立式环线金刚石切割设备

摘要

本发明提供了一种立式环线金刚石切割设备，包括机床支撑部分、工件进给系统、金刚石线切割机构，所述金刚石线切割机构包括环形电镀金刚石切割线、主动聚氨酯线轮和从动聚氨酯线轮，所述环形电镀金刚石切割线套在主动聚氨酯线轮和从动聚氨酯线轮上环绕；工件安装在工件装夹台上，通过工件自动进给系统和工件手动进刀系统实现工件的X向和Y向的进给，通过主动轮电机带动主动聚氨酯线轮和从动聚氨酯线轮转动，使环形电镀金刚石切割线转动，实现切割。本发明的立式环线金刚石切割设备结构简单、切割精度高、电镀金刚石锯丝运丝速度更快、运行更平稳、更低的亚表面损伤。

权利要求

1.立式环线金刚石切割设备，其特征在于，包括：

机床支撑部分，所述机床支撑部分包括床身，床身的底座内部开有环形槽，床身底座上方后侧装有立柱，用以支撑零部件；

工件进给系统，所述工件进给系统位于床身底座上方前侧，所述工件进给系统包括工件自动进给系统和工件手动进刀系统；其中，所述工件自动进给系统包括X向工作台，X向工作台下方与一对X轴向导轨滑动连接，X轴向导轨与床身连接，X向工作台通过滚珠丝杠副和联轴器连接X轴驱动伺服电机，通过X轴驱动伺服电机带动X向工作台实现X向进给运动；

所述工件手动进刀系统包括工件装夹台，所述工件装夹台安装在X向工作台上，工件装夹台通过Y轴丝杠螺母副连接Y轴手轮，通过旋转Y轴手轮使工件装夹台实现Y轴方向的进给；

金刚石线切割机构，所述金刚石线切割机构包括环形电镀金刚石切割线、主动聚氨酯线轮和从动聚氨酯线轮，所述环形电镀金刚石切割线套在主动聚氨酯线轮和从动聚氨酯线轮上环绕；其中，所述主动聚氨酯线轮安装在立柱的上端，具体的是，立柱的上端安装有主动轮主轴，主动轮主轴上一端安装主动聚氨酯线轮，另一端通过联轴器连接主动轮电机；

所述从动聚氨酯线轮设置在床身的环形槽内，环形槽床身两侧安装有一对切割从动轮导轨，切割从动轮导轨上滑动连接滑板，滑板上安装从动轮主轴，从动聚氨酯线轮通过从动轮向心轴承连接到从动轮主轴上；

其中，工件安装在工件装夹台上，通过工件自动进给系统和工件手动进刀系统实现工件的X向和Y向的进给，通过主动轮电机带动主动聚氨酯线轮和从动聚氨酯线轮转动，使环形电镀金刚石切割线转动，实现切割。

2.根据权利要求1所述的立式环线金刚石切割设备，其特征在于，所述X向工作台上安装有X轴光栅位移传感器，其读数头安装在床身上面，其尺身安装在X向工作台上。

3.根据权利要求1所述的立式环线金刚石切割设备，其特征在于，工件装夹台的下方设有Y轴光栅位移传感器，通过Y轴光栅位移传感器进行进给位移的读数并检测。

4.根据权利要求1所述的立式环线金刚石切割设备，其特征在于，所述滑板上连接着与穿过床身反向悬挂的配重块。

5.根据权利要求1所述的立式环线金刚石切割设备，其特征在于，主动聚氨酯线轮连接在主动轮主轴一端，主动聚氨酯线轮的内侧主动轮主轴上设有平衡块，主动聚氨酯线轮在高速旋转时要进行动平衡，平衡块调节主动聚氨酯线轮以实现高速旋转平衡。

6.根据权利要求1所述的立式环线金刚石切割设备，其特征在于，所述滑板上设有压块，切割从动轮导轨的下方设有限位开关，当金刚石切割线出现失效断裂时，滑板上的部件会在自重的作用下沿着切割从动轮导轨下落，压块撞击限位开关使机床断电，进给机构和金刚石切割线转动机构停止工作。

