专利名称：一种高速超声振动线锯切割硬脆材料的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于机械加工技术领域，具体涉及一种高速超声振动线锯切割硬脆材料的装置。
背景技术：
硬脆材料指具有高硬度、高脆性(摩尔硬度大于6，天然金刚石的摩尔硬度为10) 的非导电体或半导体，工业领域常用的有各种石材、光学玻璃、硬质合金、以及陶瓷等。伴随着硬脆材料应用领域的日益扩展，其加工技术也不断发展，出现了许多有效的加工方法，其中切割加工占有重要地位。例如，建筑装饰板材和岩石材质精密零部件的加工中，锯切作为机械加工的第一道工序，其加工成本占工件总加工成本的50%以上。有其是在半导体照明领域，SiC单晶体最为最好的衬底材料之一，其摩尔硬度达到9. 2 9. 5，切割成为对其加工的最大难题。目前，SiC单晶片的切割采用往复式线锯，线锯速度最高只能达到3m/s，存在着切割效率低，切片崩碎，表面质量差，工具磨损严重且寿命短，贵重材料浪费严重等问题。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种高速超声振动线锯切割硬脆材料的装置，解决了现有技术的切割装置因切割力过大引起的切割效果差、磨损严重且寿命短，材料浪费严重的问题。本实用新型所采用的技术方案是，一种高速超声振动线锯切割硬脆材料的装置， 包括工作台，工作台上设置有横向进给装置，横向进给装置上设置有纵向进给装置，纵向进给装置上设置有用于安装工件的回转工作台，其特征在于，工作台上通过支承座安装有直流电机和滚筒，直流电机和滚筒相连接并带动其绕水平轴线转动，位于回转工作台的上方设置有张紧轮，位于回转工作台的下方设置有过轮，在滚筒、张紧轮以及过轮上缠绕有用于切割工件的线锯；位于回转工作台的上方或下方水平设置有变幅杆，变幅杆的一端与线锯的外侧相接触、且另一端通过换能器与超声波发生器相连接。在张紧轮和过轮之间、且分别位于回转工作台的上方和下方均设置有一小滚轮， 该两个小滚轮均与线锯的内侧相接触。超声波发生器安装在支撑架上。支撑架上水平设置有连接板，超声波发生器通过连接螺钉安装在连接板上。支承座通过螺栓安装在工作台上。横向进给装置包括横向滑台、横向导轨、横向滚珠丝杠以及横向步进电机，横向导轨和横向滚珠丝杠通过螺母固定在工作台上，横向步进电机固定在所述横向滑台上、并通过联轴器与横向滚珠丝杠相连接。纵向进给装置包括纵向滑台、纵向导轨、纵向滚珠丝杠以及纵向步进电机，纵向导轨和纵向滚珠丝杠通过螺母固定在所述横向滑台上，纵向步进电机固定在所述纵向滑台上、并通过联轴器与纵向滚珠丝杠相连接。回转工作台的底部设置有用于带动工件作旋转运动的微型直流电机。本实用新型的线锯运动由往复式运动转变为单向运动，使得线锯的速度可以由原来的最高3m/s提高至15m/s，加之变幅杆对线锯的作用，使得线锯与工件由原来的连续接触转变为线锯与工件的间歇接触，切割力大大降低，因此切割效果好，不会因切片崩碎而造成材料的浪费。另外，超声波空化作用使切削液能充分进入切割区并迅速冷却由于磨粒的快速运动所产生的高温，与现有线锯切割机相比，本实用新型提高了切割效率和线锯使用寿命ο
图1是本实用新型的结构示意图；其中，1.工作台，2.螺栓，3.支承座，4.直流电机，5.滚筒，6.张紧轮，7.滚轮， 8.变幅杆，9.超声波发生器，10.连接螺钉，11.连接板，12.支撑架，13.横向进给装置， 14.纵向进给装置，15.回转工作台，16.工件，17.过轮，18.线锯。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行详细说明。如图1所示，一种高速超声振动线锯切割硬脆材料的装置，包括工作台1，工作台1 上设置有横向进给装置13，横向进给装置13包括横向滑台、横向导轨、横向滚珠丝杠以及横向步进电机，横向导轨和横向滚珠丝杠通过螺母固定在工作台1上，横向步进电机固定在横向滑台上、并通过联轴器与横向滚珠丝杠相连接。横向进给装置13上设置有纵向进给装置14，纵向进给装置14包括纵向滑台、纵向导轨、纵向滚珠丝杠以及纵向步进电机，纵向导轨和纵向滚珠丝杠通过螺母固定在横向滑台上，纵向步进电机固定在纵向滑台上、并通过联轴器与纵向滚珠丝杠相连接。纵向进给装置14上设置有用于安装工件16的回转工作台15，回转工作台15的底部设置有用于带动工件16作旋转运动的微型直流电机。支承座3通过螺栓2安装在工作台1上，支承座3上安装有直流电机4和滚筒5， 直流电机4和滚筒5相连接，直流电机4带动滚筒5绕水平轴线转动。位于回转工作台15 的上方设置有张紧轮6，位于回转工作台15的下方设置有过轮17，在滚筒5、张紧轮6以及过轮17上缠绕有用于切割工件16的线锯18。