一种石英锥加工装置及其加工方法与流程

1.本发明涉及石英加工技术领域，尤其是一种石英锥加工装置及其加工方法。


背景技术：

2.光伏产业是我国大力扶持的新能源产业，也是解决资源紧缺与环境污染问题的关键。2016年国内光伏产业总产值达3360亿元，浙江光伏产业制造水平居全国第二，预计2021年总产值达到2000亿元。单晶硅是制造太阳能电池的理想材料，转化效率最高可达24％。随着单晶硅电池制造成本的降低，2017年全球单晶硅市场份额从2016年的19％上升至27％，单晶硅市场在国内市场占有率提升至36％，预计今年国内单晶硅市场占比将超过50％。
3.由于石英玻璃独具的纯度高、耐高温的特性，近年来在单晶硅制造业引起了广泛关注。用于单晶炉重复加料的石英复投器开发出来之后，被各单晶硅生产厂家尝试使用于加料过程当中，工艺提升效果显著。石英玻璃复投器由石英锥和复投桶组成，为了加料时不引起硅液飞溅，石英玻璃复投器底端离硅液面只有30mm左右，高温和硅液的侵蚀决定了位于复投器底部的石英锥难以长期使用，成为生产过程中的消耗品。光伏产业近年来蓬勃发展，随着光伏行业市场竞争的更加激烈化与国内光伏扶持政策的收紧，各大光伏厂商在争相扩产的同时也开始更加注重生产成本的降低，这为作为单晶硅复投器重要组成部分的石英锥提供了巨大的市场。根据国内最大单晶硅制造商隆基公司对石英锥需求量来估算，我国每年石英锥需求量超过5000万。
4.由于石英玻璃软化温度和熔化温度极高(1730℃以上)，高温粘度极大，传统的浇铸、模具成型方法无法实现石英锥的毛坯成型，因此必须根据需要通过各种复杂的后续加工才能实现石英玻璃制品的成型。石英锥加工工序多，流程长，包括：制砣、普车粗车外圆、平头、退火、加工中心打孔、数控精车内锥面、外圆磨、酸洗、喷砂等；在将石英锥毛坯加工成石英锥时，具体为需要对石英锥胚体进行上下平面加工、斜面加工以及磨平工作，现加工设备需要对石英锥进行多道装夹，即在完成一道工序后拆卸然后重新安装到另外的加工设备上进行装夹，由于多次的装夹存在误差，石英锥同轴度难以保证、加工的精度受到影响，从而影响产品质量。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种石英锥加工装置及其加工方法，加工石英锥方便，工作效率高。
6.本发明的技术方案是这样实现的：一种石英锥加工装置，其特征在于：包括固定机构，用于固定石英锥并控制石英锥转动，所述固定机构包括用于固定石英玻璃的气动卡盘以及用于带动气动卡盘转动的主轴箱装置；第一加工单元，用于对石英锥的斜面进行加工；第二加工单元，用于对石英锥的上下平面进行加工；所述第一加工单元和第二加工单元均能够在固定机构固定石英锥时对石英锥进行加工。
7.优选为：所述第一加工单元包括第一加工机构，包括第一砂轮以及控制第一砂轮
转动的驱动件；驱动单元，控制第一加工机构移动，能够使第一加工机构靠近或远离石英锥；驱动件设置为电机，第一砂轮固定在电机的输出轴上。
8.优选为：所述第二加工单元包括第二加工机构，包括切割片、与切割片同轴设置的第二砂轮以及控制切割片和第二砂轮转动的驱动件；驱动单元，控制第二加工机构移动，能够使第二加工机构靠近或远离石英锥；驱动件设置为电机，切割片和第二砂轮固定在电机的输出轴上。
9.优选为：所述驱动单元包括第一移动机构，包括第一滑台、设于第一滑台一侧的第一电机、与第一滑台平行设置且受第一电机控制转动的第一螺杆以及与第一滑台滑动连接的第一滑块，所述第一滑块套设在第一螺杆上且与第一螺杆螺纹连接；第二移动机构，包括设于第一滑块上的第二滑台、设于第二滑台一侧的第二电机、与第二滑台平行设置且受第二电机控制转动的第一螺杆以及与第二滑台滑动连接的第二滑块，所述第二滑块套设在第二螺杆上且与第二螺杆螺纹连接；所述第一螺杆与第二螺杆交叉设置，所述驱动件安装在第二滑块上。
