CN2885490Y - 单晶硅棒切方滚磨机床 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种单晶硅棒切方滚磨机床，该机床包括机架；保持在机架上的滚磨装置，还包括保持在机架上的切方装置，所述切方装置包括：保持机构，设置在所述机架上；切方机构，其具有切方刀具，并可移动地保持在所述保持机构上。滚磨装置对工件进行滚磨加工；切方机构用以对工件进行切方加工。由于该机床实现了切方滚磨加工一体化，一次装夹就可以对切方加工与滚磨加工进行任意的组合来对工件进行加工，所以降低了生产设备的成本，并且提高了生产效率和加工精度，同时通过先切方后滚磨使加工后的下脚料可以有效回收，从而避免了材料的浪费。

Description

单晶硅棒切方滚磨机床

技术领域

本实用新型涉及对硅电子材料进行机械加工的设备，特别涉及一种单晶硅棒切方滚磨机床，用于对单晶硅棒进行切方滚磨一体化加工。

背景技术

目前，随着电子行业飞速发展，硅电子材料的需求量越来越大。据统计，仅中国国内的硅电子材料的产量从1993年90吨迅速上升到2004年的2000多吨。因此，对于硅电子材料加工设备的要求也越来越高，尤其是设备的生产效率以及加工精度。

然而，目前在单晶硅棒的滚磨加工工序中，所使用的加工设备为滚磨机床，该滚磨机床由机架、工作台、工件定位装夹装置、以及滚磨装置构成，其中，上述工作台设置在机架上，并可以左右往复运动以实现工件的进给。上述定位装夹装置固定在工作台上，包括床头装置以及尾架，用以对工件进行装夹定位并使其连续旋转。滚磨装置包括：立柱，其设置在所述机架上；数控电机及丝杠升降，其设置在所述立柱中，以液压传动方式进行升降；滑板，其设置在所述立柱上，并由数控电机控制而升降；磨轮，其旋转轴由轴承可旋转地支撑，用以对工件进行滚磨加工；电动机，其固定在所述滑板上，用以驱动所述磨轮旋转。

但是，此设备只能对单晶硅棒进行滚磨加工。也就是说，使用这样的加工设备只能通过滚磨加工将大直径的单晶硅棒加工成小直径，所以就存在这样的问题，即在滚磨加工过程中所产生的单晶硅棒碎屑难以回收，从而造成材料的浪费。在单晶硅棒的加工前和加工后的直径相差比较大时，这种材料浪费的情况更为突出。而且，如果需要将单晶硅圆棒加工成方棒，则需要另外使用一台截断设备将滚磨加工后的单晶硅棒切成方形。在现有的切方加工工序中，每加工一个面就需要装夹一次，因此需要进行多次装夹才能完成切方加工。由于单晶硅棒加工的特性，这种多次装夹的加工方式严重影响了生产效率和加工精度，使次品率非常高。

实用新型内容

为了克服上述现有的加工方式和加工设备的缺点，本实用新型的目的是提供一种单晶硅棒切方滚磨机床。该机床实现了切方滚磨加工一体化，一次装夹就可以对工件进行滚磨加工和切方加工，而且滚磨加工和切方加工的顺序也可以根据需要进行调整，既可以先进行切方加工然后进行滚磨加工，也可以先进行滚磨加工然后进行切方加工，从而降低了生产设备的成本，提高了加工精度，提高了生产效率。同时，通过先切方加工后滚磨加工可以有效回收单晶硅棒的下脚料，从而避免了材料的浪费，大大提高了经济效益。

为了实现上述目的，本实用新型的单晶硅棒切方滚磨机床包括：机架；安装在所述机架上的工作台，包括固定于所述机架上的下工作台和可相对于所述下工作台做往复水平移动的上工作台；定位装夹装置，固定于所述上工作台上，包括床头箱和尾架，所述单单晶硅棒可被夹持在所述床头箱和尾架之间；滚磨装置，安装于所述机架上；和切方装置，安装于所述机架上。

优选地，上述切方装置包括：立柱，其设置在上述机架上；固定板，其固定在所述立柱上；升降油缸，其设置在上述立柱中，以液压方式进行升降；滑板，其保持在上述立柱上，并由上述升降油缸控制使其相对于固定板移动；一对轴承支架，其固定在上述滑板上；一对旋转轴；其通过轴承可旋转地保持在上述轴承支架中；一对圆刀片，其作为上述切方刀具分别固定在每一上述旋转轴的一端，并且相互之间间隔一定距离；电动机，其固定在上述滑板上，一对圆刀片，分别固定在相应的所述旋转轴的一端，并且相互分隔；电动机，其固定在所述滑板上，其转子的两端分别与所述旋转轴的之一相连，用以驱动相应的所述旋转轴。

