一种蓝宝石晶锭的自动批量掏棒设备的制作方法

1.本发明涉及蓝宝石晶棒加工技术领域，具体涉及一种蓝宝石晶锭的自动批量掏棒设备。


背景技术：

2.蓝宝石单晶具有优异的力学、热学、光学等性能，蓝宝石的组成为氧化铝(al2o3)，是由三个氧原子和两个铝原子以共价键结合而成，其晶体结构为六方晶格结构。它常被应用的切面有a-plane，c-plane及r-plane。由于蓝宝石的光学穿透带很宽，从近紫外光到中红外线都具有很好的透光性，因此被大量用在光学元件、红外装置、高强度镭射镜片材料及光罩材料上，它具有耐高温、抗腐蚀、高硬度、高透光性等特点，因此常被用来作为光电元件的材料，同时也成为工业中一种重要的基础材料。
3.随着蓝宝石产品市场的持续发展和对蓝宝石产品需求量的增加，各应用领域对蓝宝石产品的质量和数量的要求不断提高。蓝宝石晶棒是市场需求的主要产品之一，是由蓝宝石晶锭经掏棒工艺加工后获得。目前行业中主要采用的掏棒设备和工具分别为钻床和金刚石筒刀，在金刚石筒刀的高速旋转下，经钻床的反复进给，在晶锭表面逐件掏取晶棒，但随着蓝宝石行业中晶锭尺寸不断增大的发展趋势，大尺寸蓝宝石晶锭能够掏取的晶棒数量不断增加，而钻床单次进给仅能掏取一件晶棒，掏棒效率已无法满足行业需求；另一方面，采用金刚石筒刀的钻床在掏棒过程中，冷却水在筒刀内壁自上至下流至切削面，经刀齿缝隙流至筒刀外壁冲刷切削面，在水压作用下再沿筒刀外壁自下至上由入刀处冲刷出晶锭，使切削碎屑随着冷却水排出。着晶锭尺寸增大，掏棒深度增加，导致掏棒末期切削位置距离入刀处距离过远，排屑行程增大，在钻床冷却水压力一定的情况下，排屑效果受到影响，甚至出现大颗粒蓝宝石碎渣无法及时排出导致晶棒划伤的现象。因此，需要一种能够高效掏取蓝宝石晶棒且排屑效果良好的掏棒设备。