说明书

立式环线金刚石切割设备

技术领域

[0001] 本发明属于一种新型切割机床，具体涉及一种立式环线金刚石切割设备，是一种体型更轻盈、精密环形电镀金刚石切割设备。

背景技术

[0002] 随着光学行业、IT产业等的发展，对于高精度、高质量的硬脆材料元器件需求越来越大，同时也对硬脆材料的精密制造提出了尺寸更小、厚度更薄的要求。在许多新型材料的加工中，尤其是切割硬脆材料时具有很大的难度，而通常切割作为加工元件的第一道工序，其质量的好坏对后续加工起着决定性作用。在切割加工技术的发展中，出现了带锯、圆片锯、线锯等，而线锯中的金刚石环线锯凭借切割线速度高、锯丝利用率高、出材率高、环境污染小等优势，被广泛用于现在的切割加工中。然而现有的环形电镀金刚石切割设备大多体
积大，导致成本高、机体结构复杂，同时占地面积大，在切割时，机体振动大，影响切割的精度。在单切缝/小批量生产时没有高精度环形电镀金刚石切割机床，采用圆锯片和带锯切削力大亚表面损伤严重。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种立式环线金刚石切割设备，旨在克服现有硬脆材料切割机床的体形大、切割面形精度较低、亚表面损伤严重等不足。本发明的立式环线金刚石切割设备结构简单、切割精度高、电镀金刚石锯丝运丝速度更快、运行更平稳、更低的亚表面损伤。

[0004] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

[0005] 立式环线金刚石切割设备，包括：

[0006] 机床支撑部分，所述机床支撑部分包括床身，床身的底座内部开有环形槽，床身底座上方后侧装有立柱，用以支撑零部件；

[0007] 工件进给系统，所述工件进给系统位于床身底座上方前侧，所述工件进给系统包括工件自动进给系统和工件手动进刀系统；其中，

[0008] 所述工件自动进给系统包括X向工作台，X向工作台下方与一对X轴向导轨滑动连接，X轴向导轨与床身连接，X向工作台通过滚珠丝杠副和联轴器连接X轴驱动伺服电机，通过X轴驱动伺服电机带动X向工作台实现X向进给运动；

[0009] 所述工件手动进刀系统包括工件装夹台，所述工件装夹台安装在X向工作台上，工件装夹台通过Y轴丝杠螺母副连接Y轴手轮，通过旋转Y轴手轮使工件装夹台实现Y轴方向的
进给；

[0010] 金刚石线切割机构，所述金刚石线切割机构包括环形电镀金刚石切割线、主动聚氨酯线轮和从动聚氨酯线轮，所述环形电镀金刚石切割线套在主动聚氨酯线轮和从动聚氨
酯线轮上环绕；其中，

[0011] 所述主动聚氨酯线轮安装在立柱的上端，具体的是，立柱的上端安装有主动轮主轴，主动轮主轴上一端安装主动聚氨酯线轮，另一端通过联轴器连接主动轮电机；

[0012] 所述从动聚氨酯线轮设置在床身的环形槽内，环形槽床身两侧安装有一对切割从动轮导轨，切割从动轮导轨上滑动连接滑板，滑板上安装从动轮主轴，从动聚氨酯线轮通过从动轮向心轴承连接到从动轮主轴上；

[0013] 其中，工件安装在工件装夹台上，通过工件自动进给系统和工件手动进刀系统实现工件的X向和Y向的进给，通过主动轮电机带动主动聚氨酯线轮和从动聚氨酯线轮转动，
使环形电镀金刚石切割线转动，实现切割。

[0014] 进一步，所述X向工作台上安装有X轴光栅位移传感器，其读数头安装在床身上面，其尺身安装在X向工作台上。

[0015] 进一步，工件装夹台的下方设有Y轴光栅位移传感器，通过Y轴光栅位移传感器进行进给位移的读数并检测。

[0016] 进一步，所述滑板上连接着与穿过床身反向悬挂的配重块。

[0017] 进一步，主动聚氨酯线轮连接在主动轮主轴一端，主动聚氨酯线轮的内侧主动轮主轴上设有平衡块，主动聚氨酯线轮在高速旋转时要进行动平衡，平衡块调节主动聚氨酯
线轮以实现高速旋转平衡。

[0018] 进一步，所述滑板上设有压块，切割从动轮导轨的下方设有限位开关，当金刚石锯丝出现失效断裂时，滑板上的部件会在自重的作用下沿着切割从动轮导轨下落，压块撞击限位开关使机床断电，进给机构和锯丝转动机构停止工作。

[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：

[0020] 1、本发明立式环线金刚石切割设备结构相对简单，尺寸重量较小，立式设备占地面积小。切割装置参数和机床床身、立柱尺寸位置等均采用优化设计，相比于其他机床的庞大笨重，该机床整体结构更小巧轻盈。

