金刚石线锯切割机设计(附件)
在本文中，进行对金刚石线锯切割装置深入的研究。本文主要涉及了关于设计一中台式小型化、可切割大尺寸工件的金刚石线切割机。底座、金刚石线、往复绕线总成及旋转夹具、水平角度垂直角度二维调整夹具组成装置金刚石线切割机；大滚筒、气动张紧轮、定位轮、绕线轮包括在往复缠绕线总成部分中。 本课题主要是完成结构设计关于金刚石线锯切割机的导轨平台、工件夹具和缠绕筒以及切割线张力调整装置部分，以及完成机构模型三维仿真。以在网络与图书馆搜集到的相关设计文献资料作为参考，同时认识到本课题在国内外工作研究的最新动态，对自己设计研究方案进行确定并完成；滚珠丝杠、螺母、步进电动机等在金刚石线锯切割机装置中重要的相关零部件及相应装配图的研究设计；在装置机构相关零部件分析设计说明书及其设计图纸；完成机构的三维仿真。关键词：金刚石；线锯切割机；导轨平台；三维仿真 目 录
第一章 绪 论 1
1.1概述 1
1.2研究现状以及发展趋势 1
1.3 金刚石线锯切割机的简介 4
第二章 金刚石线锯切割机的设计方案 5
2.1金刚石串珠绳锯的受力分析作为参考 5
2.1.1绳锯受力及锯切轨迹 5
2.1.2锯切阻力系数 7
2.1.3钢绳中的弯曲应力 8
2.2 有关首选参数 9
2.3 切割机特点 10
2.4 金刚石线锯切割机设计方案 10
2.4.1 原理分析和总体结构设计 11
2.4.2 传动系统和工作台的设计 12
2.4.3 张力调整装置设计 13
第三章 金刚石线锯切割机传动设计 14
3.1 滚珠丝杆的选择与计算 14
3.1.1 滚珠丝杆的定义 14
3.1.2 滚珠丝杆副间隙调整法 14
3.1.3 滚珠丝杆的循环方式 15
3.1.4 滚珠丝杆的计算 16
3.1.5 滚珠丝杆安装方式 19
3.2驱动电动机的选择 20
3.3步进电动机的选择 20
3.4固定支架 22
3.5导向轮 23
3.6张紧轮设计
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
14
3.1.2 滚珠丝杆副间隙调整法 14
3.1.3 滚珠丝杆的循环方式 15
3.1.4 滚珠丝杆的计算 16
3.1.5 滚珠丝杆安装方式 19
3.2驱动电动机的选择 20
3.3步进电动机的选择 20
3.4固定支架 22
3.5导向轮 23
3.6张紧轮设计 24
3.7绕线轮的设计 26
3.8二维夹具的设计 29
第四章 金刚石线锯切割机的三维模型仿真 32
4.1 关于运动仿真 32
4.2 仿真工作流程 32
4.2.1 建立运动模型 32
4.2.2伺服电机 34
4.3仿真结果 37
结 论 39
致 谢 40
参考文献 41
第一章 绪 论
1.1概述
如单晶硅，多晶硅，陶瓷，宝石，玻璃等脆性材料，具有优秀的并且稳定的耐磨性，耐腐蚀性，电绝缘性等物理和化学性质，因而得到在光学，电子等领域得到广泛的应用，被广泛用在半导体，在生产太阳能的光伏行业以及高精尖的太空电镀工业里面，在这些行业里面，尤其是单晶的硅体和多晶的硅体以及陶瓷材料。随着半导材料，光伏等技术不断发展和需要不停上升，切削加工量增进显著，令本钱约占到50％，相当高的水平，但是因为抗拉原料的高的硬度，大的脆性，因而处理困难。线切割是脆性原料切割处理的第一步，是相对重要的一步，是以，切割工艺以及相关工具和生产设备受到越来越多的注意，并且获得了快速成长。金刚石绳锯切削装置是一在过去十年获得高速成长的脆性原料的切削设备，成长相当地快速，固结的磨料以及游离的磨料两类包含在此中。以线锯的运动和机器布局作为凭据，加上装置的原理，它一般可以被分成往复式的绳锯和单向的绳锯。金刚石绳锯采用了金刚石作为超硬的磨料，颗粒大小通常几十微米，相当硬又小的磨料，拥有绳锯切削的特性，如此一来，可以对硬又脆原料高精度和小切缝的切削和显出形体可以成真。技术成长相当地快速，跟着大型的半导材料及光伏电池片的使用和成长，金刚石绳锯切削逐渐展示出很多无可相比的上风，是属于更先进的制造技术：在加工轮廓小毁伤还有小弯曲形变，切成一片片，薄片厚度差不多，可以切削大块锭，节约原料，高高的出产效率，大大的产量，高高的效益。
1.2研究现状以及发展趋势