技术实现要素：

4.本发明为了解决现有蓝宝石晶棒在掏棒过程中掏棒效率低及排屑效果差导致晶棒划伤的问题，进而提出一种蓝宝石晶锭的自动批量掏棒设备，能够一次性大批量掏取蓝宝石晶棒，且排屑效果良好，能够极大地提高蓝宝石晶锭的掏棒效率和掏棒质量。
5.本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
6.一种蓝宝石晶锭的自动批量掏棒设备包括底座、工作台、支柱、升降机构、升降臂、旋转电机组、y轴驱动电机、齿轮组、切割链和操作面板，工作台设置在底座上，y轴驱动电机驱动工作台沿y轴移动，支柱竖直固接在底座的一侧，升降臂平行设置在工作台的上方，升降臂的一端与支柱连接，且升降臂通过升降机构沿支柱的高度方向移动，齿轮组设置在升降臂的下端面上，旋转电机组的输出轴与齿轮组连接，切割链呈波浪形缠绕于齿轮组内，且与齿轮组的轮齿相啮合，切割链的下端面上固接有金刚石刀齿组，操作面板设置在升降臂上，升降机构、旋转电机组和y轴驱动电机分别与操作面板电连接。
7.进一步地，所述一种蓝宝石晶锭的自动批量掏棒设备还包括冷却水循环机构，冷却水循环机构包括水箱、水泵、水管和多个喷淋嘴，喷淋嘴设置在升降臂的下端面上，且均布设置在齿轮组内，水箱设置在底座的一侧，水箱上设置有水泵，水泵的出水端与水管的进水端连接，水管的出水端分别与多个喷淋嘴连接。
8.进一步地，所述工作台上端面的四周边缘设有导流槽，水箱的上方设有导流口，导流槽与导流口相连通。
9.进一步地，所述齿轮组包括两个主动齿轮、两个限位轮和多个从动齿轮，多个从动齿轮呈两排并列设置，其中一排从动齿轮的一侧设置有主动齿轮，一排从动齿轮的另一侧设置有限位轮，另一排从动齿轮的一侧设置有限位轮，另一排从动齿轮的另一侧设置有主动齿轮，旋转电机组包括两个旋转电机，每个旋转电机的输出轴分别与一个主动齿轮连接，切割链依次缠绕在一个主动齿轮、一排从动齿轮、另一个主动齿轮和另一排从动齿轮的轮齿上，限位轮设置在切割链的外侧。
10.进一步地，所述喷淋嘴设置在相邻两个从动齿轮之间的间隙中。
11.进一步地，所述切割链包括多根钢条、多个链板和多个链销，多根钢条平行并列设置成圆环状，相邻两根钢条之间设有链板，钢条与链板之间通过链销连接；金刚石刀齿组包括多个金刚石刀齿，每个金刚石刀齿分别固接在一根钢条的下端面上。
12.进一步地，所述金刚石刀齿设置在齿轮组的下方。
13.进一步地，所述钢条的两侧设有斜面，相邻两根钢条的斜面组成一个“v”形槽，“v”形槽，与齿轮组的轮齿相啮合。
14.进一步地，所述升降机构包括升降电机、升降丝杠和升降螺母，升降电机固接在支柱的上端面上，升降丝杠平行设置在支柱的内侧，且升降丝杠与支柱转动连接，升降电机的输出轴与升降丝杠的上端连接，升降螺母与升降丝杠螺纹连接，升降螺母的外侧固接在升降臂的一端。
15.进一步地，所述升降臂一端的两侧分别各设有一个滑块，支柱的两侧分别沿高度方向设有滑轨，滑块套装在滑轨上且与滑轨滑动连接。
16.本发明与现有技术相比包含的有益效果是：
17.1、本发明提供的一种蓝宝石晶锭的自动批量掏棒设备能够批量性完成蓝宝石晶锭的掏棒工作，极大地提升了蓝宝石晶锭的掏棒效率。
18.2、本发明提供的一种蓝宝石晶锭的自动批量掏棒设备排屑效果好，能够避免掏取的晶棒划伤、微裂纹等问题。
附图说明
19.图1是本发明整体结构的侧视图；
20.图2是本发明整体结构的主视图；
21.图3是本发明中两组齿轮组9和两条切割链10的缠绕示意图；
22.图4是本发明中切割链10的主视图；
23.图5是图4的俯视图。
具体实施方式
24.具体实施方式一：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述一种蓝宝石晶锭的自动批量掏棒设备包括底座1、工作台2、支柱3、升降机构、升降臂4、旋转电机组、y轴驱动电机8、齿轮组9、切割链10和操作面板11，工作台2设置在底座1上，y轴驱动电机8驱动工作台2沿y轴移动，支柱3竖直固接在底座1的一侧，升降臂4平行设置在工作台2的上方，升降臂4的一端与支柱3连接，且升降臂4通过升降机构沿支柱3的高度方向移动，齿轮组9设置在升降臂4的下端面上，旋转电机组的输出轴与齿轮组9连接，切割链10呈波浪形缠绕于齿轮组9内，且与齿轮组9的轮齿相啮合，切割链10的下端面上固接有金刚石刀齿组，操作面板11设置在升降臂4上，升降机构、旋转电机组和y轴驱动电机8分别与操作面板11电连接。
25.一种蓝宝石晶锭的自动批量掏棒设备能够自动的、批量性的完成蓝宝石晶锭的掏棒工作，掏棒效率高、排屑效果好，掏取的晶棒无划伤、微裂纹等问题，极大地提高了蓝宝石晶锭的掏棒效率和掏棒质量。
26.工作台2能够在y轴驱动电机8的作用下沿y轴方向自动匀速平移。
27.升降臂4能够在升降电机5和升降丝杠6的作用下沿z轴方向自动匀速平移。
28.所述一种蓝宝石晶锭的自动批量掏棒设备包括多组并列设置的齿轮组9及对应的多组旋转电机组和多个切割链10。
29.具体实施方式二：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述一种蓝宝石晶锭的自动批量掏棒设备还包括冷却水循环机构，冷却水循环机构包括水箱12、水泵13、水管14和多个喷淋嘴15，喷淋嘴15设置在升降臂4的下端面上，且均布设置在齿轮组9内，水箱12设置在底座1的一侧，水箱12上设置有水泵13，水泵13的出水端与水管14的进水端连接，水管14的出水端分别与多个喷淋嘴15连接。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
30.具体实施方式三：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述工作台2上端面的四周边缘设有导流槽，水箱12的上方设有导流口，导流槽与导流口相连通。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。