10.优选为：还包括用于向石英锥的加工面喷射水的喷淋装置，所述喷淋装置包括喷淋箱，具有内腔，所述喷淋箱内水平设置有多块隔板，各隔板将喷淋箱的内腔分隔为多个喷淋腔；进水管，输入端连接外界水箱，输出端连接至喷淋箱且与各喷淋腔连通；喷淋管，设置为多根，设于喷淋箱上且各喷淋管均与一个喷淋腔连通，各喷淋管的输出端上均设置有喷头；各喷淋腔内均竖直设置有竖板，所述竖板在喷淋腔内在喷淋腔远离喷淋管的一侧分隔形成冷却腔，所述冷却腔内储存有冷却液，所述喷淋箱上安装有与各冷却腔连通的管接头；各竖板上均开设有连通冷却腔和喷淋腔的通孔，所述通孔上开设有启闭机构；各喷头分别朝向石英锥上不同的加工面，用于向各加工面喷淋水。
11.优选为：所述启闭机构包括盖板，设于喷淋腔内，能够闭合所述通孔；安装槽，绕通孔周向开设，所述盖板的边沿插入安装槽内；弹簧，设于安装槽内，所述弹簧的两端连接盖板和安装槽底部。
12.优选为：所述喷头包括主体，其内带有与喷淋管连通的腔体；安装部，设于主体的一侧，所述安装部内安装有电动推杆、以及固定在电动推杆输出端上受电动推杆控制移动的塞体；出水部，固定在安装部上且与主体内部连通，其内开设有出水通道；所述电动推杆控制塞体移动启闭所述出水部的出水通道。
13.一种石英锥加工方法，适用于上述加工装置，其特征在于，包括如下步骤：
14.s1：将待加工的石英锥固定在固定机构的启动卡盘上，启动固定机构的主轴箱装置带动石英锥转动；
15.s2：调节第一加工单元的驱动机构，使得第一加工单元中的第一砂轮与石英锥的外圆接触，并控制第一砂轮转动对石英锥进行磨削，工作时始终调节驱动机构使第一砂轮与石英锥接触；
16.s3：调节第二加工单元的驱动机构，使得切割片与石英锥接触，并控制切割片转动然后调节驱动机构带动切割片在石英锥上切割出第一平面；
17.s4：调节第二加工单元的驱动机构，是的第二砂轮与切割好的第一平面接触，并控制第二砂轮转动对第一平面进行打磨，得到光滑平整的第一平面；
18.s5：调节第一加工单元的驱动机构，使得第一加工单元中的第一砂轮与石英锥的
斜面接触，并控制第一砂轮转动对石英锥的斜面进行磨削，工作时始终调节驱动机构使第一砂轮与石英锥斜面接触；
19.s6：调节第二加工单元的驱动机构，使得切割片与石英锥接触，并控制切割片转动然后调节驱动机构带动切割片在石英锥上切割出第二平面；
20.s7：在第二平面切割完成后，第二加工单元的驱动机构带动切割片和第二砂轮退出加工区，第二砂轮和切割片停止转动；斜面磨削完成后，第一加工单元的驱动机构带动第一砂轮退出加工区，第一砂轮停止转动；石英锥加工完成。
21.优选为：步骤s3和步骤s4在步骤s2工作时进行。
22.优选为：步骤s6和步骤s5工作时进行。
23.本发明的有益效果是：本发明采用第一加工单元和第二加工单元对石英锥进行同步加工，只需将石英锥固定一次即可，不用对石英锥进行多次安装固定，提高石英锥的加工精度，不用担心石英锥再次安装加工的同轴度问题，提高石英锥的质量，减少再次固定安装的步骤，节省人工，将石英锥的两个平面和外圆、斜面一起加工，大幅度提高了生产效率。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明具体实施方式中石英锥的结构示意图；
