一种电沉积金刚石线锯丝生产系统的制作方法

本发明涉及一种用于电沉积金刚石线锯丝制造的生产装置，属于固结磨粒线锯丝制造技术领域。

背景技术：

固结磨粒线锯丝是将金刚石等磨粒通过粘接、电镀、钎焊等方式固结在锯丝基体上制造而成的，可以实现窄切缝，高切片质量，高切割效率以及更少的环境污染，在晶体锯切加工领域有着广阔应用前景。

目前固结磨料线锯丝的磨料固结方式主要有树脂结合剂粘结和电镀两种制造工艺。但是面对碳化硅、蓝宝石等高硬度的晶体加工时，现有的固结磨粒线锯丝的效率均较低。提高线锯丝的磨粒把持力和基体强度是解决这一问题的途径之一。

技术实现要素：

本发明针对现有固结磨料线锯丝制造技术存在的不足，提供一种能够提高线锯丝的磨粒把持力和基体强度的电沉积金刚石线锯丝生产系统，生产的线锯丝可以提高高硬度晶体切片加工的效率和切片质量。

本发明的电沉积金刚石线锯丝生产系统，采用以下技术方案：

该系统，包括电沉积单元、工作介质控制模块、可调脉冲电源以及运动控制器；电沉积单元包括工作介质槽、放线单元、竖直方向沉积单元、水平方向沉积单元和收线单元，放线单元和收线单元分别设置于工作介质槽的两侧，竖直方向沉积单元和水平方向沉积单元设置于工作介质槽内，工作介质槽与工作介质控制模块连接；可调脉冲电源与竖直方向沉积单元及水平方向沉积单元分别通过电缆连接，运动控制器与放线单元、竖直方向沉积单元、水平方向沉积单元和收线单元分别通过电缆连接。

所述工作介质槽的两侧设置有介质出口和介质入口，介质出口和介质入口均与工作介质控制模块相连，实现工作介质的循环。所述介质出口位于工作介质槽的下部，介质入口位于工作介质槽的上部，且两者在工作介质槽上呈对角布置。

所述工作介质槽内在竖直方向沉积单元和水平方向沉积单元的外侧均设置有导轮，以使线锯丝浸没于工作介质中。

所述放线单元包括依次设置的放线辊、导线器和放线导轮，放线辊经联轴器连接制动器。制动器可对放线辊产生设定的转动阻力，实现线锯丝在放线辊和收线辊间线锯丝的张紧力控制。

所述收线单元包括依次设置的收线导轮、排线器和收线辊，收线辊经联轴器与收线电机连接。收线辊由收线电机经联轴器驱动下转动，实现线锯丝的运动。排线器实现线锯丝15在收线辊上沿轴线的均匀排布。

所述竖直方向沉积单元，包括框架、框架移动机构、上电极、下电极和电极转动机构，框架通过移动副安装在工作介质槽中并与框架移动机构连接，上电极和下电极同轴设置，线锯丝位于两者之间，上电极和下电极分别连接在各自的受电环上，受电环安装在框架上并与电极转动机构连接，受电环通过电刷与可调脉冲电源连接。所述移动机构包括伺服电机和丝杠副，伺服电机通过联轴器与丝杠副连接，伺服电机与运动控制器电连接。伺服电机经联轴器驱动丝杠副转动，使框架及其上的器件沿着移动副的方向运动。所述电极转动机构包括直流调速电机和同步带传动机构，直流调速电机安装在框架上，直流调速电机通过同步带传动机构与受电环的转轴连接。

所述工作介质控制模块，包括过滤网、加热器、循环槽、连接管和泵，过滤网设置在循环槽的顶部，加热器设置在循环槽的内，泵的进口与工作介质槽的介质出口连接，泵的出口与循环槽连接，循环槽的底部与工作介质槽的介质入口连通。所述循环槽与工作介质槽的底部位于同一水平面。

该系统运行时，在放线单元缠绕线锯丝，并依次穿过竖直方向沉积单元和水平方向沉积单元，连接至收线单元。运动控制器控制收线单元转动，实现线锯丝按照设定运动规律运行。放线单元在线锯丝的拉动下转动，同时给线锯丝施加张紧力。运行运动控制器控制竖直方向沉积单元运行，电极放电，电极和放电介质中的部分元素在高温下沉积到线锯丝上下表面，形成磨粒。运行运动控制器再控制水平方向电沉积模块运行，在线锯丝的前后表面形成磨粒。

