刀具主冷却喷头及刀具冷却装置、划片机的制作方法

本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种刀具主冷却喷头及刀具冷却装置、划片机。

背景技术：

划片机是综合了水气电、空气高速主轴、精密机械传动、传感器及自动化控制等技术的精密数控设备，主要用于硅集成电路、发光二极管、铌酸锂、蓝宝石、氧化铝、玻璃、陶瓷、太阳能电池片等材料的划切加工的分离工序。划片机的主要工作过程是，利用高精密的运动工作台承载被加工件做往复运动（设定为x轴方向），利用空气静压高速主轴带动刀具高速旋转，对被加工件进行切割加工，高转速空气主轴能够沿y轴、z轴方向移动，通过运动工作台和空气静压高速主轴的配合，能够将被加工件分割成规定要求的单个器件。

在切割过程中，刀具作为切割的执行工具，为保护刀具和被加工件不被高温损坏，通常会使用冷却介质对刀具进行降温，同时将切削下来的碎屑冲走，避免污染被加工件。冷却介质对刀具的冲洗位置会影响到切割的质量，因此冷却介质在划片机切割过程中起到了很重要的作用。

为此，授权公告号为cn102267198b的中国发明专利提出了一种刀具冷却装置，其具体包括刀侧喷头组件，刀侧喷头组件包括沿刀片的轴向设置的第一喷管和第二喷管，第一、第二喷管分设在刀片两侧，第一喷管和第二喷管上开设径向喷口，冷却介质经该喷口喷向刀片对刀片进行冷却冲刷。刀具冷却装置还包括第三喷管（定义其为主喷管），主喷管正对刀片的切削部位，从刀片前侧正对刀片喷吹冷却介质。在实际的使用过程中，不同应用场所所使用的刀片的直径有所差异，为保证主喷管中的冷却介质能够对准切削部位，对刀片进行良好冷却，需要改变主喷管中喷口的喷射角度。为此，现有技术中的刀具冷却装置中，主喷管可绕沿刀片轴向延伸的轴线转动调整，以此来适应刀片直径和切削部位的改变。

虽然现有技术中的刀具冷却装置能够通过主喷管的转动来适应刀片直径和切削部位的改变，但是，在实际使用时存在一些弊端，由于主喷管的转动调整幅度不受限制，当主喷管的前端（即对着刀片的一端）背向刀片摆动的幅度过大时，主喷管对着刀片的一端容易碰撞待加工件，当待加工件为晶圆等硬脆材料时，主喷管易造成待加工件破损，导致待加工件无法继续使用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种刀具主冷却喷头，以解决现有技术中主喷管在转动调整时易碰撞损坏待加工件的技术问题；还提供使用该刀具主冷却喷头的刀具冷却装置，以避免主喷管在转动调整时碰撞损坏待加工件；还提供使用该刀具冷却装置的划片机，以避免划片机碰撞损坏待加工件。

为实现上述目的，本发明刀具主冷却喷头的技术方案是：一种刀具主冷却喷头，包括：

固定部分；

转动部分，包括用于从刀片前侧正对刀片喷吹冷却介质的主喷管；

转动部分绕沿刀片轴向延伸的轴线转动安装在固定部分上，以使主喷管的对着刀片的一端可朝向和背向刀片摆动；

挡止结构，限制主喷管的对着刀片的一端背向刀片摆动的幅度，以防止主喷管的对着刀片的一端碰撞待加工件。

本发明的有益效果是：转动部分包括主喷管，通过主喷管绕沿刀片轴向延伸的轴线进行转动能够对主喷管进行摆动调整，使主喷管的对着刀片的一端能够正对刀片的切削部位，适用于不同规格的刀片。而挡止结构的存在，能够限制主喷管的对着刀片的一端背向刀片摆动的幅度，避免主喷管的对着刀片的一端摆动过位，从而碰撞待加工件，造成待加工件损坏。