优选地，上述电动机转子的两端和每一上述旋转轴的另一端分别设有皮带轮，并且通过皮带相连，电动机以皮带传动的方式驱动每一上述旋转轴。

优选地，上述一对圆刀片之间的距离可以进行调整。可通过更换不同的刀垫来准确地调整用户所需要的尺寸。

优选地，上述滚磨装置包括：立柱，设置在所述机架上；磨轮升降滑板，可升降地设置在所述立柱上；磨轮主轴，设置在所述磨轮升降滑板上；磨轮，设置在所述磨轮主轴的末端；和磨轮电机，其固定在所述磨轮升降滑板上，用以驱动所述磨轮旋转。

优选地，上述定位装夹装置可以按数控程序分度或者连续旋转。

优选地，根据本实用新型的单晶硅棒切方滚磨机床还包括四轴控制***，所述四个轴为分别由相应的电机驱动的X、Y、Z、和A轴。其中，X轴用于驱动上工作台的往复移动；Y轴用于驱动磨轮升降滑板的上下移动；Z轴用于驱动磨轮的进给移动；A轴则用于驱动定位装夹装置的床头主轴按预定角度旋转(分度旋转)。

根据本实用新型，可以实现切方滚磨加工一体化，由此可以降低生产设备的成本，提高加工精度，并提高生产效率。

附图的简要说明

图1是本实用新型单晶硅棒切方滚磨机床一个实施方式的示意图；

图2是切方装置的主视示意图；

图3是定位装夹装置装夹工件的示意图；

图4是本实用新型切方滚磨机床进行切方加工的局部示意图；

图5是本实用新型切方滚磨机床的先切方加工后滚磨加工的局部示意图；

图6是本实用新型切方滚磨机床的滚磨加工的局部俯视示意图；

图7是使用本实用新型切方滚磨机床进行切方滚磨加工后的单晶硅棒横面形状一例的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施方式进行详细描述。

在如图1所示的实施方式中，单晶硅棒切方滚磨机床主要包括：设有按钮台113的机架100；工作台200，包括上工作台201和下工作台202；定位装夹装置，包括床头箱301和尾架302；切方装置600；滚磨装置500以及数控装置400。其中，下工作台202固定在机架100上，上工作台201可相对于下工作台202左右往复运动；床头箱301和尾架302设置在上工作台201上。

此外，在图1中还示出了用于支撑切方装置600的保持机构700的一部分，其中，立柱701设置在机架100上，升降油缸702设置在立柱701中，并以常规的液压的方式(液压油路图中未示出)进行升降。而且，在立柱701上设有固定板703和滑板704(参照图2)，具有切方刀具的切方机构设置在保持机构700的滑板704上，滑板704由升降油缸702驱动，可以相对于固定板703上下移动。切方装置600的具体结构详见图2。

另外，在图1中，还示意性地表示出了设置在机架100上的滚磨装置500的保持机构508，以及磨轮和磨轮轴部分507。滚磨装置500的具体结构详见图6。

在本实用新型的切方滚磨机床中，采用了一种四轴控制***。这四个轴(X、Y、Z和A轴)分别由相应的电机(未示出)驱动。其中，X轴用于驱动上工作台201相对于下工作台202移动，Y轴用于驱动磨轮升降滑板的上下移动，Z轴用于驱动磨轮505的进给移动，A轴则用于驱动床头主轴3011(参照图3和图4)按预定角度旋转(分度旋转)。通过上述四轴控制***的四轴的相互配合和协调动作，实现了本实用新型的将切方、滚磨操作在一台机床完成的目的。

根据本实用新型的一个优选方式，上述四轴控制***中的电机可以采用常规的数控电机。相应地，如图1所示，在机架100上可设置一数控装置400。通过对数控装置400编制程序，分别输出相应的控制信号到上述四轴控制***的各数控电机上，从而对切方滚磨机床的加工方式和加工过程等进行控制，实现全自动的切方滚磨过程。

图2所示的是切方装置600的示意性的主视图。参考图2并结合图1所示，固定板703设置在立柱701上，滑板704保持在固定板703上，并由设置在立柱701上的升降油缸702驱动，从而可以相对于固定板703上升和下降。电动机611设置在滑板704上，电动机611的转子两端各设有左皮带轮609和右皮带轮610。一对轴承支架603、604分别固定在滑板704上。一对旋转轴605、606通过轴承分别可旋转地保持在轴承支架603、604中。旋转轴605的右端设有左刀片601，旋转轴606的左端设有右刀片602，左刀片601和右刀片602之间相互分隔一定距离。旋转轴605的左端设有左刀片皮带轮607，旋转轴606的右端设有右刀片皮带轮608，左刀片皮带轮607和右刀片皮带轮608分别与其相对应的电动机611的左皮带轮609和右皮带轮610通过皮带相连。由于左皮带轮609和右皮带轮610设置在电动机转子的左右两端，因此电动机611就以皮带传动的方式驱动旋转轴605、606同步旋转，从而使左刀片601和右刀片602同步旋转。