用金刚石绳锯抗拉半导原料技术最初是由Mesh在1970年代发表的，是属于比较现代先进的技术；W.Ebner作了钢线锯早期尝试，他设计的往复式多绳锯机由一个自动轮和一个被动轮构成的，是相对简单但是独特新颖的设计，金刚石绳锯两头绕过滑轮牢固在鼓驱动轮径向的两头驱动电机，两头驱动滚筒带着锯丝运转起来，锯线做往复运转。W.Ebner利用它加工切削，切削某种材料，获得了小于0.4毫米厚的片。在1980年代，金刚石多绳锯出来了，它能够用来切削硅的晶片。Anders J.R进行切削硅的尝试时使用了日本公司Yasunagar 的YQ—100金刚石绳锯机，是当时属于领先水平的机器，结果所产生的切缝宽度达至小于0.16毫米，加工的表面损伤层的深度比5微米小。ITo、Ishikawa、Murata和Tokura等人之后进行了关于金刚石绳锯伤害性相关的初步实验研究。
在1990年代，特别是近些年以来，金刚石绳锯获得了飞速的成长，它获到更深入的尝试研究。从时间上来看，真的成长得相当惊人，之后Li等人发表锯线施加于研磨的颗粒之上的力驱动其沿着切削轮廓做运动，这颗粒起到了相当大的作用，同一时间颗粒被压挤下嵌入砂轮切削外轮廓，剥离片屑和轮廓裂缝从而被弄出来了，以产生出来相当宏观的切削效果。对于上述的结果，之后集中考究在颗粒陷入工件情况下它的应力情况和用处，颗粒被发现对原料的最大剪应力产生在微切削的轮廓之下，颗粒选择做了相应的优化处理。根据上述的结果，Kao等人表示，于“滚动一嵌入”模型，除了滚动和陷入颗粒运动之外，做了不少的思考分析，认为还包含刮擦，三个一路形成切削动动。在这些研究之后，Bhagirat等人在该模型考虑磨浆的作用，然后相信在游离研磨颗料线锯切削硅的锭块的小面积地方，锯线和动作颗料形成弹性的流体动力学环境，如此一来，对于这样的情况，采用有限元法分析关于锯线和硅的锭块之间的弹性的流体动力学模型，根据这样分析而来的模型，以获得在薄膜的厚度和研磨的力的情况关于走线速率，磨浆粘度和切削前提的关系，也获得了结论：平均磨粒直径是小于磨浆的薄膜的厚薄程度的，是由于磨料流动而产生切削的。
根据前面大量的数据分析，Sahoo等人在这之后，再根据前面的研究结果，采用有限元分析方法，依据模型和数据，对在细线锯切削过程中的切削线的振动模型以及热应力采用有限元方法分析，发表了一个针对的反馈的控制算法，综合所有模型和数据研究结果来看，最后得到了一种锯切过程的分析和改进的方法。之后，以前人的结果为参考，Wei等人进行尝试，同时相信，锯线的振动受到走丝速率的影响是很小的；另外值得一提的是，在这次研究中，他们还首次运用了莫尔条纹干涉法，对切片轮廓质量做了高精度的测试和度量。
在获得大量应用的游离研磨颗粒线锯切削中
第一章 绪 论 1
1.1概述 1
1.2研究现状以及发展趋势 1
1.3 金刚石线锯切割机的简介 4
第二章 金刚石线锯切割机的设计方案 5
2.1金刚石串珠绳锯的受力分析作为参考 5
2.1.1绳锯受力及锯切轨迹 5
2.1.2锯切阻力系数 7
2.1.3钢绳中的弯曲应力 8
2.2 有关首选参数 9
2.3 切割机特点 10
2.4 金刚石线锯切割机设计方案 10
2.4.1 原理分析和总体结构设计 11
2.4.2 传动系统和工作台的设计 12
2.4.3 张力调整装置设计 13
第三章 金刚石线锯切割机传动设计 14
3.1 滚珠丝杆的选择与计算 14
3.1.1 滚珠丝杆的定义 14
3.1.2 滚珠丝杆副间隙调整法 14
3.1.3 滚珠丝杆的循环方式 15
3.1.4 滚珠丝杆的计算 16
3.1.5 滚珠丝杆安装方式 19
3.2驱动电动机的选择 20
3.3步进电动机的选择 20
3.4固定支架 22
3.5导向轮 23
3.6张紧轮设计
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
14
3.1.2 滚珠丝杆副间隙调整法 14
3.1.3 滚珠丝杆的循环方式 15
3.1.4 滚珠丝杆的计算 16
3.1.5 滚珠丝杆安装方式 19
3.2驱动电动机的选择 20
3.3步进电动机的选择 20
3.4固定支架 22
3.5导向轮 23
3.6张紧轮设计 24
3.7绕线轮的设计 26
3.8二维夹具的设计 29
第四章 金刚石线锯切割机的三维模型仿真 32
4.1 关于运动仿真 32
4.2 仿真工作流程 32
4.2.1 建立运动模型 32
4.2.2伺服电机 34
4.3仿真结果 37
结 论 39