本发明通过电极沉积实现线锯丝的固结磨，生产效率高，提高了线锯丝的磨粒把持力和基体强度，可以提高高硬度晶体切片加工的效率和切片质量。

附图说明

图1是本发明固结磨粒线锯丝生产系统的结构框图。

图2是本发明中电沉积单元的结构示意图。

图3是图2的俯视图。

图4是本发明中竖直方向电沉积单元的结构示意图。

图5是本发明中工作介质控制模块的结构示意图。

图6是竖直方向电沉积磨粒时上电极靠近线锯丝的工作示意图。

图7是竖直方向电沉积磨粒时下电极靠近线锯丝的工作示意图。

图中：1、电沉积单元，2、工作介质控制单元，3、可调脉冲电源，4、运动控制器，5、放线单元，6、竖直方向沉积单元，7、水平方向沉积单元，8、收线单元；

11.放线辊，12.导线器，13.导轮，14.介质出口，15.线锯丝，16.工作介质槽，17.介质入口，18.排线器，19.收线辊，110.制动器，111.联轴器，112.收线电机，113.放线导轮，114.收线导轮；

61.同步带轮，62.受电环，63.电刷，64.上电极，65.同步带，66.框架，67.直流调速电机，68.移动副，69.丝杠副，610.伺服电机电缆，611.伺服电机，612.电极供电电缆，613.下电极；

21.过滤网，22.加热器，23.循环槽，24.连接管，25.泵，26.调速器，27.温控器。

具体实施方式

本发明固结磨粒线锯丝生产系统实现了基于电沉积技术的固结磨粒线锯丝的自动生产。其总体结构如图1所示，包括：电沉积单元1、工作介质控制模块2、可调脉冲电源3以及运动控制器4四个部分。其中电沉积单元1又包括放线单元5、竖直方向沉积单元6、水平方向沉积单元7和收线单元8四个子部分，放线单元5和收线单元8分别设置于工作介质槽16的两侧，竖直方向沉积单元6和水平方向沉积单元7设置于工作介质槽16内(参见图2和图3)，工作介质槽16与工作介质控制模块22连接。可调脉冲电源3与竖直方向沉积单元6、水平方向沉积单元7分别通过电缆连接，为其提供工作电源。运动控制器4与电沉积单元1的4个子部分分别通过电缆连接，控制其运动。可调脉冲电源3以及运动控制器4均为现有成品。

电沉积单元1的结构如图2和图3所示，包括工作介质槽16、放线单元5、竖直方向沉积单元6、水平方向沉积单元7和收线单元8。工作介质槽16中设置两个沉积导轮13，工作介质槽16的左右外侧分别设置放线导轮113和收线导轮114。竖直方向沉积单元6和水平方向沉积单元8设置于工作介质槽16内，竖直方向沉积单元6和水平方向沉积单元7均与可调脉冲电源3和运动控制器4通过电缆电连接。竖直方向沉积单元6在竖直方向按照控制要求做往复直线运动，水平方向沉积单元7在水平方向按照控制要求做往复直线运动。工作介质槽16的两侧设置有介质出口14和介质入口17，介质出口14和介质入口17均与工作介质控制模块2中的循环槽23相连(参见图5)，实现工作介质的循环。介质出口14位于工作介质槽16的下方，介质入口17位于工作介质槽16的上方，且两者在工作介质槽16上呈对角布置。工作介质槽16中充入放电工作介质，工作介质为混有特定组分的液体。在工作介质槽16中的两个导轮之间的线锯丝15浸没于工作介质中。放线单元5由放线辊11、导线器12和放线导轮113构成，放线辊11经联轴器111连接制动器110，制动器110可对放线辊11产生设定的转动阻力，实现线锯丝15在放线辊11和收线辊19间线锯丝的张紧力控制。收线单元8由收线导轮114、排线器18、收线辊19和收线电机112构成，收线辊19经联轴器与收线电机112连接，收线辊19由收线电机112经联轴器驱动下转动，实现线锯丝15的运动。导线器12、排线器18、制动器110和联轴器均为现有成品。