进一步地，固定部分包括块状固定座，块状固定座的下端一侧边缘向下突出延伸而形成延伸段，延伸段上设有转动安装轴，所述转动部分转动安装在所述转动安装轴上，块状固定座下端面中背离主喷管的朝向刀片一端的部分端面用于与主喷管挡止配合而构成所述挡止结构。通过设置延伸段，能够在块状固定座的底部形成一定的容纳空间，方便布置转动安装轴和主喷管，结构更加紧凑。而且，在设置延伸段后，能够利用块状固定座的端面来形成挡止结构，不需要另外增设其他的类似挡杆或挡块等结构，零部件数量较少，装配方便。

进一步地，固定部分包括块状固定座，块状固定座的下端一侧边缘向下突出延伸而形成延伸段，转动部分包括绕自身轴线转动安装在延伸段上的转动安装轴，主喷管垂直连接于转动安装轴上且在转动安装轴转动时实现主喷管的摆动，块状固定座下端面中背离主喷管的朝向刀片一端的部分端面用于与转动部分挡止配合而构成所述挡止结构。通过设置延伸段，能够在块状固定座的底部形成一定的容纳空间，方便布置转动安装轴和主喷管，结构更加紧凑。而且，在设置延伸段后，能够利用块状固定座的端面来形成挡止结构，不需要另外增设其他的类似挡杆或挡块等结构，零部件数量较少，装配方便。

进一步地，块状固定座内设有内部流道，转动安装轴为空心轴，内部流道和空心轴的内腔共同构成液流通道，块状固定座上还安装有接头，液流通道连通接头和主喷管。转动安装轴为空心轴，通过空心轴来连通内部流道和主喷管，空心轴一方面起到了支撑主喷管的作用，另一方面起到了过液的作用，结构简单，装配方便。

进一步地，块状固定座为长条形，内部流道为沿块状固定座长度方向延伸的直线形通道。直线形通道开设更加方便。内部流道为直线形通道，开设时更加方便。

进一步地，固定部分上安装有接头，固定部分内设置有连通接头和主喷管的流道。固定部分内置有流道，利用固定部分自身的结构形成流道，不需要外接管路，零部件数量减少，组装时更加方便。

本发明刀具冷却装置的技术方案是：一种刀具冷却装置，包括：

安装基座，用于固定安装在划片机的空气静压高速主轴的安装刀片的一端；

刀侧喷头组件，用于从刀片的轴向旁侧向刀片喷吹；

刀具主冷却喷头，包括：

固定部分；

转动部分，包括用于从刀片前侧正对刀片喷吹冷却介质的主喷管；

转动部分绕沿刀片轴向延伸的轴线转动安装在固定部分上，以使主喷管的对着刀片的一端可朝向和背向刀片摆动；

挡止结构，限制主喷管的对着刀片的一端背向刀片摆动的幅度，以防止主喷管的对着刀片的一端碰撞待加工件。

本发明的有益效果是：转动部分包括主喷管，通过主喷管绕沿刀片轴向延伸的轴线进行转动能够对主喷管进行摆动调整，使主喷管的对着刀片的一端能够正对刀片的切削部位，适用于不同规格的刀片。而挡止结构的存在，能够限制主喷管的对着刀片的一端背向刀片摆动的幅度，避免主喷管的对着刀片的一端摆动过位，从而碰撞待加工件，造成待加工件损坏。

进一步地，固定部分包括块状固定座，块状固定座的下端一侧边缘向下突出延伸而形成延伸段，延伸段上设有转动安装轴，所述转动部分转动安装在所述转动安装轴上，块状固定座下端面中背离主喷管的朝向刀片一端的部分端面用于与主喷管挡止配合而构成所述挡止结构。通过设置延伸段，能够在块状固定座的底部形成一定的容纳空间，方便布置转动安装轴和主喷管，结构更加紧凑。而且，在设置延伸段后，能够利用块状固定座的端面来形成挡止结构，不需要另外增设其他的类似挡杆或挡块等结构，零部件数量较少，装配方便。