[0021] 2、本发明床身和立柱采用人造花岗岩材料从而机床抗震性好、对工作环境温度、湿度等反应不敏感。对床身机构进行优化，加载后受力变形小，容易保证装配精度，保证机床全生命周期的使用精度。机床整体机构进行模态分析、优化和动态性能测试能有效降低
在高速切割时的振动。整机材料和结构进行优化使机床振动较小，切割过程平稳，保证机床在高速切割状态下的加工精度及可靠性。可保证机床在锯丝线速度为50m/s 60m/s的高速
~
切割状态下的可靠性与稳定性。

[0022] 3、本发明进给系统采用闭环控制。高精度导轨和高精度光栅尺保证金刚石线锯微量切削时进给运动准确，光栅尺反馈信号对伺服电机进行修正提高了金刚石线锯的切割精
度。

[0023] 4、本发明采用环形电镀金刚石线锯进行切割可提高锯丝运丝速度且切割过程无换向。环形金刚石线可提高金刚石线锯的切割速度，实验用机床锯丝切割速度可达50m/s以上，切割硬脆材料无换向波纹，切割材料表面粗糙度小、切割面形精度高。主动轮和从动轮之间缠绕着单根环线金刚石线，并且两个线轮分别布置在立柱和床身中，降低了整体高度，取消了溜板等零件，减轻了整机重量。

附图说明

[0024] 图1为立式环线金刚石切割设备左视图；

[0025] 图2为立式环线金刚石切割设备主视图；

[0026] 图3为图2中A-A方向的剖面图；

[0027] 图中，1-床身，2-从动轮轴承座，3-滑板，4-X轴向导轨，5-立柱，6-主动轮电机，7-工件装夹台，8-X向工作台，9-X轴丝杠螺母座，10-从动聚氨酯线轮，11-X轴光栅位移传感器，12-Y轴光栅位移传感器，13-环形电镀金刚石切割线，14-Y轴手轮15-电机座，16-X轴驱动伺服电机，17-切割从动轮导轨，18-从动轮向心轴承，19-从动轮主轴，20-配重块，21-主动轮轴承座，22-联轴器，23-主动轮主轴，24-平衡块，25-主动聚氨酯线轮，26-限位开关。

具体实施方式

[0028] 下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

[0029] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系是使用者面对该设备主视图的位置来定义的，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0030] 图1 图3示出了根据本发明的一个实施例立式环线金刚石切割设备的结构示意~
图。参阅图1 图3，该立式环线金刚石切割设备包括：机床支撑部分、工件进给系统和金刚石~
线切割机构，工件进给系统包括工件自动进给系统和工件手动进刀系统，所述机床支撑部
分为工件进给系统和金刚石线切割机构提供支撑作用，使切割作业顺利在机床支撑部分上
完成。

[0031] 其中，所述机床支撑部分包括由人造花岗岩制造的床身1，经过优化的床身1底座内部开有环形槽，环形槽内装有从动聚氨酯线轮10，床身1的底座上方的后侧装有支撑零部件的立柱5，立柱5上部装配有主动聚氨酯线轮25，主动聚氨酯线轮25和从动聚氨酯线轮10
上绕有环形电镀金刚石切割线13，床身1的底座上方前侧装有工件进给系统。

[0032] 所述工件进给系统包括X向进给系统（工件自动进给系统）和Y向进给系统（工件手动进到系统）。所述X向进给系统包括X向工作台8，X向工作台8下部与一对X轴向导轨4滑动连接，设计床身1的前端为主导轨，床身1上加工有导轨基准面和“靠台”，用以保证导轨的装配精度。X向工作台8通过滚珠丝杠副及联轴器和X轴驱动伺服电机16相连，X轴驱动伺服电机16安装在电机座15之上，电机座15下方有垫板以方便调节和丝杠螺母副的配合高度。丝
杠螺母副通过丝杠螺母座9连接在X轴工作台8上。通过以上机构实现X轴驱动伺服电机16转
动带动X向工作台8作X向进给运动，使整个切削过程平稳进行。X向工作台8上安装有X轴光
栅位移传感器11，其读数头通过螺钉安装在床身1上面，其尺身安装在X向工作台8上，X轴光栅位移传感器11可检测切割工件的切割位置，其读数头和尺身的安装位置关系可以防止切
割过程中杂质落入光栅尺的尺身内。