线锯丝15缠绕在放线辊11上，穿过导线器12，经放线导轮113进入工作介质，依次穿过竖直方向沉积单元6、水平方向沉积单元7和两个沉积导轮13，经收线导轮114和排线器18上的导轮后连接在收线辊19上。排线器18实现线锯丝15在收线辊19上沿轴线的均匀排布。

竖直方向沉积单元的结构如图4所示，包括框架66、上电极64和下电极613。框架66通过移动副68安装在工作介质槽16中并与移动机构连接，框架66在移动机构带动下可沿移动副68升降移动。移动机构包括伺服电机611和丝杠副69，伺服电机611通过联轴器与丝杠副69连接，伺服电机611经伺服电机电缆610与运动控制器4相连，伺服电机611经联轴器驱动丝杠副69转动，使框架66及其上的器件沿着移动副68的方向运动。

上电极64和下电极613在框架66上一上一下同轴设置，线锯丝15位于两者之间。上电极64和下电极613分别与各自对应的受电环62通过导电胶粘接在一起，受电环62通过一个转轴安装在框架66上。受电环62通过电刷63与电极供电电缆612电连接，电刷63在弹簧作用下与受电环62紧密接触，电极供电电缆612与可调脉冲电源3相连。

上电极64和下电极613上的受电环62分别与一套转动机构连接，转动机构带动上电极64和下电极613转动。该转动机构，包括直流调速电机67和同步带传动机构，直流调速电机67安装在框架66上。直流调速电机67通过同步带传动机构与受电环62的转轴连接，直流调速电机67和受电环62的转轴上均安装有同步带轮61，两个同步带轮61之间连接同步带65。直流调速电机67经同步带轮61和同步带65驱动两个电极64转动。

水平方向电沉积单元7的结构与竖直方向电沉积单元6是相同的，仅是安装方向不同。

如图5所示，工作介质控制模块2用于实现放电介质的温度控制和在工作介质槽16中的循环及过滤，包括过滤网21、加热器22、循环槽23、连接管24和泵25。过滤网21设置在循环槽23的顶部，加热器22设置在循环槽23的中下部，并由温控器27控制其加热温度。泵25的进口与工作介质槽16的介质出口14连接，泵25的出口通过连接管24与循环槽23连接。泵由调速器26控制其转速。泵25将工作介质槽7中的工作介质通过连接管24送至循环槽23上方，经过滤网21后流进循环槽23。循环槽23与工作介质槽16的底部位于同一水平面。工作介质槽16的介质入口17与循环槽23的底部通过连接管连通。

本发明的工作过程如下所述。

(1)连接脉冲电源。可调脉冲电源3的负极连接导轮；可调脉冲电源3的正极通过电极供电电缆612、电刷63和受电环62给上电极64和下电极613提供设定参数的电脉冲。

(2)绕线。将线锯丝15缠绕在放线辊11上，绕过放线导轮113、穿过导线器12、竖直和水平两个方向的沉积单元后完成线锯丝15基体表面的磨粒沉积，然后经导轮绕到收线辊7上。

(3)工作介质循环开启。将预先配置好的工作介质注入工作介质槽16和循环槽23中。开启泵25和温控器27，使工作介质循环加热并过滤液体中的颗粒物杂质。工作介质温度达到设定温度后开始后续步骤。工作过程中工作介质模块2始终开启，保证工作介质的清洁和温度稳定。

(4)电极旋转开启。直流调速电机67经同步带轮61和同步带65驱动上下两个电极转动按照设定速度旋转。

(5)线锯丝运动开启。运动控制器4控制收线电机112转动，驱动收线辊19转动，实现线锯丝15的按照设定运动规律运行。放线辊11在线锯丝15的拉动下转动，同时带动制动器110转动，给线锯丝15施加张紧力。

(6)电沉积单元1运动开启。运行运动控制器4使伺服电机611经联轴器驱动丝杠副69转动，使框架66及其上器件沿着移动副68的方向做往复运动。当框架66向下运动时上电极64靠近线锯丝15，下电极613远离线锯丝15，运动到一定距离后，上电极64放电，电极和放电介质中的部分元素在高温下沉积到线锯丝表面，形成磨粒，如图6所示。反之，当框架64向下运动时下电极613靠近线锯丝15，上电极64远离线锯丝15，运动到一定距离后，下电极613放电实现线锯丝下表面的磨粒电沉积，如图7所示。同理，水平方向电沉积模块7在线锯丝15的前后表面形成磨粒。