置，實現(xiàn)了普通低成本且滿足有一定要求的工件表面質(zhì)量的切割過程。
[0041]實施例3
[0042]如圖5所示，一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)，包括加工平臺15，加工平臺15上設(shè)有往復(fù)式線鋸運動裝置和扭轉(zhuǎn)式夾具進給裝置，實現(xiàn)了普通低成本且滿足有較高要求的工件表面質(zhì)量的切割過程。
[0043]實施例4
[0044]如圖6所示，一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)，包括加工平臺15，加工平臺15上設(shè)有高速單向式線鋸運動裝置和自轉(zhuǎn)式夾具進給裝置，實現(xiàn)了普通高生產(chǎn)效率的切割過程。
[0045]實施例5
[0046]如圖7所示，一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)，包括加工平臺15，加工平臺15上設(shè)有高速單向式線鋸運動裝置和扭轉(zhuǎn)式夾具進給裝置，實現(xiàn)了普通高生產(chǎn)效率且有一定表面質(zhì)量要求的切割過程。
[0047]實施例6
[0048]如圖8所示，參見圖5，一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)，包括加工平臺15，加工平臺15上設(shè)有高速單向式線鋸運動裝置、自轉(zhuǎn)式夾具進給裝置和超聲波振動裝置，實現(xiàn)了普通高生產(chǎn)效率并延長線鋸壽命的切割過程。
[0049]實施例7
[0050]如圖9所示，一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)，包括加工平臺15，加工平臺15上設(shè)有高速單向式線鋸運動裝置、扭轉(zhuǎn)式夾具進給裝置和超聲波振動裝置，實現(xiàn)了普通高生產(chǎn)效率并延長線鋸壽命且有一定表面質(zhì)量要求的切割過程。
[0051]實施例8
[0052]一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)，包括加工平臺15，加工平臺15上設(shè)有高速單向式線鋸運動裝置、自轉(zhuǎn)式夾具進給裝置、超聲波振動裝置和控制裝置，實現(xiàn)了普通高生產(chǎn)效率并延長線鋸壽命的穩(wěn)定切割過程。
[0053]實施例9
[0054]一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)，包括加工平臺15，加工平臺15上設(shè)有高速單向式線鋸運動裝置、扭轉(zhuǎn)式夾具進給裝置、超聲波振動裝置和控制裝置，實現(xiàn)了普通高生產(chǎn)效率并延長線鋸壽命且有較高表面質(zhì)量要求的穩(wěn)定切割過程。
[0055]以提高切割生產(chǎn)率為目標，可以將線鋸運動裝置設(shè)置為單向高速單向式線鋸運動裝置；控制裝置采用自適應(yīng)控制系統(tǒng)，在保證線鋸2切割過程力的變化穩(wěn)定，線鋸2不發(fā)生斷裂的狀況下，調(diào)整進給量，達到最短的切割時間而實現(xiàn)最大的切割生產(chǎn)效率；如果以切割后單晶片的表面粗糙度為目標，其重構(gòu)模塊的配置可選用往復(fù)式線鋸運動裝置，扭轉(zhuǎn)式夾具進給裝置，超聲波振動裝置以及開環(huán)控制裝置，保證切割過程中線鋸2不發(fā)生斷裂，工件與線鋸2接觸的長度保持穩(wěn)定進而達到單晶片最好的切割表面質(zhì)量。
【權(quán)利要求】
1.一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)，其特征在于，包括加工平臺(15)，加工平臺(15)上設(shè)有線鋸運動裝置和工件進給運動裝置，所述的線鋸運動裝置為往復(fù)式線鋸運動裝置或高速單向式線鋸運動裝置，所述的工件進給運動裝置包括夾具，夾具上設(shè)有進給裝置，夾具為固定式夾具(22)、自轉(zhuǎn)式夾具(23)或扭轉(zhuǎn)式夾具(24)中的任意一種。
2.如權(quán)利要求1所述的一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)，其特征在于，所述的往復(fù)式線鋸運動裝置包括豎直設(shè)置在加工平臺(15)上的凹形支撐板(16)，支撐板(16)的一側(cè)由頂部至底部依次設(shè)有張緊輪(3)、兩個小導(dǎo)輪(5)和一個過輪(7)，支撐板(16)上還設(shè)有冷卻管道(4)，支撐板(16)的凹口位于工件進給運動裝置的夾具旁，所述的加工平臺(15)上還設(shè)有線鋸滾筒(1)，線鋸滾筒(I)上纏繞有若干圈線鋸(2)，線鋸(2)的一端經(jīng)張緊輪(3)、兩個小導(dǎo)輪(5)和過輪(7)繞回線鋸滾筒(1)，線鋸滾筒(I)的一端連接有滾筒電機(6)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)，其特征在于，所述的高速單向式線鋸運動裝置包括豎直設(shè)置在加工平臺(15)上的凹形支撐板(16)，支撐板(16)的一側(cè)由頂部至底部依次設(shè)有張緊輪(3)、兩個小導(dǎo)輪(5)和一個過輪(7)，支撐板(16)上還設(shè)有冷卻管道(4)，支撐板(16)的凹口位于工件進給運動裝置的夾具旁，所述的加工平臺(15)上還設(shè)有支撐架(21)，支撐架(21)的頂部水平并列設(shè)有線鋸驅(qū)動輪(9)和包角調(diào)整輪(10)，線鋸驅(qū)動輪(9)上纏繞有線鋸(2)，線鋸(2)的一端從包角調(diào)整輪(10)、張緊輪(3)、兩個小導(dǎo)輪(5)和過輪(7)繞回線鋸驅(qū)動輪(9)，線鋸驅(qū)動輪(9)的一端連接有滾筒電機(6)。
4.如權(quán)利要求2或3中任意一項所述的一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)，其特征在于，所述的工件進給裝置旁還設(shè)有超聲波振動裝置，超聲波振動裝置包括超聲波振動發(fā)生器(17)，超聲波振動發(fā)生器(17)的變幅桿位于工件進給運動裝置的夾具旁且與線鋸(2)接觸，超聲波振動發(fā)生器(17)通過超聲波冷卻液管道(18)連接有冷卻裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的一種可重構(gòu)的線鋸加工系統(tǒng)，其特征在于，所述的工件進給裝置還連接有控制裝置，控制裝置包括設(shè)置在夾具上的傳感器(20)，傳感器(20)通過導(dǎo)線連接有計算機。
【文檔編號】B28D5/04GK203579915SQ201320614546
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】李淑娟, 王鑫, 崔丹, 劉永, 趙智淵, 李言 申請人:西安理工大學(xué)