专利名称：一种车磨复合仿形机床及其开槽方法
技术领域：
本发明涉及到一种车磨复合仿形机床，应用于多线切割机主辊一次成型仿形磨削加工，特别是应用于硅棒切割的多线切割机主辊开槽技术。
背景技术：
目前，磨削技术已经非常成熟，广泛应用于精密机械加工，但是仿形磨床，特别是大尺寸、微结构仿形磨床尚未应用，尤其在多线切割领域，切割钢线的主辊槽仍然需要逐条加工。多线切割技术广泛应用于太阳能光伏、LED、半导体制造等领域，是目前切割太阳能硅片、LED蓝宝石衬底、半导体硅片(晶片)、磁石、陶瓷等非导电材料的最佳方法。尤其在在半导体和光伏制造领域，多线切割技术已经取代内圆切割技术成为晶片和太阳能硅片规模化生产中的主流技术，其具有效率高、切口 小、产品质量人为因素少等优点。带有导线槽的主辊是多线切割机关键零件之一，它的好坏直接决定了晶片的切割质量。在主辊上涂覆聚氨酯材料，在聚氨酯材料上加工导线槽是多线切割用主辊的主流技术，导线槽可以使切割线均匀、稳定地分布在主辊上，进而保证硅片或晶片的厚薄均匀性性。通常情况下，多线切割机用主辊的切割线槽深度浅、间隔小、精度要求高，加之涂覆在主辊表面的聚氨酯材料为易损材料，多线切割过程中，在切割线的摩擦及切割作用下，主辊表面材料磨损并导致导线槽变形，车削很难保证精度要求。同时，嵌入胶质表面的金刚砂颗粒会加速车刀磨损，甚至造成刀尖断裂；另外，对线槽逐一车削加工，耗时长、效率低，加工过程中不可控、不可知因素多，特别是刀具磨损和切削过程中的侧向挤压。刀具磨损时无法迅速切断材料，形成拉毛缺陷，沟槽表面出现凸点，在多线切割中凸点可能导致跳线，造成晶片厚薄不均，甚至硅棒报废，而侧向挤压力可能造成已加工的相邻线槽变形。为保证多线切割的均匀性，在使用一定的次数后须对主辊进行再次加工导线槽即开槽。逐条磨削也是目前常用主辊开槽方式之一，即在数控机床上，以砂轮片为刀具，逐一加工导线槽。主辊使用一定的时间后，胶质表面会嵌入金刚砂颗粒，采用磨削方式加工时，耗时较长，且砂轮片的磨损大。因此，目前采用车削或磨削逐条加工开槽技术，存在技术难度较大、成本颇高、效率低下等不可避免的缺陷，尤其在刀具刃口磨损的情况下，容易出现误差超限、拉毛等缺陷造成不良品。并且，主辊加工完成后，无法对工件在线检测，离线检测耗时较多，且发现缺陷
后需要二次装夹。有鉴于此，如何克服上述缺陷，成为本领域内一项重要的研究课题。
发明内容
针对现有技术操作难度大、成本高、效率较低，容易出现误差超限、拉毛的缺陷，并且发现缺陷耗时长，无法对工件在线检测等不足，本发明提供一种车磨复合仿形机床及其开槽方法。本发明提供一种车磨复合仿形机床及其开槽方法，用于工件仿形加工，特别是用于主棍一次成型开槽，包括床体，其中，床体上表面平行设置的一仿形模具及一工件，工件由设置在床体上表面一端的尾座组件及设置在床体上表面另一端的工件轴主轴箱夹持，工件下方设置一辅助装卸装置，床体上表面还设置有导轨，模具进给机构及刀具进给机构设置在导轨上，模具进给机构夹持仿形模具，刀具进给机构设置在尾座组件的外侧，其上设置有车刀刀塔。优选地，车磨复合仿形机床的仿形模具与工件的轴中心在同一水平面上；优选地，车磨复合仿形机床的辅助装卸装置包括二伸缩性托举装置，二伸缩托举装置支撑工件；优选地，车磨复合仿形机床的车刀刀塔由刀具进给机构带动，车刀刀塔包括车刀刀塔座和设置在车刀刀塔座上的车刀；优选地，车磨复合仿形机床的模具进给机构、刀具进给机构、尾座组件以及车刀刀塔沿轨道移动以调整位置优选地，车磨复合仿形机床的刀具进给机构具有两组进给单元，每个进给单元都包含精密滚珠螺杆及设置在进给螺杆一端的进给电机，两组进给单元实现进给过程中的移动方向相互垂直；优选地，车磨复合仿形机床的模具进给机构包括分别设置在仿形模具两端以夹持模具的模具主轴箱和模具轴组件尾座，模具主轴箱和模具轴组件尾座固定设置在模具进给底板上，模具进给底板滑动设置在模具进给导轨上，模具进给底板下方还设置有精密滚珠螺杆及设置在精密滚珠螺杆一端的进给电机；优选地，车磨复合仿形机床的车磨复合仿形机床具有二 