26.图2为本发明具体实施方式的结构示意图；
27.图3为本发明具体实施方式的俯视示意图；
28.图4为本发明具体实施方式的正面示意图；
29.图5为本发明具体实施方式中喷淋装置的结构示意图；
30.图6为本发明具体实施方式中喷淋箱的结构示意图；
31.图7为本发明具体实施方式中启闭机构的结构示意图；
32.图8为本发明具体实施方式中喷头的结构示意图；
33.图中示例为：1、石英锥；101、外圆；102、第一平面；103、第二平面；104、斜面；2、气动卡盘；3、主轴箱装置；4、第一砂轮；5、驱动件；6、切割片；7、第二砂轮；8、第一滑台；9、第一滑块；10、第一电机；11、第一螺杆；12、第二滑台；13、第二电机；14、第二滑块；15、第二螺杆，16、操作平台；17、喷淋箱；18、隔板；19、喷淋腔；20、进水管；21、喷淋管；22、喷头；221、主体；222、安装部；223、出水部；224、电动推杆；225、塞体；23、竖板；24、冷却腔；25、管接头；26、通孔；27、盖板；28、安装槽；29、弹簧。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.实施例1
36.如图1～图4所示，本发明公开了一种石英锥加工装置，在本发明的具体实施方式中，包括固定机构，用于固定石英锥1并控制石英锥1转动，所述固定机构包括用于固定石英玻璃的气动卡盘2以及用于带动气动卡盘2转动的主轴箱装置3；第一加工单元，用于对石英锥1的斜面104进行加工；第二加工单元，用于对石英锥1的上下平面进行加工；所述第一加工单元和第二加工单元均能够在固定机构固定石英锥1时对石英锥1进行加工；在本实施例中，固定机构、第一加工单元以及第二加工单元均安装在操作平台16上。
37.在本实施例中，所述第一加工单元包括第一加工机构，包括第一砂轮4以及控制第一砂轮4转动的驱动件5；驱动单元，控制第一加工机构移动，能够使第一加工机构靠近或远离石英锥1；驱动件5设置为电机，第一砂轮4固定在电机的输出轴上。
38.在本实施例中，所述第二加工单元包括第二加工机构，包括切割片6、与切割片6同轴设置的第二砂轮7以及控制切割片6和第二砂轮7转动的驱动件5；驱动单元，控制第二加工机构移动，能够使第二加工机构靠近或远离石英锥1；驱动件5设置为电机，切割片6和第二砂轮7固定在电机的输出轴上。
39.在本实施例中，第一加工单元和第二加工单元的驱动单元相同，所述驱动单元包括第一移动机构，包括第一滑台8、设于第一滑台8一侧的第一电机10、与第一滑台8平行设置且受第一电机10控制转动的第一螺杆11以及与第一滑台8滑动连接的第一滑块9，所述第一滑块9套设在第一螺杆11上且与第一螺杆11螺纹连接；第二移动机构，包括设于第一滑块9上的第二滑台12、设于第二滑台12一侧的第二电机13、与第二滑台12平行设置且受第二电机13控制转动的第一螺杆11以及与第二滑台12滑动连接的第二滑块14，所述第二滑块14套设在第二螺杆15上且与第二螺杆15螺纹连接；所述第一螺杆11与第二螺杆15交叉设置，所述驱动件5安装在第二滑块14上；所述第一电机和第二电机设置为伺服电机。
40.需要说明的是：如图1所示，在本实施例中需要对石英锥进行多处加工，具体分为：第一平面、第二平面、外圆以及斜面；其中第一平面的面积小于第二平面的面积；上述的上下平面即为第一平面和第二平面；同时，上述第一砂轮采用碗型砂轮，第二砂轮采用树脂平型砂轮。