进一步地，固定部分包括块状固定座，块状固定座的下端一侧边缘向下突出延伸而形成延伸段，转动部分包括绕自身轴线转动安装在延伸段上的转动安装轴，主喷管垂直连接于转动安装轴上且在转动安装轴转动时实现主喷管的摆动，块状固定座下端面中背离主喷管的朝向刀片一端的部分端面用于与转动部分挡止配合而构成所述挡止结构。通过设置延伸段，能够在块状固定座的底部形成一定的容纳空间，方便布置转动安装轴和主喷管，结构更加紧凑。而且，在设置延伸段后，能够利用块状固定座的端面来形成挡止结构，不需要另外增设其他的类似挡杆或挡块等结构，零部件数量较少，装配方便。

进一步地，块状固定座内设有内部流道，转动安装轴为空心轴，内部流道和空心轴的内腔共同构成液流通道，块状固定座上还安装有接头，液流通道连通接头和主喷管。转动安装轴为空心轴，通过空心轴来连通内部流道和主喷管，空心轴一方面起到了支撑主喷管的作用，另一方面起到了过液的作用。

进一步地，块状固定座为长条形，内部流道为沿块状固定座长度方向延伸的直线形通道。直线形通道开设更加方便。内部流道为直线形通道，开设时更加方便。

进一步地，固定部分上安装有接头，固定部分内设置有连通接头和主喷管的流道。固定部分内置有流道，利用固定部分自身的结构形成流道，不需要外接管路，零部件数量减少，组装时更加方便。

本发明划片机的技术方案是：一种划片机，包括：

机架；

工作台，设于机架上，用于放置工件；

空气静压高速主轴，其一端用于安装刀片；

还包括

刀具冷却装置，刀具冷却装置安装在空气静压高速主轴的用于安装刀片的一端；

刀具冷却装置，包括：

安装基座，用于固定安装在划片机的空气静压高速主轴的安装刀片的一端；

刀侧喷头组件，用于从刀片的轴向旁侧向刀片喷吹；

刀具主冷却喷头，包括：

固定部分；

转动部分，包括用于从刀片前侧正对刀片喷吹冷却介质的主喷管；

转动部分绕沿刀片轴向延伸的轴线转动安装在固定部分上，以使主喷管的对着刀片的一端可朝向和背向刀片摆动；

挡止结构，限制主喷管的对着刀片的一端背向刀片摆动的幅度，以防止主喷管的对着刀片的一端碰撞待加工件。

本发明的有益效果是：转动部分包括主喷管，通过主喷管绕沿刀片轴向延伸的轴线进行转动能够对主喷管进行摆动调整，使主喷管的对着刀片的一端能够正对刀片的切削部位，适用于不同规格的刀片。而挡止结构的存在，能够限制主喷管的对着刀片的一端背向刀片摆动的幅度，避免主喷管的对着刀片的一端摆动过位，从而碰撞待加工件，造成待加工件损坏。

进一步地，固定部分包括块状固定座，块状固定座的下端一侧边缘向下突出延伸而形成延伸段，延伸段上设有转动安装轴，所述转动部分转动安装在所述转动安装轴上，块状固定座下端面中背离主喷管的朝向刀片一端的部分端面用于与主喷管挡止配合而构成所述挡止结构。通过设置延伸段，能够在块状固定座的底部形成一定的容纳空间，方便布置转动安装轴和主喷管，结构更加紧凑。而且，在设置延伸段后，能够利用块状固定座的端面来形成挡止结构，不需要另外增设其他的类似挡杆或挡块等结构，零部件数量较少，装配方便。

进一步地，固定部分包括块状固定座，块状固定座的下端一侧边缘向下突出延伸而形成延伸段，转动部分包括绕自身轴线转动安装在延伸段上的转动安装轴，主喷管垂直连接于转动安装轴上且在转动安装轴转动时实现主喷管的摆动，块状固定座下端面中背离主喷管的朝向刀片一端的部分端面用于与转动部分挡止配合而构成所述挡止结构。通过设置延伸段，能够在块状固定座的底部形成一定的容纳空间，方便布置转动安装轴和主喷管，结构更加紧凑。而且，在设置延伸段后，能够利用块状固定座的端面来形成挡止结构，不需要另外增设其他的类似挡杆或挡块等结构，零部件数量较少，装配方便。