为了保证线锯18与工件16的接触良好，在张紧轮6和过轮17之间、且分别位于回转工作台15的上方和下方均设置有一小滚轮7，该两个小滚轮7均与线锯18的内侧相接触。通常，线锯18的长度小于2000mm，直径为0. 2mm 0. 3mm，直流电机4的转速为600rpm的转速运转，以实现线锯18的线速度为15m/s以上的高速线锯作业，再通过张紧轮6来实现线锯18上具有一定的张力，以实现对工件16的切割。位于回转工作台15的上方水平设置有变幅杆8，变幅杆8的一端与线锯18的外侧相接触、且另一端通过换能器与超声波发生器9相连接。支撑架12上水平设置有连接板11， 超声波发生器9通过连接螺钉10安装在连接板11上。通过支撑架12的高度来调节超声波施加的位置。超声波发生器9的交变电信号通过换能器转变为机械振动，又通过变幅杆 8进一步放大，并与线锯18接触实现线锯的超声振动，其振动频率通常为19KHz 21KHz。本实用新型在工作时，线锯18同时作高速单相循环运动和高频振动，因此，线锯18的金刚石磨粒在切割过程中与工件16的接触为高频的间歇接触，由于超声加工中的冲击、空化以及剪切角度变化切削，有利于热量的释放，线锯磨损降低，同时平均切割力降低， 单位时间去除的材料体积增加，切割效率增加。
权利要求1.一种高速超声振动线锯切割硬脆材料的装置，包括工作台(1)，所述工作台(1)上设置有横向进给装置(13)，所述横向进给装置(13)上设置有纵向进给装置(14)，所述纵向进给装置(14)上设置有用于安装工件(16)的回转工作台(15)，其特征在于，所述工作台(1) 上通过支承座(；3)安装有直流电机(4)和滚筒(5)，所述直流电机(4)和滚筒( 相连接并带动其绕水平轴线转动，位于所述回转工作台(15)的上方设置有张紧轮(6)，位于所述回转工作台(1 的下方设置有过轮(17)，在所述滚筒(5)、张紧轮(6)以及过轮(17)上缠绕有用于切割工件(16)的线锯(18)；位于所述回转工作台(1 的上方或下方水平设置有变幅杆(8)，所述变幅杆(8)的一端与所述线锯(18)的外侧相接触、且另一端通过换能器与所述超声波发生器(9)相连接。
2.按照权利要求1所述的高速超声振动线锯切割硬脆材料的装置，其特征在于，在所述张紧轮(6)和过轮(17)之间、且分别位于所述回转工作台(1 的上方和下方均设置有一小滚轮(7)，该两个小滚轮(7)均与所述线锯(18)的内侧相接触。
3.按照权利要求1所述的高速超声振动线锯切割硬脆材料的装置，其特征在于，所述超声波发生器(9)安装在支撑架(1 上。
4.按照权利要求3所述的高速超声振动线锯切割硬脆材料的装置，其特征在于，所述支撑架(1 上水平设置有连接板(11)，所述超声波发生器(9)通过连接螺钉(10)安装在连接板(11)上。
5.按照权利要求1所述的高速超声振动线锯切割硬脆材料的装置，其特征在于，所述支承座(3)通过螺栓(2)安装在工作台(1)上。
6.按照权利要求1所述的高速超声振动线锯切割硬脆材料的装置，其特征在于，所述横向进给装置(1 包括横向滑台、横向导轨、横向滚珠丝杠以及横向步进电机，所述横向导轨和横向滚珠丝杠通过螺母固定在工作台(1)上，所述横向步进电机固定在所述横向滑台上、并通过联轴器与横向滚珠丝杠相连接。
7.按照权利要求6所述的高速超声振动线锯切割硬脆材料的装置，其特征在于，所述纵向进给装置(14)包括纵向滑台、纵向导轨、纵向滚珠丝杠以及纵向步进电机，所述纵向导轨和纵向滚珠丝杠通过螺母固定在所述横向滑台上，所述纵向步进电机固定在所述纵向滑台上、并通过联轴器与纵向滚珠丝杠相连接。
8.按照权利要求7所述的高速超声振动线锯切割硬脆材料的装置，其特征在于，所述回转工作台(15)的底部设置有用于带动工件(16)作旋转运动的微型直流电机。
专利摘要本实用新型公开了一种高速超声振动线锯切割硬脆材料的装置，包括工作台，工作台上设置有横向进给装置、纵向进给装置以及回转工作台，工作台上还通过支承座安装有直流电机和滚筒，直流电机和滚筒相连接并带动其绕水平轴线转动，位于回转工作台的上方设置有张紧轮，位于回转工作台的下方设置有过轮，在滚筒、张紧轮以及过轮上缠绕有线锯；位于回转工作台的上方或下方水平设置有变幅杆，变幅杆的一端与线锯的外侧相接触、且另一端通过换能器与超声波发生器相连接。本实用新型解决了现有装置中因切割力过大引起的切割效果差、磨损严重且寿命短，材料浪费严重的问题。
文档编号B24B27/06GK202137674SQ20112018784
公开日2012年2月8日 申请日期2011年6月7日 优先权日2011年6月7日
发明者刘永, 李淑娟, 李言, 王肖烨, 赵智渊 申请人:西安理工大学