41.在工作时，先将待加工的石英锥固定在固定机构的启动卡盘上，启动固定机构的主轴箱装置内的驱动机构带动启动卡盘及其上的石英锥转动；调节第一加工单元的驱动机构，启动第一电机带动第一螺杆转动，第一滑块移动带动第二滑台移动使第二滑台上的第二砂轮与石英锥处于同一直线，然后启动第二电机带动第二螺杆转动，第二滑块带动驱动件以及驱动件上的第一砂轮移动，直至第一砂轮与石英锥的外圆接触，并控制第一砂轮转动对石英锥进行磨削，工作时始终调节驱动机构使第一砂轮与石英锥的外圆面相接触；
42.在打磨外圆的同时，调节第二加工单元的驱动机构，启动第一电机带动第一螺杆转动，第一滑块移动带动第二滑台移动使第二滑台上的第切割片与石英锥处于同一直线，然后启动第二电机带动第二螺杆转动，第二滑块带动驱动件以及驱动件上的切割片移动，直至第切割片与石英锥接触，使得切割片与石英锥接触，并控制切割片转动然后调节驱动机构带动切割片在石英锥上切割出第一平面；在切割出第一片面后，继续调节第二加工单元的驱动机构，通过控制第一电机和第二电机带动第二砂轮移动，使第二砂轮与切割好的第一平面接触，并控制第二砂轮转动对第一平面进行打磨，得到光滑平整的第一平面；
43.在外圈打磨好后，调节第一加工单元的驱动机构，通过控制第一电机和第二电机使得第一砂轮与石英锥的斜面接触，并控制第一砂轮转动对石英锥的斜面进行磨削，工作时始终调节驱动机构使第一砂轮与石英锥斜面接触；
44.在打磨斜面的同时，第二砂轮打磨好第一平面，然后调节第二加工单元的驱动机构，控制第一电机和第二电机使得切割片与石英锥远离第一平面的一端接触，并控制切割片转动然后调节驱动机构带动切割片在石英锥上切割出第二平面；
45.在第二平面切割完成后，第二加工单元的驱动机构带动切割片和第二砂轮退出加工区，第二砂轮和切割片停止转动；斜面磨削完成后，第一加工单元的驱动机构带动第一砂轮退出加工区，第一砂轮停止转动；石英锥加工完成。
46.通过上述技术方案，采用第一加工单元和第二加工单元对石英锥进行同步加工，只需将石英锥固定一次即可，不用对石英锥进行多次安装固定，提高石英锥的加工精度，不用担心石英锥再次安装加工的同轴度问题，提高石英锥的质量，减少再次固定安装的步骤，节省人工，将石英锥的两个平面和外圆、斜面一起加工，大幅度提高了生产效率。
47.实施例2
48.如图5～图8所示，本实施例与上述实施例的不同之处在于：还包括用于向石英锥的加工面喷射水的喷淋装置，所述喷淋装置包括喷淋箱17，具有内腔，所述喷淋箱内水平设置有多块隔板18，各隔板18将喷淋箱17的内腔分隔为多个喷淋腔19；进水管20，输入端连接外界水箱，输出端连接至喷淋箱且与各喷淋腔连通；喷淋管21，设置为多根，设于喷淋箱17上且各喷淋管均与一个喷淋腔连通，各喷淋管21的输出端上均设置有喷头22；各喷淋腔内均竖直设置有竖板23，所述竖板在喷淋腔内在喷淋腔远离喷淋管的一侧分隔形成冷却腔24，所述冷却腔24内储存有冷却液，所述喷淋箱上安装有与各冷却腔连通的管接头25；各竖板上均开设有连通冷却腔和喷淋腔的通孔26，所述通孔上开设有启闭机构；各喷头分别朝向石英锥上不同的加工面，用于向各加工面喷淋水。
49.在本实施例中，所述启闭机构包括盖板27，设于喷淋腔内，能够闭合所述通孔；安装槽28，绕通孔周向开设，所述盖板的边沿插入安装槽内；弹簧29，设于安装槽内，所述弹簧的两端连接盖板和安装槽底部；在其他实施例中也可不设置启闭机构，冷却液直接通过通孔与水混合排出，此种设置方式冷却液需要剂量较大。
