專利名稱：單晶硅棒切方滾磨機床的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及對硅電子材料進行機械加工的設備，特別涉及一種單晶硅棒切方滾磨機床，用于對單晶硅棒進行切方滾磨一體化加工。
然而，目前在單晶硅棒的滾磨加工工序中，所使用的加工設備為滾磨機床，該滾磨機床由機架、工作臺、工件定位裝夾裝置、以及滾磨裝置構成，其中，上述工作臺設置在機架上，并可以左右往復運動以實現(xiàn)工件的進給。上述定位裝夾裝置固定在工作臺上，包括床頭裝置以及尾架，用以對工件進行裝夾定位并使其連續(xù)旋轉(zhuǎn)。滾磨裝置包括立柱，其設置在所述機架上；數(shù)控電機及絲杠升降，其設置在所述立柱中，以液壓傳動方式進行升降；滑板，其設置在所述立柱上，并由數(shù)控電機控制而升降；磨輪，其旋轉(zhuǎn)軸由軸承可旋轉(zhuǎn)地支撐，用以對工件進行滾磨加工；電動機，其固定在所述滑板上，用以驅(qū)動所述磨輪旋轉(zhuǎn)。
但是，此設備只能對單晶硅棒進行滾磨加工。也就是說，使用這樣的加工設備只能通過滾磨加工將大直徑的單晶硅棒加工成小直徑，所以就存在這樣的問題，即在滾磨加工過程中所產(chǎn)生的單晶硅棒碎屑難以回收，從而造成材料的浪費。在單晶硅棒的加工前和加工后的直徑相差比較大時，這種材料浪費的情況更為突出。而且，如果需要將單晶硅圓棒加工成方棒，則需要另外使用一臺截斷設備將滾磨加工后的單晶硅棒切成方形。在現(xiàn)有的切方加工工序中，每加工一個面就需要裝夾一次，因此需要進行多次裝夾才能完成切方加工。由于單晶硅棒加工的特性，這種多次裝夾的加工方式嚴重影響了生產(chǎn)效率和加工精度，使次品率非常高。
實用新型內(nèi)容為了克服上述現(xiàn)有的加工方式和加工設備的缺點，本實用新型的目的是提供一種單晶硅棒切方滾磨機床。該機床實現(xiàn)了切方滾磨加工一體化，一次裝夾就可以對工件進行滾磨加工和切方加工，而且滾磨加工和切方加工的順序也可以根據(jù)需要進行調(diào)整，既可以先進行切方加工然后進行滾磨加工，也可以先進行滾磨加工然后進行切方加工，從而降低了生產(chǎn)設備的成本，提高了加工精度，提高了生產(chǎn)效率。同時，通過先切方加工后滾磨加工可以有效回收單晶硅棒的下腳料，從而避免了材料的浪費，大大提高了經(jīng)濟效益。
為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的單晶硅棒切方滾磨機床包括機架；安裝在所述機架上的工作臺，包括固定于所述機架上的下工作臺和可相對于所述下工作臺做往復水平移動的上工作臺；定位裝夾裝置，固定于所述上工作臺上，包括床頭箱和尾架，所述單單晶硅棒可被夾持在所述床頭箱和尾架之間；滾磨裝置，安裝于所述機架上；和切方裝置，安裝于所述機架上。
優(yōu)選地，上述切方裝置包括立柱，其設置在上述機架上；固定板，其固定在所述立柱上；升降油缸，其設置在上述立柱中，以液壓方式進行升降；滑板，其保持在上述立柱上，并由上述升降油缸控制使其相對于固定板移動；一對軸承支架，其固定在上述滑板上；一對旋轉(zhuǎn)軸；其通過軸承可旋轉(zhuǎn)地保持在上述軸承支架中；一對圓刀片，其作為上述切方刀具分別固定在每一上述旋轉(zhuǎn)軸的一端，并且相互之間間隔一定距離；電動機，其固定在上述滑板上，一對圓刀片，分別固定在相應的所述旋轉(zhuǎn)軸的一端，并且相互分隔；電動機，其固定在所述滑板上，其轉(zhuǎn)子的兩端分別與所述旋轉(zhuǎn)軸的之一相連，用以驅(qū)動相應的所述旋轉(zhuǎn)軸。
優(yōu)選地，上述電動機轉(zhuǎn)子的兩端和每一上述旋轉(zhuǎn)軸的另一端分別設有皮帶輪，并且通過皮帶相連，電動機以皮帶傳動的方式驅(qū)動每一上述旋轉(zhuǎn)軸。