CXD检测装置；根据本发明，提供一种车磨复合仿形机床开槽方法，包括以下步骤:1)模具装载，刀具对刀检测:根据工件需求装配对应规格模具，在视觉对刀后，将模具及刀具回归安全零位；2)工件装夹:将工件放置在顶起的辅助装卸装置上，辅助装卸装置的托举装置接受工件后下降至装夹位，由尾座完成装夹后，辅助装卸装置下降，直至隐藏到床体内；3)车削加工:转动工件轴主轴，车削工件外圆，去除表面杂质；4)磨削加工:工件外圆车削完成后，转动模具轴主轴，通过进给电机粗、精结合进给，完成一次成型加工，同时在磨削过程中喷洒冷却液至模具与工件交合区域内；5)工件拆卸:磨削加工完成后，模具及刀具退回零位，辅助装卸装置升起至装夹位，取走工件。优选地，车磨复合仿形机床开槽方法中步骤4)的加工槽型为U型或V型，开口角度为O 135°。采用本发明的车磨复合仿形机床及其开槽方法，能够一次成型，在大大提高效率、减少加工时间的同时，避免了逐条车削加工出现的拉毛现象。并提供在线检测装置，对加工槽型在线检测，无需二次装夹即可完成修复缺陷的工作。
图1示出了依据本发明，车磨复合仿形机床的示意图1 ;图2示出了依据本发明，车磨复合仿形机床的示意图2 ；
图3示出了依据本发明，车磨复合仿形机床的示意图3 ；图4示出了依据本发明，仿形模具修复示意图；图5示出了依据本发明，工件开槽一次成型技术操作流程图。
具体实施例方式下面参照附图，对本发明的实施方式作进一步的详细描述。图1、图2、图3分别示出了本发明车磨复合仿形机床不同角度的示意图，参照图示，本发明车磨复合仿形机床包括床体1，设置在床体I上的工件轴主轴箱2、模具进给机构3，仿形模具4，工件5，辅助装卸装置6，尾座组件7，车刀刀塔8，刀具进给机构9，以及铺设在床体I上表面的导轨10，模具进给机构3、刀具进给机构9、尾座组件7以及车刀刀塔8可沿轨道10移动以调整位置。其中，机床床体I是整个机床的基础部分，在其一端安装工件主轴驱动模块工件轴主轴箱2，在床体I上表面铺设的导轨上安装有可移动的尾座组件7，尾座组件7设置在床体上表面与工件轴主轴箱2相对的另一端。尾座组件7可以根据工件5的尺寸沿机床导轨方向调整位置，尾座组件7还包括与工件5连接的尾座702及设置在尾座702外端的液压缸701，工作时，尾座组件7固定在床体I上，液压缸701动作与工件轴主轴箱2夹持工件5。辅助装卸装置6安装在床体I上，位于工件5的下方，可用于工件5的装夹和拆卸。 辅助装卸装置6具有两个托举装置601，其具备同步伸缩功能，在工件5装夹或拆卸过程中，可通过升降实现工件5中心调整以方便装夹或拆卸。模具进给机构3安装在机床床体的导轨10上，夹持仿形模具4，保证仿形模具4与工件5轴线平行，平行误差不大于0.005mm。模具进给机构3包括分别设置在仿形模具4两端以夹持模具的模具主轴箱301和模具轴组件尾座305，二者均固定设置在模具进给底板302上，模具进给底板302滑动设置在模具进给导轨303上，刀具进给底板下方还设置有精密滚珠螺杆12及设置在精密滚珠螺杆12 —端的进给电机11，即伺服电机。模具进给机构3采用精密滚珠螺杆12和进给电机11的组合方式实现模具轴在工件径向，即X向的精密进给，使用精密直线导轨模具进给导轨303导向，使用绝对光栅尺(未绘示)做闭环反馈。安装时仿形模具4轴中心和工件5轴中心在同一水平面上，保证工件5表面槽型的精确性。可根据工件5尺寸的更换仿形模具4，进而实现不同尺寸工件的兼容。机床最大可加工工件轴线长不小于2000mm。刀具进给机构9设置在导轨10上，位于尾座组件7的外侧，其上设置有车刀刀塔8，包括车刀刀塔座801和设置在车刀刀塔座801上的车刀802，车刀刀塔8由刀具进给机构9带动。