而且，左刀片601和右刀片602之间的距离还可以根据工件切方加工的尺寸通过调整旋转轴605、606的伸缩长度或更换不同的刀垫进行适当调整。

参照图3，设置在工作台200上的定位装夹装置包括床头箱301和尾架302。床头箱301是固定的，并具有可以分度和连续旋转的主轴3011，在此主轴的一端设有床头顶盘3012。尾架302包括：其中设有油缸(图中未示出)的尾架体3021、伸缩套管3022以及设置在伸缩套管3022的一端的尾架顶盘3023。伸缩套管3022的另一端设置在尾架体3021中，并且可以通过尾架体3021中的所述液压油缸的作用而伸长和缩短。另外，也可以通过手轮3024手动装夹工件。伸缩套管3022由所述液压油缸推动，使尾架顶盘3023与床头顶盘3012相互配合，从而夹紧工件。当床头箱的主轴3011以分度方式或者连续方式旋转时，所夹紧的工件也相应地以分度方式或者连续方式旋转。

在如图6所示的滚磨装置的示意图中，滚磨装置500包括：固定在磨轮保持机构508上的磨轮主轴下滑座503；保持在主轴下滑座503上的磨轮升降滑板502，其通过设置在保持机构508上的数控电机驱动而进行升降；以及磨轮主轴504，其由设置在磨轮升降滑板502上的磨轮主轴支架501支撑，并且通过磨轮电机(未示出)驱动旋转。

在磨轮主轴504的一端设有磨轮505，通过磨轮主轴504的旋转，经磨轮皮带的传动，来驱动磨轮505进行滚磨加工。

另外，虽然附图中没有示出，但是本实用新型的切方滚磨机床还包括冷却装置，通常使用冷却水循环装置，用以降低或者发散切方加工和滚磨加工时所产生的热量。

在本实用新型的实施方案中，驱动X、Y、Z轴的电机以及驱动切刀601、602的电机611和磨轮电机都可采用交流伺服电机。

接下来，对具有上述构成方式的本实用新型单晶硅棒切方滚磨机床的加工过程进行说明。

首先，如图3和图4所示，将待加工的单晶硅棒坯材800采用液压夹紧方式装夹在定位装夹装置的床头301和尾架302之间。按照切方加工的尺寸调整刀片间距后，将数控装置400控制的X、Y、Z、A四轴复位。

接着，通过升降油缸702将左、右刀片601和602下降到加工工位(例如尾架侧的位置)，启动电动机611，驱动左、右刀片同步转动，同时打开冷却水。工作台200的X轴按照适合于切方加工的速度移动，使得上工作台201向右移动，这时左、右刀片601和602对单晶硅棒800进行切方加工。完成后，上工作台201迅速返回原位。然后，由数控电机(未示出)驱动床头箱301的主轴3011(A轴)进行90°转动。

然后，上工作台201再次向右运动进行进给，从而进行第二次切方加工，完成切方后，停止电动机611，并关闭冷却水。升降油缸702向上将滑板704提起，使左、右刀片601和602离开工位并复位。

这样，即完成了对该单晶硅棒800的切方工作。

上述加工方式可以加工出横截面为四方形的单晶硅棒。显然，如果在上述切方过程中，如果将主轴3011(A轴)进行45°转位。可以加工出横截面为六角形的单晶硅棒。另外，通过设置不同的旋转角度，显然也可以加工出横截面为其它形状的单晶硅棒，

接下来进行滚磨加工，以切方后进行圆角滚磨加工为例来说明，如图5所示。

首先，将X、Y、Z轴返回原位。然后，由控制Y轴的数控电机(未示出)驱动使磨轮升降滑板502向下运动，使磨轮505下降。由驱动Z轴的数控电机使磨轮主轴504做进给移动以靠近工件。

启动磨轮电机(未示出)使磨轮转动，另一方面，床头箱301的主轴3011开始连续旋转。同时，打开冷却水。

X轴的数控电机驱动上工作台201向右运动进行进给。同时磨轮505对单晶硅棒800开始滚磨加工。上工作台201带动单晶硅棒800往复运动，直到将单晶硅棒加工至设定的外径尺寸为止。