優(yōu)選地，上述一對圓刀片之間的距離可以進行調(diào)整。可通過更換不同的刀墊來準確地調(diào)整用戶所需要的尺寸。
優(yōu)選地，上述滾磨裝置包括立柱，設置在所述機架上；磨輪升降滑板，可升降地設置在所述立柱上；磨輪主軸，設置在所述磨輪升降滑板上；磨輪，設置在所述磨輪主軸的末端；和磨輪電機，其固定在所述磨輪升降滑板上，用以驅(qū)動所述磨輪旋轉(zhuǎn)。
優(yōu)選地，上述定位裝夾裝置可以按數(shù)控程序分度或者連續(xù)旋轉(zhuǎn)。
優(yōu)選地，根據(jù)本實用新型的單晶硅棒切方滾磨機床還包括四軸控制系統(tǒng)，所述四個軸為分別由相應的電機驅(qū)動的X、Y、Z、和A軸。其中，X軸用于驅(qū)動上工作臺的往復移動；Y軸用于驅(qū)動磨輪升降滑板的上下移動；Z軸用于驅(qū)動磨輪的進給移動；A軸則用于驅(qū)動定位裝夾裝置的床頭主軸按預定角度旋轉(zhuǎn)(分度旋轉(zhuǎn))。
根據(jù)本實用新型，可以實現(xiàn)切方滾磨加工一體化，由此可以降低生產(chǎn)設備的成本，提高加工精度，并提高生產(chǎn)效率。
附圖的簡要說明


圖1是本實用新型單晶硅棒切方滾磨機床一個實施方式的示意圖；圖2是切方裝置的主視示意圖；圖3是定位裝夾裝置裝夾工件的示意圖；圖4是本實用新型切方滾磨機床進行切方加工的局部示意圖；圖5是本實用新型切方滾磨機床的先切方加工后滾磨加工的局部示意圖；圖6是本實用新型切方滾磨機床的滾磨加工的局部俯視示意圖；圖7是使用本實用新型切方滾磨機床進行切方滾磨加工后的單晶硅棒橫面形狀一例的示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行詳細描述。
在如
圖1所示的實施方式中，單晶硅棒切方滾磨機床主要包括設有按鈕臺113的機架100；工作臺200，包括上工作臺201和下工作臺202；定位裝夾裝置，包括床頭箱301和尾架302；切方裝置600；滾磨裝置500以及數(shù)控裝置400。其中，下工作臺202固定在機架100上，上工作臺201可相對于下工作臺202左右往復運動；床頭箱301和尾架302設置在上工作臺201上。
此外，在
圖1中還示出了用于支撐切方裝置600的保持機構700的一部分，其中，立柱701設置在機架100上，升降油缸702設置在立柱701中，并以常規(guī)的液壓的方式(液壓油路圖中未示出)進行升降。而且，在立柱701上設有固定板703和滑板704(參照圖2)，具有切方刀具的切方機構設置在保持機構700的滑板704上，滑板704由升降油缸702驅(qū)動，可以相對于固定板703上下移動。切方裝置600的具體結(jié)構詳見圖2。
另外，在
圖1中，還示意性地表示出了設置在機架100上的滾磨裝置500的保持機構508，以及磨輪和磨輪軸部分507。滾磨裝置500的具體結(jié)構詳見圖6。
在本實用新型的切方滾磨機床中，采用了一種四軸控制系統(tǒng)。這四個軸(X、Y、Z和A軸)分別由相應的電機(未示出)驅(qū)動。其中，X軸用于驅(qū)動上工作臺201相對于下工作臺202移動，Y軸用于驅(qū)動磨輪升降滑板的上下移動，Z軸用于驅(qū)動磨輪505的進給移動，A軸則用于驅(qū)動床頭主軸3011(參照圖3和圖4)按預定角度旋轉(zhuǎn)(分度旋轉(zhuǎn))。通過上述四軸控制系統(tǒng)的四軸的相互配合和協(xié)調(diào)動作，實現(xiàn)了本實用新型的將切方、滾磨操作在一臺機床完成的目的。
根據(jù)本實用新型的一個優(yōu)選方式，上述四軸控制系統(tǒng)中的電機可以采用常規(guī)的數(shù)控電機。相應地，如