刀具进给机构9具有两组进给单元，包括沿工件5径向进给的X向进给单元及沿工件5轴向进给的Z向进给单元，每个进给单元都包含精密滚珠螺杆及进给电机，即如图3所示沿工件5轴向设置的Z向刀具进给螺杆905及设置在其一端的Z向刀具进给电机904，沿工件5径向设置的X向刀具进给螺杆903及设置在其一端的X向刀具进给电机902。X、Z向进给均采用进给电机即伺服电机和精密螺杆组合方式实现进给，两组进给单元实现进给过程中的移动方向相互垂直。本发明设有两个C⑶检测装置，分别为检对刀(XD1001及槽型检测(XD1002。如图3所示，检对刀(XD1001安装在床体I上，槽型检测(XD1002安装在刀具进给机构9的X向刀具进给螺杆903下方的X向滑板901上，前者用于视觉对刀，后者用于工件成型检测。在不装夹工件的情况下，仿形模具模具轴进给到X负向极限位置，刀具进给机构9带动车刀刀塔8，利用车刀802对仿形模具4进行修整，此时仿形模具轴主轴为旋转主轴，提供切削动力，刀具进给机构9在X、Z方向插补进给。槽型检测CCD1002对加工槽型的在线监测，免去了工件的二次装夹即可完成修复缺陷的工作。图4示出了依据本发明，车磨复合仿形机床的仿形模具修复示意图。参照图4，车刀802可沿图3中工件5的径向及轴向进给，即向X向与Z向进给，实现对工件的车削，仿形模具4可沿工件5径向进给，实现外圆磨削功能。同时，仿形模具轴与工件轴在沿工件5轴向都具有良好的刚性，保证磨削的精确性，仿形模具主轴与工件主轴均具有较高的速度，两轴同向旋转，在相切母线上得到更高的相对运动速度，进而得到理想的工件表面。进一步地，根据本发明的车磨复合仿形机床，同时提供一种车磨复合仿形机床开槽方法，包括模具装载，刀具对刀检测，工件装夹，车削加工，磨削加工，工件拆卸，具体工艺步骤如下:首先，根据工件5的需求装配对应规格仿形模具5，利用检对刀(XD1001进行视觉对刀，精确工件及模具装载位置，在视觉对刀后向数控模具输入刀具初始参数，并将仿形模具4及刀具回归安全零位。(SI S2)如果仿形模具及刀具被检测出不在安全位置上，则需重新归零。接着，辅助装卸装置6顶起，将工件5 放置其上，辅助装卸装置的托举装置601接受工件5后下降至装夹位，即被尾座组件7及工件轴主轴箱2夹持，尾座702完成装夹后，辅助装卸装置6下降，直至隐藏到床体内，避免干涉刀具进给机构9的操作(S3 S7)。转动工件轴主轴，车削工件5的外圆，去除表面杂质。(S8)完成车削后，转动仿形模具轴主轴，开启冷却液，其中，仿形模具轴主轴要求达到大于等于800r/min的转速，以提高工件5表面的光洁度。在进给电机即伺服电机的带动下，仿形模具4采用粗进给与精进给结合的方式对工件5磨削成型，以保证磨削精度，完成一次成型加工。仿形模具4表面开有与工件切线槽相反的沟槽，两端无沟槽处直径略小于有沟槽底部直径，可以实现适用于金刚线的U型槽加工，及适用于砂浆钢线的V型槽加工，槽间距误差均优于0.003_，槽型夹角范围可覆盖0 135°。在磨削过程中，喷洒冷却液至模具与工件交合区域内，冷却液可采用微乳化切削液、半合成型切削液、全合成型切削液等水基切削液或油基切削液。(S9 S13)磨削加工完成后，仿形模具4及刀具退回零位，辅助装卸装置6升起至装夹位，液压缸701与尾座702退回，取走工件5，完成操作。(S14 S19)因此，藉由本发明提供的车磨复合仿形机床及其开槽方法，能有效避免现有技术操作难度大、成本高、效率低等不足，尤其避免在刀具刃口磨损的情况下出现的误差超限等缺陷，技术操作一次成型，在大大提高效率、减少加工时间的同时，避免了逐条车削加工出现的拉毛现象，并提供在线检测装置，对加工槽型在线检测，无需二次装夹即可完成修复缺陷的工作。上文中描述了本发明的具体实施方式
。但是，在本领域中的普通技术人员能够理解，不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式
作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书限定的范围内。