[0033] 为实现机床较低成本制造，该机床的Y向进给系统采用手动进刀方式，当环形电镀金刚石切割线13切割完成一个切面后，X向进给系统让金刚石切割线回到初始切割面。所述Y向进给系统包括工件装夹台7，所述工件装夹台7安装在X向工作台8上，工件放置在工件装夹台7上。工件装夹台7通过Y轴丝杠螺母副连接Y轴手轮14，机构设计有可供调节的调整垫
片，旋转Y轴手轮14使工件装夹台7实现Y轴方向的精确进给。工件装夹台7的下方设有Y轴光栅位移传感器12，切割硬脆材料工件的Y轴进刀距离可通过Y轴光栅位移传感器12进行读数
并检测。工件装夹台7可采用相应的辅助装夹机构用以实现硬脆材料的装夹、转位、旋转切割等工序。

[0034] 所述金刚石线切割机构包括环形电镀金刚石切割线13、主动聚氨酯线轮25和从动聚氨酯线轮10，所述环形电镀金刚石切割线13套在主动聚氨酯线轮25和从动聚氨酯线轮10
上环绕，所述主动聚氨酯线轮25安装在立柱5的上端，所述立柱5的上端安装有主动轮主轴
23，所述主动聚氨酯线轮25安装在主动轮主轴23上，主动轮主轴23通过联轴器22连接主动
轮电机6，具体的是，所述主动轮电机6的输出轴与主动轮主轴23通过联轴器22固定连接，联轴器22在主动轮轴承座21内设置。所述从动聚氨酯线轮10安装在立柱5的下端，位于床身1
的空心部位，床身1上安装有从动轮主轴19，所述从动聚氨酯线轮6通过从动轮向心轴承18
连接从动轮主轴19，在主动轮电机6的驱动下带动主动轮聚氨酯线轮25运动，进而带动从动聚氨酯线轮10的旋转运动。从动轮向心轴承18在从动轮轴承座2内设置，从动轮向心轴承18对从动轮主轴19转动进行导向，使切割平稳，高效。从动轮向心轴承18通过从动轮轴承座2与床身1相连，从动轮轴承座2设计有垫圈，通过磨削垫圈的厚度让主动聚氨酯线轮25线槽
和从动聚氨酯线轮10线槽处于同一个切割面上。

[0035] 所述从动轮主轴19安装在滑板3上，所述滑板3滑动连接一对切割从动轮导轨17，一对切割从动轮导轨17平行固定在床身1中间空心部分外两侧，所述滑板3上连接着与穿过
床身1反向悬挂的配重块10，用以分担从动聚氨酯线轮10的重量，起到张紧的作用。反向悬挂的配重块20与滑板3通过铁丝相连，从而确保环形电镀金刚石切割线13所承受的张紧力
符合设计参数。当切割金刚石线锯磨钝或切割硬度较高材料等情况时，金刚石线会出现不
同程度“线弓”，从动轮系统会在配重块20的平衡作用下沿着切割从动轮导轨17上下移动，对整个系统起到张紧和平衡的作用。

[0036] 本施例中，主动轮电机6通过电机座15固定在立柱5上端一侧，通过找正的方式把电机座15的轴心和主动轮主轴23的轴心调到设计要求。联轴器22把电机主动轮电机6的主
轴和主动轮主轴23连接在一起，主动聚氨酯线轮25连接在主动轮主轴23一端，主动聚氨酯
线轮25的内侧主动轮主轴23上设有平衡块24，主动聚氨酯线轮25在高速旋转时要进行动平
衡，设计8个平衡块24调节主动聚氨酯线轮25以实现高速旋转平衡。

[0037] 本实施例中，所述滑板3上设有压块，切割从动轮导轨17的下方设有限位开关26，当金刚石锯丝出现失效断裂时，滑板3等部件会在自重的作用下沿着切割从动轮导轨17下
落，压块撞击限位开关26使机床断电，进给机构和锯丝转动机构停止工作。

[0038] 本发明的环线金刚石切割设备，整体布局是将切割机构立式布置，减小了机床的尺寸及总重量，利用从动轮部件配合反向悬挂的配重块20实现自重力张紧，降低了张紧机
构的复杂程度，配备的断丝保护限位开关26可以在环形电镀金刚石切割线13自动断开主动
轮电机6开关；工件装夹台7可以在工作台8上实现一定角度的旋转，完成多一个或几个工件的多角度切割，减少重复装夹次数。

[0039] 本发明的切割设备中主动聚氨酯线轮25和从动聚氨酯线轮10之间缠绕着单根环线金刚石线，并且两个线轮分别布置在立柱5和床身1中，降低了整体高度，取消了溜板等零件，减轻了整机重量。

[0040] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换
和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。