[发明专利]一种硬脆材料加工变弧长的线切割锯

说明书

技术领域

本发明涉及微细加工极限的微机械制造技术领域中的一种硬脆材料加工变弧长的线切割锯。

背景技术

目前，全球90%以上的集成电路都采用硅片作为基体，随着航空航天、石油钻探等工业技术的特殊环境对集成电路提出的新要求，碳化硅晶体等超硬材料在此领域受到极大关注并得到很大发展。进入21世纪，已经表明以陶瓷材料及碳纤维复合材料为代表非金属材料已经同金属材料、复合材料一样正在成为现代工程结构的三人重要支柱之一。

这些材料主要包括各种石材、宝石、玻璃、硅晶体、石英晶体、陶瓷、稀土磁性材料等。它们大多为非导电体或半导体，通常具有高硬度、高脆性、高耐磨性、高抗蚀性、高抗氧化性、高电阻率、耐高温、不导磁等性能。由于其具有许多金属材料难以比拟的优良特性，冈此其应用范围已由建筑业、工艺品制造业等逐渐扩展到航天，机械，汽车，轻工、化工等工业领域得到广泛应用，同时也对其加工技术提出了更高的要求。由于硬脆材料具有的低塑性、脆性破坏、微裂纹以及加工方法选择不当会引起工件表面层组织破坏的缺点。毫无疑问，这将使得材料的加工十分困难。

对这些材料的切割有以下要求：高效率、低成本、窄切缝（材料利用率高）、无损伤、无环境污染、安全、环保等，常用的切割方法主要有金刚石锯片切割（包括金刚石框架锯、金刚石带锯等）、激光束切割、高压水射流切割等。这些切割方法各具优点，也各有其局限性，如金刚石锯片切割一般不能切割曲线，且切缝较宽，出材率较低，不适于对贵重材料进行精密切割。激光束切割的适用范同较广，但切割深度有限，若采用大功率激光器，则激光与工件间产生的高温等离子体会明显降低加工效率，增加熔融物的排出难度，且设备投资费用昂贵。高压水射流切割可以切割石材、陶瓷等脆性非金属材料，但切缝较宽，不易实现精细的切割加工，且设备昂贵，切割时需耗费人量水资源。因此，研制一种硬脆材料加工变弧长的线切割锯一直是急待解决的新课题。

发明内容

本发明的目的提供一种硬脆材料加工变弧长的线切割锯，切割加工硬脆及复合材料的新工艺、新设备、新方法不断涌现，电镀金刚石线锯切割技术就是很快发展起来较理想的切割方法；电镀金刚石线锯切割具有以下优点：

①锯丝能做得很细，可制成直径1.5mm以下的多种细锯丝，这就能大大降低锯缝宽度，提高出材率；

②线锯的线可做得较长，能适于从大规格到小型板的大范围板村加工，而其它锯机因受锯片等诸因素的限制，很难有如此灵活性；

③线锯的锯切力小，功耗小，节能，而且锯缝整齐，切面光整，噪音低；

④线锯切割设备结构简单，成本底，便于操作；

由于锯缝窄，材料利用率高，除了可以加工石材外，特别适用锯切陶瓷、宝石、水晶等贵重的硬脆材料。

本发明的目的是这样实现的：一种硬脆材料加工变弧长的线切割锯，包括导丝轮驱动机构、丝筒及运丝机构、线张力调整及控制机构、驱动切割机构、立柱及横梁、工作台，所述的立柱及横梁的下横梁上安装工作台；在立柱及横梁的上横梁上安装丝筒及运丝机构；在立柱及横梁的立柱上安装线张力调整及控制机构和驱动切割机构；丝筒及运丝机构由储丝筒、传动机构、第一导轨、第一丝杠、底座组成，储丝筒的两端通过轴承与箱体连接,箱体上的滑座与固定在底座上的第一导轨间隙配合滑动,储丝筒的一端装有同步带轮,经过同步带与固定在箱体上的第一丝杠上的同步带轮驱动第一丝杠,带动储丝筒、箱体在转动的同时移动，传动机构固定在底座上，第一丝杠与传动机构连接；线张力调整及控制机构由固定轮、弹性支撑轮、第一传感器组成，固定轮与固定在立柱及横梁上气缸连接，弹性支撑轮、第一传感器固定在立柱及横梁上；驱动切割机构由第二导轨、第二丝杠、第一滑座、第一导丝轮、调整轮组成，导丝轮驱动机构固定在立柱及横梁的立柱上端，通过同步带轮驱动第二丝杠转动，带动与其配合的第一滑座沿第二导轨上下移动，第一导丝轮和调整轮通过轴承固定在第一滑座上；立柱及横梁由第三导轨、第二滑座、气缸、第二导丝轮、调整垫组成，第三导轨固定在立柱及横梁的横梁上，第二滑座在固定在立柱及横梁上气缸气缸杆的驱动下沿第三导轨移动，第二导丝轮固定在第二滑座上，调整垫用于调整导轨的高度；

所述的硬脆材料加工变弧长的线切割锯的工作原理是：由于在切割宽度较大时，切割阻力、切割温度会提高，不仅影响线锯的使用寿命，同时加工效率也会减低；变弧长切割就是在切割过程中根据切割工况条件，改变切割轮的位置和切割角度，加工大尺寸工件时保证最大切割弧长在通过加工程序控制在预先设定的范围内，可控制保证最佳的加工效果；