进一步地，块状固定座内设有内部流道，转动安装轴为空心轴，内部流道和空心轴的内腔共同构成液流通道，块状固定座上还安装有接头，液流通道连通接头和主喷管。转动安装轴为空心轴，通过空心轴来连通内部流道和主喷管，空心轴一方面起到了支撑主喷管的作用，另一方面起到了过液的作用。

进一步地，块状固定座为长条形，内部流道为沿块状固定座长度方向延伸的直线形通道。直线形通道开设更加方便。内部流道为直线形通道，开设时更加方便。

进一步地，固定部分上安装有接头，固定部分内设置有连通接头和主喷管的流道。固定部分内置有流道，利用固定部分自身的结构形成流道，不需要外接管路，零部件数量减少，组装时更加方便。

附图说明

图1为本发明划片机实施例1中空气静压高速主轴与刀具冷却装置组装后的立体图；

图2为本发明划片机实施例1中空气静压高速主轴与刀具冷却装置组装后的前侧视图；

图3为本发明划片机实施例1中刀具冷却装置中块状固定座、转动安装轴和主喷管的配合示意图；

附图标记说明：100-空气静压高速主轴；200-刀片；300-刀具冷却装置；31-安装基座；32-刀侧喷头组件；33-刀具主冷却喷头；34-侧向冷却管快插接头；35-侧向冷却管安装座；36-侧向冷却管；37-块状固定座；38-块状固定座快插接头；39-延伸段；310-主喷管；311-转动安装轴；312-主喷管安装块；313-主喷管管体；314-顶丝；315-内部流道；316-安装轴内腔；317-径向贯通口；318-密封圈；319-挡止面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明的划片机的具体实施例1，如图1至图3所示，划片机包括机架，在机架上固定有工作台，使用时，将工件定位放置在工作台上并采用真空吸附等方式将工件牢靠地固定，工作台可以沿x轴方向往复移动。机架上还安装有移动架，移动架上固定安装有空气静压高速主轴100，空气静压高速主轴100一端安装有刀片200，移动架能够相对于工作台进行移动以带动空气静压高速主轴100和刀片200进行移动，对待加工件进行划片切割。

为了在刀片200进行切割时对刀片200进行冷却，并将切削下来的碎屑及时带走，本发明中，在空气静压高速主轴100的一端安装有刀具冷却装置300，刀具冷却装置300和刀片200位于空气静压高速主轴100的同一端。

刀具冷却装置300的结构如图1至图3所示，刀具冷却装置300包括安装基座31，安装基座31固定安装在空气静压高速主轴100上，本实施例中的安装基座31为固定在空气静压高速主轴100一端的基板。刀具冷却装置300还包括刀侧喷头组件32，刀侧喷头组件32能够从刀片200的轴向旁侧向刀片200喷吹。刀侧喷头组件32包括侧向冷却管安装座35，本实施例中，在侧向冷却管安装座35与安装基座31之间设置有过渡基座，侧向冷却管安装座35通过过渡基座间接地固定在安装基座31上，当然，其他实施例中，侧向冷却管安装座也可以直接固定在安装基座上。

在侧向冷却管安装座35内开设有侧向冷却管安装座流道（图中未画出），侧向冷却管安装座流道并排地开设有两个，在侧向冷却管安装座35的上端安装有两个侧向冷却管快插接头34，下端安装有两根侧向冷却管36，侧向冷却管流道连通侧向冷却管快插接头34和侧向冷却管36，具体地，本实施例中可以采用焊接的方式连接，在其他实施例中可以采用螺纹连接的方式。由图2可以看出，侧向冷却管36向下延伸一段后水平延伸，两根侧向冷却管36均与刀片200相平行，两根侧向冷却管36设置在刀片200轴向上的两侧。侧向冷却管36上开设有径向开口，径向开口朝向刀片200，使用时，冷却介质（通常为冷却水，其他实施例中冷却介质可以为冷却液等）由径向开口中喷向刀片200旁侧。