圖1所示，在機架100上可設置一數(shù)控裝置400。通過對數(shù)控裝置400編制程序，分別輸出相應的控制信號到上述四軸控制系統(tǒng)的各數(shù)控電機上，從而對切方滾磨機床的加工方式和加工過程等進行控制，實現(xiàn)全自動的切方滾磨過程。
圖2所示的是切方裝置600的示意性的主視圖。參考圖2并結(jié)合
圖1所示，固定板703設置在立柱701上，滑板704保持在固定板703上，并由設置在立柱701上的升降油缸702驅(qū)動，從而可以相對于固定板703上升和下降。電動機611設置在滑板704上，電動機611的轉(zhuǎn)子兩端各設有左皮帶輪609和右皮帶輪610。一對軸承支架603、604分別固定在滑板704上。一對旋轉(zhuǎn)軸605、606通過軸承分別可旋轉(zhuǎn)地保持在軸承支架603、604中。旋轉(zhuǎn)軸605的右端設有左刀片601，旋轉(zhuǎn)軸606的左端設有右刀片602，左刀片601和右刀片602之間相互分隔一定距離。旋轉(zhuǎn)軸605的左端設有左刀片皮帶輪607，旋轉(zhuǎn)軸606的右端設有右刀片皮帶輪608，左刀片皮帶輪607和右刀片皮帶輪608分別與其相對應的電動機611的左皮帶輪609和右皮帶輪610通過皮帶相連。由于左皮帶輪609和右皮帶輪610設置在電動機轉(zhuǎn)子的左右兩端，因此電動機611就以皮帶傳動的方式驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軸605、606同步旋轉(zhuǎn)，從而使左刀片601和右刀片602同步旋轉(zhuǎn)。
而且，左刀片601和右刀片602之間的距離還可以根據(jù)工件切方加工的尺寸通過調(diào)整旋轉(zhuǎn)軸605、606的伸縮長度或更換不同的刀墊進行適當調(diào)整。
參照圖3，設置在工作臺200上的定位裝夾裝置包括床頭箱301和尾架302。床頭箱301是固定的，并具有可以分度和連續(xù)旋轉(zhuǎn)的主軸3011，在此主軸的一端設有床頭頂盤3012。尾架302包括其中設有油缸(圖中未示出)的尾架體3021、伸縮套管3022以及設置在伸縮套管3022的一端的尾架頂盤3023。伸縮套管3022的另一端設置在尾架體3021中，并且可以通過尾架體3021中的所述液壓油缸的作用而伸長和縮短。另外，也可以通過手輪3024手動裝夾工件。伸縮套管3022由所述液壓油缸推動，使尾架頂盤3023與床頭頂盤3012相互配合，從而夾緊工件。當床頭箱的主軸3011以分度方式或者連續(xù)方式旋轉(zhuǎn)時，所夾緊的工件也相應地以分度方式或者連續(xù)方式旋轉(zhuǎn)。
在如圖6所示的滾磨裝置的示意圖中，滾磨裝置500包括固定在磨輪保持機構508上的磨輪主軸下滑座503；保持在主軸下滑座503上的磨輪升降滑板502，其通過設置在保持機構508上的數(shù)控電機驅(qū)動而進行升降；以及磨輪主軸504，其由設置在磨輪升降滑板502上的磨輪主軸支架501支撐，并且通過磨輪電機(未示出)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。
在磨輪主軸504的一端設有磨輪505，通過磨輪主軸504的旋轉(zhuǎn)，經(jīng)磨輪皮帶的傳動，來驅(qū)動磨輪505進行滾磨加工。
另外，雖然附圖中沒有示出，但是本實用新型的切方滾磨機床還包括冷卻裝置，通常使用冷卻水循環(huán)裝置，用以降低或者發(fā)散切方加工和滾磨加工時所產(chǎn)生的熱量。
在本實用新型的實施方案中，驅(qū)動X、Y、Z軸的電機以及驅(qū)動切刀601、602的電機611和磨輪電機都可采用交流伺服電機。
接下來，對具有上述構成方式的本實用新型單晶硅棒切方滾磨機床的加工過程進行說明。
首先，如圖3和圖4所示，將待加工的單晶硅棒坯材800采用液壓夾緊方式裝夾在定位裝夾裝置的床頭301和尾架302之間。按照切方加工的尺寸調(diào)整刀片間距后，將數(shù)控裝置400控制的X、Y、Z、A四軸復位。