权利要求
1.一种车磨复合仿形机床，包括床体，其特征在于，所述床体上表面平行设置的一仿形模具及一工件，所述工件由设置在所述床体上表面一端的尾座组件及设置在所述床体上表面另一端的工件轴主轴箱夹持，所述工件下方设置一辅助装卸装置，所述床体上表面还设置有导轨，模具进给机构及刀具进给机构设置在所述导轨上，其中，所述模具进给机构夹持所述仿形模具，所述刀具进给机构设置在所述尾座组件的外侧，其上设置有车刀刀塔。
2.如权利要求1所述的车磨复合仿形机床，其特征在于，所述仿形模具与所述工件的轴中心在同一水平面上。
3.如权利要求1所述的车磨复合仿形机床，其特征在于，所述辅助装卸装置包括二伸缩性托举装置，所述二伸缩托举装置支撑所述工件。
4.如权利要求1所述的车磨复合仿形机床，其特征在于，所述车刀刀塔由所述刀具进给机构带动，所述车刀刀塔包括车刀刀塔座和设置在所述车刀刀塔座上的车刀。
5.如权利要求1所述的车磨复合仿形机床，其特征在于，所述模具进给机构、所述刀具进给机构、所述尾座组件以及所述车刀刀塔沿所述轨道移动以调整位置。
6.如权利要求1或5所述的车磨复合仿形机床，其特征在于，所述刀具进给机构具有两组进给单元，每个所述进给单元都包含精密滚珠螺杆及设置在所述进给螺杆一端的进给电机，所述两组进给单元实现进给过程中的移动方向相互垂直。
7.如权利要求1所述的车磨复合仿形机床，其特征在于，所述模具进给机构包括分别设置在所述仿形模具两端以夹持模具的模具主轴箱和模具轴组件尾座，所述模具主轴箱和模具轴组件尾座固定设置在模具进给底板上，所述模具进给底板滑动设置在模具进给导轨上，所述模具进给底板下方还设置有精密滚珠螺杆及设置在所述精密滚珠螺杆一端的进给电机。
8.如权利要求1所述的车磨复合仿形机床，其特征在于，所述车磨复合仿形机床具有二 CXD检测装置。
9.一种车磨复合仿形机床开槽方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)模具装载，刀具对刀检测:根据工件需求装配对应规格模具，在视觉对刀后，将所述模具及刀具回归安全零位； 2)工件装夹:将工件放置在顶起的辅助装卸装置上，辅助装卸装置的托举装置接受所述工件后下降至装夹位，由尾座完成装夹后，所述辅助装卸装置下降，直至隐藏到床体内； 3)车削加工:转动工件轴主轴，车削工件外圆，去除表面杂质； 4)磨削加工:所述工件外圆车削完成后，转动模具轴主轴，通过进给电机粗、精结合进给，完成一次成型加工，同时在磨削过程中喷洒冷却液至模具与工件交合区域内； 5)工件拆卸:磨削加工完成后，所述模具及刀具退回零位，所述辅助装卸装置升起至装夹位，取走工件。
10.如权利要求9所述的车磨复合仿形机床开槽方法，其特征在于，所述步骤4)中加工出的槽型为U型或V型，开口角度为O 135°。
全文摘要
本发明提供一种车磨复合仿形机床及其开槽方法，包括床体，其中，床体上表面平行设置的一仿形模具及一工件，工件由设置在床体上表面一端的尾座组件及设置在床体上表面另一端的工件轴主轴箱夹持，工件下方设置一辅助装卸装置，床体上表面还设置有导轨，模具进给机构及刀具进给机构设置在导轨上，模具进给机构夹持仿形模具，刀具进给机构设置在尾座组件的外侧，其上设置有车刀刀塔，根据本发明，还提供一种车磨复合仿形机床开槽方法，采用本发明的车磨复合仿形机床及其开槽方法，能够一次成型，在大大提高效率、减少加工时间的同时，避免了逐条车削加工出现的拉毛现象，并可提供在线检测装置，无需二次装夹即可完成修复缺陷的工作。
文档编号B23P23/02GK103212990SQ20131014089
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月22日 优先权日2013年4月22日
发明者林敏华, 薛春良, 李乐 申请人:上海启先新能源科技有限公司