致 谢 40
参考文献 41
第一章 绪 论
1.1概述
如单晶硅，多晶硅，陶瓷，宝石，玻璃等脆性材料，具有优秀的并且稳定的耐磨性，耐腐蚀性，电绝缘性等物理和化学性质，因而得到在光学，电子等领域得到广泛的应用，被广泛用在半导体，在生产太阳能的光伏行业以及高精尖的太空电镀工业里面，在这些行业里面，尤其是单晶的硅体和多晶的硅体以及陶瓷材料。随着半导材料，光伏等技术不断发展和需要不停上升，切削加工量增进显著，令本钱约占到50％，相当高的水平，但是因为抗拉原料的高的硬度，大的脆性，因而处理困难。线切割是脆性原料切割处理的第一步，是相对重要的一步，是以，切割工艺以及相关工具和生产设备受到越来越多的注意，并且获得了快速成长。金刚石绳锯切削装置是一在过去十年获得高速成长的脆性原料的切削设备，成长相当地快速，固结的磨料以及游离的磨料两类包含在此中。以线锯的运动和机器布局作为凭据，加上装置的原理，它一般可以被分成往复式的绳锯和单向的绳锯。金刚石绳锯采用了金刚石作为超硬的磨料，颗粒大小通常几十微米，相当硬又小的磨料，拥有绳锯切削的特性，如此一来，可以对硬又脆原料高精度和小切缝的切削和显出形体可以成真。技术成长相当地快速，跟着大型的半导材料及光伏电池片的使用和成长，金刚石绳锯切削逐渐展示出很多无可相比的上风，是属于更先进的制造技术：在加工轮廓小毁伤还有小弯曲形变，切成一片片，薄片厚度差不多，可以切削大块锭，节约原料，高高的出产效率，大大的产量，高高的效益。
1.2研究现状以及发展趋势
用金刚石绳锯抗拉半导原料技术最初是由Mesh在1970年代发表的，是属于比较现代先进的技术；W.Ebner作了钢线锯早期尝试，他设计的往复式多绳锯机由一个自动轮和一个被动轮构成的，是相对简单但是独特新颖的设计，金刚石绳锯两头绕过滑轮牢固在鼓驱动轮径向的两头驱动电机，两头驱动滚筒带着锯丝运转起来，锯线做往复运转。W.Ebner利用它加工切削，切削某种材料，获得了小于0.4毫米厚的片。在1980年代，金刚石多绳锯出来了，它能够用来切削硅的晶片。Anders J.R进行切削硅的尝试时使用了日本公司Yasunagar 的YQ—100金刚石绳锯机，是当时属于领先水平的机器，结果所产生的切缝宽度达至小于0.16毫米，加工的表面损伤层的深度比5微米小。ITo、Ishikawa、Murata和Tokura等人之后进行了关于金刚石绳锯伤害性相关的初步实验研究。
在1990年代，特别是近些年以来，金刚石绳锯获得了飞速的成长，它获到更深入的尝试研究。从时间上来看，真的成长得相当惊人，之后Li等人发表锯线施加于研磨的颗粒之上的力驱动其沿着切削轮廓做运动，这颗粒起到了相当大的作用，同一时间颗粒被压挤下嵌入砂轮切削外轮廓，剥离片屑和轮廓裂缝从而被弄出来了，以产生出来相当宏观的切削效果。对于上述的结果，之后集中考究在颗粒陷入工件情况下它的应力情况和用处，颗粒被发现对原料的最大剪应力产生在微切削的轮廓之下，颗粒选择做了相应的优化处理。根据上述的结果，Kao等人表示，于“滚动一嵌入”模型，除了滚动和陷入颗粒运动之外，做了不少的思考分析，认为还包含刮擦，三个一路形成切削动动。在这些研究之后，Bhagirat等人在该模型考虑磨浆的作用，然后相信在游离研磨颗料线锯切削硅的锭块的小面积地方，锯线和动作颗料形成弹性的流体动力学环境，如此一来，对于这样的情况，采用有限元法分析关于锯线和硅的锭块之间的弹性的流体动力学模型，根据这样分析而来的模型，以获得在薄膜的厚度和研磨的力的情况关于走线速率，磨浆粘度和切削前提的关系，也获得了结论：平均磨粒直径是小于磨浆的薄膜的厚薄程度的，是由于磨料流动而产生切削的。
根据前面大量的数据分析，Sahoo等人在这之后，再根据前面的研究结果，采用有限元分析方法，依据模型和数据，对在细线锯切削过程中的切削线的振动模型以及热应力采用有限元方法分析，发表了一个针对的反馈的控制算法，综合所有模型和数据研究结果来看，最后得到了一种锯切过程的分析和改进的方法。之后，以前人的结果为参考，Wei等人进行尝试，同时相信，锯线的振动受到走丝速率的影响是很小的；另外值得一提的是，在这次研究中，他们还首次运用了莫尔条纹干涉法，对切片轮廓质量做了高精度的测试和度量。
在获得大量应用的游离研磨颗粒线锯切削中
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