线锯切割加工中工件进给量自动补偿调节方法及装置与流程

本发明涉及一种在线锯切割棒料过程中用于进给量自动调节的工件进给方法及装置，属于切割加工技术领域。

背景技术：

碳化硅(Sic)单晶、硅(Si)等硬脆材料因具有优良稳定的物理、化学性能被广泛应用于各个学科领域。而固结磨料金刚石线锯切片技术由于在硬脆材料切片加工的过程中具有切缝窄、物料去除率高、切片表面质量好、环境友好等优点在晶体切片行业中应用越来越广泛。

现有的线锯机床设备一般是将待切割加工工件装夹于进给工作台上，锯丝往复运转，通过进给工作台运动带动待加工材料沿垂直于锯丝的方向进给，或是通过锯丝在保持往复走丝的同时沿垂直于加工材料的方向进给，完成切割。对于单晶SiC、单晶Si等硬脆材料而言，其工件形状一般为圆形棒状，切割时切口长度会随加工过程的进行而发生改变。同时，金刚石锯丝基体本身具有长度很长、直径很小的特点，极易发生弯曲变形。

如在切割的过程中采取进给速度恒定的方式进行加工，当切口长度较大或锯丝已磨损时，由于进给速度恒定，进给量无法被及时切去会造成锯丝的严重弯曲，过度的弯曲变形会加大锯丝与工件之间的摩擦力、加重锯丝的磨损，甚至出现断丝现象，且会使切片的表面质量大大降低。当切口长度较小时，由于锯切力较小，锯丝一般不发生弯曲，其切削性能也没有充分发挥。

为了解决这个问题，有切割技术采取在整个切割过程中根据锯切区度采用变进给速度的工艺，但这对线锯床的控制系统要求比较高，大幅提高了锯床的成本和对操作人员技术的要求。有的锯床增加了锯丝摇摆装置，锯丝切割过程中往复摇摆来保持锯切圆形棒状硬脆材料时切割长度的不变，但增加锯丝摇摆装置大幅提高了锯床的制造成本和控制系统的复杂性。

技术实现要素：

本发明针对目前采用线锯切割加工圆形晶体棒料时，由于切割过程中切口长度变化或锯丝切割能力发生变化，同时进给速度恒定而存在的进给量无法被及时切去而造成的锯丝弯曲严重的问题，提供一种线锯切割加工中工件进给量自动补偿调节方法，同时提供一种实现该方法的进给装置，以解决线锯切割过程中存在的此类问题。

本发明的线锯切割加工中工件进给量自动补偿调节方法，用于线锯切割加工中，能够依据切割长度及锯丝切割能力自动调节工件进给量，具体过程是：

在进给工作台上安装用于装夹棒料的载料台，进给工作台与载料台两者之间设置弹簧装置，载料台能够在进给工作台上沿工件进给方向移动，进给工作台以恒定进给速度进给锯切；

锯切前，锯丝张紧，产生弯曲，通过工件压在载料台上，弹簧装置产生预压缩；当切割工件切口深度L为L≤d/4时，如果切割量大于进给量，弹簧装置的预压缩量就会减少，载料台相对进给工作台向锯丝方向进一步进给，对进给量进行补偿，使锯丝弯曲角增大至5～10°以保持锯丝的切割能力，其中d为被加工晶体棒料的直径；

当工件切口深度L为3d/4≤L≤d，或者是锯丝磨损，导致进给量大于切割量，使弯曲角大于10°时，沿工件进给方向产生的锯切压力使进给工作台与载料台之间的弹簧装置产生压缩，载料台相对于锯丝自动退让，减小锯丝的弯曲，以保证锯丝的弯曲角≤10°，消除进给量过大无法被及时切去导致锯丝弯曲量过大的现象。

所述载料台相对于锯丝退让距离为0～30mm。

实现上述方法的线锯切割加工中工件进给量自动补偿调节装置，采用以下技术方案：

该装置，包括进给工作台和载料台，进给工作台中设置有定位通孔，载料台的底部设置有导向柱，载料台通过底部导向柱与定位通孔的配合安装在进给工作台上，载料台与进给工作台之间设置有弹簧装置。

所述导向柱的截面呈矩形，相应地定位通孔也为矩形。

所述导向柱与定位通孔之间设置有定位导向装置，在每个定位通孔中相对设置两个。

所述定位导向装置呈弓形，上下端带有安装孔，外侧面设置有弧形凸起。

所述弹簧装置为压缩弹簧。

上述装置加工装配容易、成本低，使用灵活方便。在使用时，只需将工件固定于载料台上，设定恒定的加工参数即可开始加工，途中无需人工进行调节，也不需要采用复杂的控制系统在整个切割过程设置不同的进给速度。