接著，通過升降油缸702將左、右刀片601和602下降到加工工位(例如尾架側(cè)的位置)，啟動電動機611，驅(qū)動左、右刀片同步轉(zhuǎn)動，同時打開冷卻水。工作臺200的X軸按照適合于切方加工的速度移動，使得上工作臺201向右移動，這時左、右刀片601和602對單晶硅棒800進行切方加工。完成后，上工作臺201迅速返回原位。然后，由數(shù)控電機(未示出)驅(qū)動床頭箱301的主軸3011(A軸)進行90°轉(zhuǎn)動。
然后，上工作臺201再次向右運動進行進給，從而進行第二次切方加工，完成切方后，停止電動機611，并關閉冷卻水。升降油缸702向上將滑板704提起，使左、右刀片601和602離開工位并復位。
這樣，即完成了對該單晶硅棒800的切方工作。
上述加工方式可以加工出橫截面為四方形的單晶硅棒。顯然，如果在上述切方過程中，如果將主軸3011(A軸)進行45°轉(zhuǎn)位?？梢约庸こ鰴M截面為六角形的單晶硅棒。另外，通過設置不同的旋轉(zhuǎn)角度，顯然也可以加工出橫截面為其它形狀的單晶硅棒，接下來進行滾磨加工，以切方后進行圓角滾磨加工為例來說明，如圖5所示。
首先，將X、Y、Z軸返回原位。然后，由控制Y軸的數(shù)控電機(未示出)驅(qū)動使磨輪升降滑板502向下運動，使磨輪505下降。由驅(qū)動Z軸的數(shù)控電機使磨輪主軸504做進給移動以靠近工件。
啟動磨輪電機(未示出)使磨輪轉(zhuǎn)動，另一方面，床頭箱301的主軸3011開始連續(xù)旋轉(zhuǎn)。同時，打開冷卻水。
X軸的數(shù)控電機驅(qū)動上工作臺201向右運動進行進給。同時磨輪505對單晶硅棒800開始滾磨加工。上工作臺201帶動單晶硅棒800往復運動，直到將單晶硅棒加工至設定的外徑尺寸為止。
這樣就完成了對單晶硅棒的切方滾磨加工。
顯然，可以通過在數(shù)控裝置400中將上述加工過程編制成相應的控制程序，實現(xiàn)對單晶硅棒進行切方滾磨加工的全自動控制。數(shù)控裝置400可采用常規(guī)的數(shù)控設備(例如，北京航天數(shù)控公司生產(chǎn)的MCM-600-8)。在這種情況下，數(shù)控裝置400可以采用常規(guī)的控制方式(如繼電器控制或可控硅控制等)來控制各個電機。
具體地說，數(shù)控裝置400輸出的控制信號主要包括向X軸驅(qū)動電機輸出的X軸換向開關信號；向控制刀片601和602升降的電機輸出的升降滑板電磁閥信號；向驅(qū)動刀片601和602旋轉(zhuǎn)的電機611輸出的刀片旋轉(zhuǎn)電機開關信號；向Y軸驅(qū)動電機輸出的磨輪升降滑板520的升降信號；向Z軸驅(qū)動電機輸出的磨輪旋轉(zhuǎn)電機開停信號；向A軸驅(qū)動電機輸出的旋轉(zhuǎn)角度控制信號；向各軸電機輸出的限位開關信號；以及冷卻水開關信號。
如上所述，本實用新型單晶硅棒切方滾磨機床既包括了滾磨裝置又包括了切方裝置，而且滾磨裝置和切方裝置可以相互協(xié)調(diào)地進行工作。因此實現(xiàn)了切方滾磨加工一體化，只需要一次裝夾就可以對切方加工與滾磨加工進行任意的組合來對工件進行加工，從而降低了生產(chǎn)設備的成本，提高了生產(chǎn)效率和加工精度，同時通過先切方后滾磨使加工后的下腳料可以有效回收從而避免了材料的浪費，從而大大提高了經(jīng)濟效益。
以上對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行了詳細描述，但是本實用新型并不局限于上述實施例，對本領域的技術人員顯而易見的各種修改、變換，仍包含在本實用新型權利要求書所限定的保護范圍內(nèi)。