50.工作时，保持进水管与喷淋腔连通并持续向喷淋腔输送水，同时可调节水箱上用于输送的泵体功率，在刚开始使用时，石英锥表面温度不会特别高，此时输送的泵体保持低功率输送，水进入喷淋箱后进入到喷淋管并由喷头将水喷射至石英锥的加工面上对石英锥进行冷却；在加工一段时间后石英锥表面温度大幅度上升，此时提高泵体的输出功率，水的流速增大，冲击盖板使盖板产生一定的翻转，同时，由于流速增大在盖板处形成一定的负压，在两者的作用力下，使通孔打开，冷却液进入到喷淋腔内与水混合一并从喷头喷出，提高冷却效果；工作时，冷却液液从管接头持续输入冷却腔内。
51.通过上述技术方案，在加工时通过喷淋装置向石英锥的各加工面喷淋水，降低石英锥表面的温度，同时避免杂质飞扬，提高加工石英锥的稳定性，采用冷却液的混合，提高了冷却效果，并可根据具体工作状态调节泵体的功率实现冷却液的自动添加，使用方便。
52.在本实施例中，所述喷头包括主体221，其内带有与喷淋管连通的腔体；安装部222，设于主体的一侧，所述安装部内安装有电动推杆224、以及固定在电动推杆输出端上受
电动推杆控制移动的塞体225；出水部223，固定在安装部上且与主体内部连通，其内开设有出水通道；所述电动推杆控制塞体移动启闭所述出水部的出水通道，所述安装部和出水部设置为多个。
53.通过上述技术方案，通过将喷头上设置多个安装部和出水部，并通过电动推杆分别控制各出水部的出水，在石英锥加工时，由于加工磨削位置时刻在变化，为了使水能够精准不浪费的喷射到加工处，可选择对应位置的出水部打开，其他出水部关闭，不仅可以精准得调节水的喷淋位置使喷淋水始终朝向加工处，同时节约用水，避免水过多的浪费，且在阀体上设置电动推杆直接控制启闭，控制方便，故障时截断快捷。
54.实施例3
55.一种石英锥加工方法，适用于上述的一种石英锥加工装置，在本实施例中，包括如下步骤：
56.s1：将待加工的石英锥固定在固定机构的启动卡盘上，启动固定机构的主轴箱装置带动石英锥转动；
57.s2：调节第一加工单元的驱动机构，使得第一加工单元中的第一砂轮与石英锥的外圆接触，并控制第一砂轮转动对石英锥进行磨削，工作时始终调节驱动机构使第一砂轮与石英锥接触；
58.s3：调节第二加工单元的驱动机构，使得切割片与石英锥接触，并控制切割片转动然后调节驱动机构带动切割片在石英锥上切割出第一平面；
59.s4：调节第二加工单元的驱动机构，是的第二砂轮与切割好的第一平面接触，并控制第二砂轮转动对第一平面进行打磨，得到光滑平整的第一平面；
60.s5：调节第一加工单元的驱动机构，使得第一加工单元中的第一砂轮与石英锥的斜面接触，并控制第一砂轮转动对石英锥的斜面进行磨削，工作时始终调节驱动机构使第一砂轮与石英锥斜面接触；
61.s6：调节第二加工单元的驱动机构，使得切割片与石英锥接触，并控制切割片转动然后调节驱动机构带动切割片在石英锥上切割出第二平面；
62.s7：在第二平面切割完成后，第二加工单元的驱动机构带动切割片和第二砂轮退出加工区，第二砂轮和切割片停止转动；斜面磨削完成后，第一加工单元的驱动机构带动第一砂轮退出加工区，第一砂轮停止转动；石英锥加工完成。
63.在本实施例中，步骤s3和步骤s4在步骤s2工作时进行。
64.在本实施例中，步骤s6和步骤s5工作时进行。
65.通过上述技术方案，将石英锥外圆和斜面与第一平面和第二平面的加工集中操作，在一次固定石英锥后在等同的工位下工作，加工方便，不用多次固定石英锥，提高石英锥加工精度，将石英锥外圆和斜面通过第一加工单元加工、第一平面和第二平面通过第二加工单元加工，且第一加工单元和第二加工单元同时工作，工作效率大幅度提高。
66.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。