本发明通过进给工作台与载料台的弹性连接，根据锯切力的变化通过弹簧使载料台相对于进给工作台沿进给方向产生移动，并通过定位导向装置实现了载料台在其他方向的定位，在切割过程中可自行根据锯丝与工件的接触状态使锯丝的切割能力与工作台进给量相匹配，避免因锯丝的弯曲过大带来严重磨损或切片表面质量变差。尤其适用于加工圆形晶体棒料而锯床设备控制系统较为简单，只能以恒定速度进给的情况。

附图说明

图1是本发明中线锯切割加工中工件进给量自动补偿调节装置的结构示意图。

图2是图1中B-B剖视图。

图3是本发明中定位导向装置的结构示意图。

图中：1、进给工作台，2、压缩弹簧，3、载料台，4、工件，5、锯丝，6、导轮，7、定位导向装置，8、安装孔，9、弧形凸起。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的线锯切割加工中工件进给量自动补偿调节装置，包括进给工作台1和载料台3。载料台3底部设置有四个矩形的导向柱，进给工作台1上开设有与导向柱位置对应的四个矩形的定位通孔，载料台3底部的导向柱插入定位通孔中，每个导向柱与定位通孔之间设置有定位导向装置7。

每个进给工作台1的定位通孔中设置相对布置的两个定位导向装置7。单个定位导向装置7的结构如图3所示，呈弓形，上下端带有安装孔8，安装孔8为长槽形。定位导向装置7与载料台3底部的导向柱接触的侧面设置有两道弧形凸起9。每两个定位导向装置7通过其上的安装孔8用螺栓对应安装于进给工作台1的一个通孔中。

定位导向装置7安装过程如下：在进给工作台1的每个定位通孔中置入两个定位导向装置7，两个定位导向装置7上的弧形凸起9相对，由安装孔8插入螺栓，螺栓呈半拧紧状态；将载物台3的四个定位柱对应插入定位通孔中，调节靠近进给工作台1内侧(每个定位通孔中里侧)的四个定位导向装置，使其弧形凸起9与定位柱的侧壁贴紧，拧紧其上螺栓；调节另外四个靠近进给工作台外侧的定位导向装置7使其弧形凸起9与定位柱的侧壁贴紧，拧紧螺栓,完成安装。切割过程中载物台3可相对于进给工作台1运动，定位导向装置7上的弧形凸起9与定位柱侧壁间是高副线接触，加入润滑油可保证定位柱能在进给方向上自由滑动。

载料台3与进给工作台1之间设置有弹簧装置，具体是在载料台3的每个导向柱上套装压缩弹簧2。进给工作台1的四个矩形通孔的上下两端面沿工件放置轴向方向设有凹槽，定位导向装置7安装在凹槽上。

上述装置在使用时，将工件4固定在载料台3上，载料台3在进给工作台1上沿工件4的进给方向移动。锯丝5产生弯曲张紧，给载料台3一个适当的向下的预压力，使压缩弹簧2产生压缩。设定恒定的进给速度后进给工作台1向垂直于锯丝5方向运动(参见图1)，锯丝5张紧在导轮6上并往复运动，开始切割工件4。

在切口深度L较小(L≤d/4，d为被加工晶体棒料的直径)或锯丝5的磨损程度较小(锯丝5的寿命的前3/4时间段)时，锯丝5的切割能力良好，如果切割量大于进给量，压缩弹簧2的压缩量会减少，载料台3相对于进给工作台1向锯丝5方向进一步进给，以充分发挥锯丝5的切割能力。

在切割的切口深度L较长(3d/4≤L≤d)，或者是锯丝5因磨损程度较大(锯丝5的寿命的后1/4时间段)导致切割能力下降，当切割量小于进给量时，由于锯丝5产生较大的弯曲(锯丝的弯曲角大于10°)，使其产生的对载料台3垂直方向的锯切压力加大，而此时压缩弹簧2就会进一步压缩，使载料台3相对于进给工作台1远离锯丝5方向退让(锯丝退让距离为0～30mm)，使锯丝5的弯曲角保持在≤10°(5～10°为佳)，避免锯丝5磨损过大或拉断，以保持锯丝的切割能力，实现切割能力与进给量匹配的效果，消除进给量过大无法被及时切去导致锯丝弯曲量过大的现象，并保证切片的表面质量。

如图1所示，锯丝5的弯曲角是指锯丝5切割工件4时受力弯曲状态与锯丝5初始未受力状态之间的夹角A。

本发明中涉及的进给工作台1的进给驱动方式以及工件在载料台3上的固定方式等可采用现有技术实现。