这样就完成了对单晶硅棒的切方滚磨加工。

显然，可以通过在数控装置400中将上述加工过程编制成相应的控制程序，实现对单晶硅棒进行切方滚磨加工的全自动控制。数控装置400可采用常规的数控设备(例如，北京航天数控公司生产的MCM-600-8)。在这种情况下，数控装置400可以采用常规的控制方式(如继电器控制或可控硅控制等)来控制各个电机。

具体地说，数控装置400输出的控制信号主要包括：向X轴驱动电机输出的X轴换向开关信号；向控制刀片601和602升降的电机输出的升降滑板电磁阀信号；向驱动刀片601和602旋转的电机611输出的刀片旋转电机开关信号；向Y轴驱动电机输出的磨轮升降滑板520的升降信号；向Z轴驱动电机输出的磨轮旋转电机开停信号；向A轴驱动电机输出的旋转角度控制信号；向各轴电机输出的限位开关信号；以及冷却水开关信号。

如上所述，本实用新型单晶硅棒切方滚磨机床既包括了滚磨装置又包括了切方装置，而且滚磨装置和切方装置可以相互协调地进行工作。因此实现了切方滚磨加工一体化，只需要一次装夹就可以对切方加工与滚磨加工进行任意的组合来对工件进行加工，从而降低了生产设备的成本，提高了生产效率和加工精度，同时通过先切方后滚磨使加工后的下脚料可以有效回收从而避免了材料的浪费，从而大大提高了经济效益。

以上对本实用新型的优选实施方式进行了详细描述，但是本实用新型并不局限于上述实施例，对本领域的技术人员显而易见的各种修改、变换，仍包含在本实用新型权利要求书所限定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种单晶硅棒切方滚磨机床，其特征在于，包括：

机架；

安装在所述机架上的工作台，包括固定于所述机架上的下工作台和可相对于所述下工作台做往复水平移动的上工作台；

定位装夹装置，固定于所述上工作台上，包括床头箱和尾架，所述单晶硅棒可被夹持在所述床头箱和尾架之间；

滚磨装置，安装于所述机架上；和

切方装置，安装于所述机架上。

2.根据权利要求1所述的单晶硅棒切方滚磨机床，其特征在于，

所述切方装置包括：

立柱，设置在所述机架上；

固定板，固定在所述立柱上；

升降油缸，设置在所述立柱中；

滑板，设置在所述固定板上，由所述升降油缸驱动，可相对于所述固定板移动；

一对轴承支架，固定在所述滑板上；

一对旋转轴，通过轴承可旋转地分别保持在所述一对轴承支架中；

一对圆刀片，分别固定在相应的所述旋转轴的一端，并且相互分隔；

电动机，固定在所述滑板上，其转子的两端分别与所述旋转轴的之一相连，用以驱动相应的所述旋转轴。

3.根据权利要求2所述的单晶硅棒切方滚磨机床，其特征在于，所述电动机转子的两端和每一所述旋转轴的另一端分别设有皮带轮，用于以皮带传动的方式驱动每一所述旋转轴。

4.根据权利要求3所述的单晶硅棒切方滚磨机床，其特征在于，所述床头箱包含主轴，所述主轴可分度旋转和连续旋转。

5.根据权利要求1至4任一项所述的单晶硅棒切方滚磨机床，其特征在于，所述滚磨装置包括：

立柱，设置在所述机架上；

磨轮升降滑板，可升降地设置在所述立柱上；

磨轮主轴，设置在所述磨轮升降滑板上；

磨轮，设置在所述磨轮主轴的末端；和

磨轮电机，其固定在所述磨轮升降滑板上，用以驱动所述磨轮旋转。

6.根据权利要求5所述的单晶硅棒切方滚磨机床，其特征在于，进一步包括数控***，包括：

中央控制单元；

与中央控制单元的控制信号输出端分别连接的多个电机；以及

由所述电机分别驱动的多个驱动轴。

7.根据权利要求6所述的单晶硅棒切方滚磨机床，其特征在于，所述多个驱动轴为分别由相应的所述多个电机驱动的X、Y、Z、和A轴，所述X轴与所述上工作台连接，可驱动上工作台的水平往复移动；

所述Y轴与所述磨轮升降滑板连接，可驱动磨轮升降滑板的上下移动；

所述Z轴与所述磨轮主轴连接，可驱动所述磨轮的进给移动；

所述A轴与所述定位装夹装置的床头箱的所述主轴连接，可驱动所述床头箱主轴进行所述分度旋转或连续旋转。

8.根据权利要求7所述的单晶硅棒切方滚磨机床，其特征在于，所述中央控制单元的控制信号输出端通过继电器或可控硅控制所述多个电机。

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