31.具体实施方式四：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述齿轮组9包括两个主动齿轮16、两个限位轮18和多个从动齿轮17，多个从动齿轮17呈两排并列设置，其中一排从动齿轮17的一侧设置有主动齿轮16，一排从动齿轮17的另一侧设置有限位轮18，另一排从动齿轮17的一侧设置有限位轮18，另一排从动齿轮17的另一侧设置有主动齿轮16，旋转电机组包括两个旋转电机7，每个旋转电机7的输出轴分别与一个主动齿轮16连接，切割链10依次缠绕在一个主动齿轮16、一排从动齿轮17、另一个主动齿轮16和另一排从动齿轮17的轮齿上，限位轮18设置在切割链10的外侧。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。
32.切割链10呈波浪形缠绕于齿轮组9的两排齿轮之间，随着齿轮组9的转动循环运行。
33.所述的齿轮组9的齿轮直径为φ20～φ200mm。
34.具体实施方式五：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述喷淋嘴15设置在相邻两个从动齿轮17之间的间隙中。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。
35.具体实施方式六：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述切割链10包括多根钢条19、多个链板20和多个链销21，多根钢条19平行并列设置成圆环状，相邻两根钢条
19之间设有链板20，钢条19与链板20之间通过链销21连接；金刚石刀齿组包括多个金刚石刀齿22，每个金刚石刀齿22分别固接在一根钢条19的下端面上。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
36.所述的切割链10厚度为1.5-5.5mm。
37.具体实施方式七：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述金刚石刀齿22设置在齿轮组9的下方。其它组成和连接方式与具体实施方式六相同。
38.其中齿轮组9中的主动齿轮16和从动齿轮17的直径比所需蓝宝石晶棒的直径大3-5mm，切割链10呈波浪形缠绕于齿轮组9中相邻两排齿轮之间，随着齿轮组9的转动而高速循环运行。多条切割链10相邻排布，组成有效切割区域，该切割区域的尺寸大于蓝宝石晶锭。主动齿16轮与旋转电机7连接，为切割链10提供动力，从动齿轮17在传递切割链10的同时，能够使切割链10的运行轨迹保持与所需掏取晶棒相同的尺寸与弧度。升降电机5带动升降丝杠6旋转，控制升降臂4逐渐下降进给，使切割链10的金刚石刀齿22自蓝宝石晶锭顶部入刀切削，切削轨迹为多个半圆相连构成的波浪形。切削进给至晶锭底部后设备自动退刀，y轴驱动电机8使工作台2沿y轴平移一个晶棒直径的距离，再次入刀切削至晶锭底部，切削轨迹的每个半圆与第一次切削的每个半圆轨迹构成了完整的圆形，因此每个蓝宝石晶锭仅需两次进给即可掏取全部晶棒。另一方面，在切削过程中，每条切割链10的金刚石刀齿22自蓝宝石晶锭侧面的一侧切入晶锭，在另一侧脱离晶锭，脱离过程中能够带出切削碎屑，与传统金刚石筒刀套棒工艺相比，碎屑仅需水平移动在晶锭侧壁随切割链10的移动排出，不需要向上移动在入刀处排出，因此排屑效果明显改善。
39.齿轮组9的齿轮直径、齿轮数量、切割链10长度、切割链10数量以及切割区域的尺寸能够根据晶锭尺寸和所需掏棒的规格来调整。
40.具体实施方式八：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述钢条19的两侧设有斜面，相邻两根钢条19的斜面组成一个“v”形槽，“v”形槽，与齿轮组9的轮齿相啮合。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
41.具体实施方式九：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述升降机构包括升降电机5、升降丝杠6和升降螺母，升降电机5固接在支柱3的上端面上，升降丝杠6平行设置在支柱3的内侧，且升降丝杠6与支柱3转动连接，升降电机5的输出轴与升降丝杠6的上端连接，升降螺母与升降丝杠6螺纹连接，升降螺母的外侧固接在升降臂4的一端。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
42.具体实施方式十：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式所述升降臂4一端的两侧分别各设有一个滑块，支柱3的两侧分别沿高度方向设有滑轨，滑块套装在滑轨上且与滑轨滑动连接。其它组成和连接方式与具体实施方式九相同。
43.工作过程
44.切割链10呈首尾相接的环形结构，设备包含多条切割链10，每条切割链10均呈波浪形缠绕于齿轮组9的两排齿轮之间，切割链10的钢条19两侧带有斜面，相邻两个钢条19的斜面组成“v”形槽，与齿轮的轮齿相啮合，使切割链10能够随着齿轮组9的转动循环运行，多条切割链10相邻排布，组成有效切割区域，该切割区域的尺寸大于蓝宝石晶锭；齿轮组9与旋转电机7连接，安装于升降臂4；蓝宝石晶锭放置于工作台2并固定，通过操作面板11设置旋转电机7转速、设备进给速度、进给距离、y轴移动距离等参数，启动冷却水循环机构和各
个旋转电机7，冷却水从喷淋嘴15流出，自上向下喷淋晶锭表面，旋转电机7带动主动齿轮16高速旋转，为切割链10的高速运行提供动力，从动齿轮17在传递切割链10的同时，能够使切割链10的运行轨迹保持与所需掏取晶棒相同的尺寸与弧度。升降电机5带动升降丝杠6旋转，控制升降臂4逐渐下降进给，使切割链10的金刚石刀齿22自蓝宝石晶锭顶部入刀切削，切削轨迹为多个半圆相连构成的波浪形。切削进给至晶锭底部后达到进给距离设定值，设备自动退刀，y轴驱动电机8使工作台2沿y轴平移一个晶棒直径的距离，再次入刀切削至晶锭底部，切削轨迹的每个半圆与第一次切削的每个半圆轨迹构成了完整的圆形，因此每个蓝宝石晶锭仅需两次进给即可掏取全部晶棒。另一方面，在切削过程中，每条切割链10的金刚石刀齿22自蓝宝石晶锭侧面的一侧切入晶锭，在另一侧脱离晶锭，脱离过程中能够带出切削碎屑，与传统金刚石筒刀套棒工艺相比，碎屑仅需水平移动在晶锭侧壁随切割链10的移动排出，不需要向上移动在入刀处排出，因此排屑效果明显改善。
45.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。