權利要求1.一種單晶硅棒切方滾磨機床，其特征在于，包括機架；安裝在所述機架上的工作臺，包括固定于所述機架上的下工作臺和可相對于所述下工作臺做往復水平移動的上工作臺；定位裝夾裝置，固定于所述上工作臺上，包括床頭箱和尾架，所述單晶硅棒可被夾持在所述床頭箱和尾架之間；滾磨裝置，安裝于所述機架上；和切方裝置，安裝于所述機架上。
2.根據(jù)權利要求1所述的單晶硅棒切方滾磨機床，其特征在于，所述切方裝置包括立柱，設置在所述機架上；固定板，固定在所述立柱上；升降油缸，設置在所述立柱中；滑板，設置在所述固定板上，由所述升降油缸驅(qū)動，可相對于所述固定板移動；一對軸承支架，固定在所述滑板上；一對旋轉(zhuǎn)軸，通過軸承可旋轉(zhuǎn)地分別保持在所述一對軸承支架中；一對圓刀片，分別固定在相應的所述旋轉(zhuǎn)軸的一端，并且相互分隔；電動機，固定在所述滑板上，其轉(zhuǎn)子的兩端分別與所述旋轉(zhuǎn)軸的之一相連，用以驅(qū)動相應的所述旋轉(zhuǎn)軸。
3.根據(jù)權利要求2所述的單晶硅棒切方滾磨機床，其特征在于，所述電動機轉(zhuǎn)子的兩端和每一所述旋轉(zhuǎn)軸的另一端分別設有皮帶輪，用于以皮帶傳動的方式驅(qū)動每一所述旋轉(zhuǎn)軸。
4.根據(jù)權利要求3所述的單晶硅棒切方滾磨機床，其特征在于，所述床頭箱包含主軸，所述主軸可分度旋轉(zhuǎn)和連續(xù)旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權利要求1至4任一項所述的單晶硅棒切方滾磨機床，其特征在于，所述滾磨裝置包括立柱，設置在所述機架上；磨輪升降滑板，可升降地設置在所述立柱上；磨輪主軸，設置在所述磨輪升降滑板上；磨輪，設置在所述磨輪主軸的末端；和磨輪電機，其固定在所述磨輪升降滑板上，用以驅(qū)動所述磨輪旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權利要求5所述的單晶硅棒切方滾磨機床，其特征在于，進一步包括數(shù)控系統(tǒng)，包括中央控制單元；與中央控制單元的控制信號輸出端分別連接的多個電機；以及由所述電機分別驅(qū)動的多個驅(qū)動軸。
7.根據(jù)權利要求6所述的單晶硅棒切方滾磨機床，其特征在于，所述多個驅(qū)動軸為分別由相應的所述多個電機驅(qū)動的X、Y、Z、和A軸，所述X軸與所述上工作臺連接，可驅(qū)動上工作臺的水平往復移動；所述Y軸與所述磨輪升降滑板連接，可驅(qū)動磨輪升降滑板的上下移動；所述Z軸與所述磨輪主軸連接，可驅(qū)動所述磨輪的進給移動；所述A軸與所述定位裝夾裝置的床頭箱的所述主軸連接，可驅(qū)動所述床頭箱主軸進行所述分度旋轉(zhuǎn)或連續(xù)旋轉(zhuǎn)。
8.根據(jù)權利要求7所述的單晶硅棒切方滾磨機床，其特征在于，所述中央控制單元的控制信號輸出端通過繼電器或可控硅控制所述多個電機。
專利摘要本實用新型提供一種單晶硅棒切方滾磨機床，該機床包括機架；保持在機架上的滾磨裝置，還包括保持在機架上的切方裝置，所述切方裝置包括保持機構，設置在所述機架上；切方機構，其具有切方刀具，并可移動地保持在所述保持機構上。滾磨裝置對工件進行滾磨加工；切方機構用以對工件進行切方加工。由于該機床實現(xiàn)了切方滾磨加工一體化，一次裝夾就可以對切方加工與滾磨加工進行任意的組合來對工件進行加工，所以降低了生產(chǎn)設備的成本，并且提高了生產(chǎn)效率和加工精度，同時通過先切方后滾磨使加工后的下腳料可以有效回收，從而避免了材料的浪費。
文檔編號B23P23/02GK2885490SQ20052011044
公開日2007年4月4日 申請日期2005年6月23日 優(yōu)先權日2005年6月23日
發(fā)明者秦建國 申請人:秦建國