如图1所示，本发明中，刀具冷却装置300还包括刀具主冷却喷头33，刀具主冷却喷头33的结构如图2和图3所示，刀具主冷却喷头33包括块状固定座37，块状固定座37通过内六角螺钉固定在安装基座31上。由图2可以看出，本实施例中，块状固定座37为上下延伸的长条状，块状固定座37的下端有一部分向下突出延伸，而形成延伸段39，具体地，延伸段39位于块状固定座37的沿刀片200轴向的一侧，而且延伸段39靠近空气静压高速主轴100。由于块状固定座37的下端有延伸段39，使得块状固定座37的下端形成了阶梯状的结构，阶梯状结构形成了一个容纳空间，在容纳空间中安装转动安装轴311和主喷管310。

如图2和图3所示，转动安装轴311固定在延伸段39的侧面上，转动安装轴311的轴线沿刀片200的轴向延伸，本实施例中，转动安装轴311的一端插入到块状固定座37中以实现固定，具体可以通过焊接或者螺纹连接。在转动安装轴311的外部套有主喷管310，本实施例中的主喷管310包括主喷管安装块312和主喷管管体313，主喷管安装块312和主喷管管体313焊接固定在一起，主喷管安装块312内部有空腔，主喷管安装块312套装在转动安装轴311外部，主喷管安装块312可绕转动安装轴311的轴线转动。主喷管管体313为贯通体，一端与主喷管安装块312内部的空腔连通，另一端为喷口，向刀片200喷吹冷却介质。

为了能够使外部的冷却介质流动至主喷管310处，如图2和图3所示，在块状固定座37中开设有上下延伸的内部流道315，内部流道315的下端延伸到延伸段39中，块状固定座37上安装有块状固定座快插接头38，与内部流道315连通。本实施例中，内部流道315为直线型通道。如图3所示，转动安装轴311为空心轴，转动安装轴311内部有沿自身轴线延伸的安装轴内腔316，安装轴内腔316与内部流道315连通，具体地，转动安装轴311的插入块状固定座37的一端敞口，并且朝上的侧面敞开，与内部流道315连通。

在转动安装轴311上开设有两个（其他实施例中，数量可以增减）径向贯通口317，径向贯通口317与安装轴内腔316连通，同时，径向贯通口317与主喷管安装块312的内腔连通。本实施例中，为了保证冷却介质不会外泄，在径向贯通口317的轴向两侧均安装有密封圈318，使得冷却介质只能由主喷管安装块312、转动安装轴311以及两个密封圈318所形成的环腔流动到主喷管管体313中，经喷口喷出。

在实际使用过程中，为了适用于不同的使用工况，会更换不同规格的刀片200，刀片200规格发生改变后，直径会发生改变，对应地，刀片200切削部位与主喷管管体313的喷口之间的位置发生改变，需要对主喷管管体313的喷口位置进行转动调整，以使喷口正对准刀片200的切削部位。本实施例中，只需要绕转动安装轴311的轴线转动主喷管310即可改变喷口的喷出角度，对准刀片200的切削部位。本实施例中还设置有在主喷管310转动调整到位后将其保持在该位置的保持结构，本实施例中可以采用旋装在主喷管310上的顶丝314来实现，顶丝314顶在转动安装轴311上。应当说明的是，本发明的目的在于避免主喷管在转动调整时碰撞待加工件，因此只要限制主喷管的靠近刀片一端背向刀片的摆动幅度就达到了本发明的目的，因此，在其他实施例中，可以将保持结构取消，比如依靠主喷管和转动安装轴之间密封圈或者依靠主喷管和转动安装轴之间的筋配合实现主喷管和转动安装轴的相对固定。

如图2所示，在转动主喷管310时，若不对主喷管310前端（即有喷口的一端，朝向刀片200的一端）向下摆动的幅度进行限制，则当主喷管310背向刀片200转动过位时，有可能会碰撞到主喷管310下方的待加工件，当待加工件较脆时，容易损坏待加工件。本实施例中，由于块状固定座37下端有延伸段39，块状固定座37的下端面位于主喷管310的上方。如图2所示，块状固定座37下端面中背离刀片一端（即背离主喷管310的朝向刀片200一端）的部分端面能够与主喷管310中的主喷管安装块312挡止配合，防止主喷管310的朝向刀片200的一端朝待加工件摆动过位，防止发生碰撞。该部分端面为图2中的挡止面319。

本实施例中，使用时，在更换刀片200后，将顶丝旋松，转动主喷管310，转动调整到位后将主喷管310固定，转动调整过程中，由于挡止面319的存在，避免主喷管310靠近刀片200的一端朝背向刀片200所在方向转动过位，进而碰撞待加工件。

本实施例中，通过设置块状固定座快插接头38能够实现与外接接头的快速对接，其他实施例中，可以在块状固定座上安装普通的接头，如与外部接头螺纹相连的接头。

本实施例中，安装轴内腔316和内部流道315相连通，共同构成了液流通道，液流通道连通接头和主喷管310，液流通道构成了连通接头和主喷管310的流道。

本实施例中的块状固定座37为长条形，内部流道315为沿着块状固定座37长度方向延伸开设的直线形通道，其他实施例中，当块状固定座的形状发生改变时，内部流道的延伸方向随之进行改变，比如，块状固定座整体为弧形结构时，内部流道对应地弧形延伸。

本实施例中，通过内部流道和安装轴内腔的配合，不需要在块状固定座的外部再布置水管等来形成流道，其他实施例中，为了加工方便的考虑，可以将内部流道和安装轴内腔取消，在接头和主喷管之间采用软管相连，实现冷却介质的输送。

本实施例中，挡止面319构成了挡止结构，利用块状固定座自身的结构来形成限位结构，结构简单，不需要另设零部件。其他实施例中，可以在块状固定座上另外设置挡止结构，此时的挡止结构为限位杆或限位块等，需要另外设置，当然，上述各类情况都是对主喷管的对着刀片的一端进行挡止来实现限位，其他实施例中，挡止结构可以通过对主喷管中背对刀片的一端的背向刀片的摆动幅度进行限制，以此来防止主喷管摆动过位。

本实施例中，块状固定座37构成了固定部分，主喷管310形成了转动部分，转动部分通过转动安装轴安装在固定部分上。

本发明划片机的具体实施例2，与实施例1的不同之处，本实施例中，块状固定座和转动安装轴一体成型，块状固定座和转动安装轴共同构成固定部分，本实施例中的挡止结构与实施例1中的一致。

本发明划片机的具体实施例3，与实施例1和实施例2的不同之处在于，实施例1和实施例2中，挡止结构设置在块状固定座上，本实施例中，挡止结构设置在转动安装轴和主喷管之间，具体地，在主喷管安装块的内腔腔壁上开设沿周向延伸的半环形的凹槽，凹槽具有径向的槽底、周向两槽壁和轴向两槽壁，在转动安装轴上设置径向延伸的凸起，凸起可与凹槽配合，在主喷管转动调整时，凹槽的周向两槽壁可与凸起配合，将主喷管的转动幅度控制在设定的范围之内。凹槽和凸起共同构成挡止结构。

本发明划片机的具体实施例4，与实施例1、实施例2和实施例3的不同之处在于，本实施例中，转动安装轴与主喷管之间固定相连，主喷管的延伸方向垂直于转动安装轴的延伸方向，而转动安装轴与块状固定座之间转动配合，转动轴线沿着刀片的轴向延伸。本实施例中，转动安装轴与主喷管共同构成了转动部分，块状固定座构成了固定部分。

本实施例中，挡止结构设置在块状固定座上，挡止结构可以对主喷管进行挡止限位，具体仍然可以采用实施例1中的挡止面，也可以为设置在块状固定座上的挡杆、挡块等。挡止结构也可以对转动安装轴进行挡止限位，具体地，在转动安装轴上设置径向的凸起，在块状固定座上设置挡杆或挡块，通过挡杆或挡块与凸起的配合，实现对主喷管摆动幅度的限制；或者用块状固定座上的挡止面直接对转动安装轴进行挡止。

上述各实施例中，固定部分均包括块状固定座，其他实施例中，固定部分可以采用如背景技术中的方式，即固定部分由多个部分构成，只要在其内部设置有流道即可。

本发明刀具冷却装置的具体实施例，刀具冷却装置的结构与上述实施例中的一致，在此不再赘述。

本发明刀具主冷却喷头的具体实施例，刀具主冷却喷头的结构与上述实施例中的一致，在此不再赘述。