3766 硬脆材料內(nèi)圓切片機(jī)的設(shè)計(jì)
3766 硬脆材料內(nèi)圓切片機(jī)的設(shè)計(jì),材料,切片機(jī),設(shè)計(jì)
xx 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題 目：硬脆材料內(nèi)圓切片機(jī)的設(shè)計(jì)學(xué) 院： 專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2012.05.25 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)論文（設(shè)計(jì)）題目： 硬脆材料內(nèi)圓切片機(jī)的設(shè)計(jì) 學(xué)號(hào)： 2008963144 姓名： 楊得藩 專(zhuān)業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 周后明 系主任： 周友行 一、主要內(nèi)容及基本要求在工程實(shí)際和科學(xué)研究中，常常需要對(duì)陶瓷、半導(dǎo)體、硬質(zhì)合金等硬脆材料以及各種難加工金屬材料進(jìn)行精密超精密加工，而對(duì)各種脆硬材料、難加工材料進(jìn)行切割是實(shí)現(xiàn)精密超精密加工的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。本設(shè)計(jì)為硬脆材料內(nèi)圓切片機(jī)的設(shè)計(jì)，其主要技術(shù)指標(biāo)與要求如下： 1、最大加工尺寸：? 60*80mm； 2、切割速度：5~30mm/min ； 3、切割片厚：≥0.30mm; 4、橫向/ 縱向行程： 110/100mm; 5、主軸轉(zhuǎn)速：4000 r/min 設(shè)計(jì)要求： 1、完成硬脆材料內(nèi)圓切片機(jī)的設(shè)計(jì)和選型論證 2、硬脆材料內(nèi)圓切片機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制部件裝配圖和主要零件圖，圖紙總量折合成 A0，不少于 2 張 3、撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，關(guān)鍵零件應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì)算，說(shuō)明書(shū)字?jǐn)?shù)不少于 1~5 萬(wàn)4、完成資料查閱和 3000 字的文獻(xiàn)翻譯 二、重點(diǎn)研究的問(wèn)題硬脆材料內(nèi)圓切片機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相關(guān)強(qiáng)度校核。 三、進(jìn)度安排序號(hào) 各階段完成的內(nèi)容 完成時(shí)間1 查閱資料、調(diào)研 第 1，2 周2 制訂設(shè)計(jì)方案 第 3，4 周3 分析與計(jì)算 第 5，6 周4 繪部件裝配圖 第 7，8、9 周5 繪零件圖 第 10，11 周6 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 12，13 周7 準(zhǔn)備答辯材料 第 14 周8 畢業(yè)答辯 第 15 周四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)1、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 2、機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè) 3、梁仁和. QP610 內(nèi)圓切片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[D] . 西安：西安理廣大學(xué)，2007 4、康善存. 硬脆材料的精密切割及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 機(jī)械制造，1997，7：4~6 5、王仲康. IC 業(yè)材料切割設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀 [J]. 電子工業(yè)專(zhuān)用設(shè)備，2003，32 （1）21~23，(11): 6、田惠蘭，劉文平. QP-501 型石墨內(nèi)圓切片機(jī)[J]. 電子工業(yè)專(zhuān)用設(shè)備，1994，23 （3）：23～25. 7、網(wǎng)絡(luò)相關(guān)資信 湘 潭 大 學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評(píng)閱表學(xué)號(hào) 2008963144 姓名 楊得藩 專(zhuān)業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目： 內(nèi)圓切片機(jī)的設(shè)計(jì) 評(píng)價(jià)項(xiàng)目評(píng) 價(jià) 內(nèi) 容選題1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的；2.難度、份量是否適當(dāng)；3.是否與生產(chǎn)、科研、社會(huì)等實(shí)際相結(jié)合。能力1.是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力；2.是否有綜合運(yùn)用知識(shí)的能力；3.是否具備研究方案的設(shè)計(jì)能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力；4.是否具備一定的外文與計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；5.工科是否有經(jīng)濟(jì)分析能力。論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)是否正確，設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語(yǔ)是否準(zhǔn)確，符號(hào)是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；2.文字是否通順，有無(wú)觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力如何；3.有無(wú)理論價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值，有無(wú)創(chuàng)新之處。 綜合評(píng)價(jià)綜合評(píng)價(jià)：作者的畢業(yè)設(shè)計(jì)為萬(wàn)能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)，論文選題符合培養(yǎng)目標(biāo)要求，能體現(xiàn)學(xué)科專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，達(dá)到了綜合訓(xùn)練的目的。該生具有較強(qiáng)的文獻(xiàn)查閱、資料綜合歸納整理的能力，能在設(shè)計(jì)工作中較熟練運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，畢業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)方案可行，工作量適當(dāng)，設(shè)計(jì)思路較清晰，論文質(zhì)量較好，同意參加答辯評(píng)閱人： 2012 年 5 月 30 日湘 潭 大 學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）鑒定意見(jiàn)學(xué)號(hào)： 2008963144 姓名： 楊得藩 專(zhuān)業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 31 頁(yè) 圖 表 4 張論文（設(shè)計(jì)）題目：標(biāo)題應(yīng)簡(jiǎn)短、明確、有概括性（大致反映文章的內(nèi)容、專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)和學(xué)科的范疇） 。字?jǐn)?shù)適當(dāng)，一般不超過(guò) 20 個(gè)字。 內(nèi)容提要： 扼要敘述本論文（設(shè)計(jì)）的主要內(nèi)容、特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹成果和結(jié)論性意見(jiàn)。要求：文字精練、準(zhǔn)確、陳述客觀，字?jǐn)?shù) 400 字左右。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)張杰同學(xué)在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，態(tài)度認(rèn)真，查閱了大量的相關(guān)中英文資料，并對(duì)設(shè)計(jì)任務(wù)作了認(rèn)真的理解與分析，通過(guò)多種設(shè)計(jì)方案的比較，從中提出了一個(gè)可行的設(shè)計(jì)方案。在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，對(duì)萬(wàn)能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)的的機(jī)械部分進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)張杰同學(xué)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)技巧、以及機(jī)械設(shè)制造相關(guān)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)的掌握有了較大的進(jìn)步，初步掌握了相關(guān)制圖軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。論文立論正確，論述清楚，圖紙基本符合設(shè)計(jì)要求，論文達(dá)到畢業(yè)設(shè)計(jì)要求，同意參加答辯，推薦畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)?yōu)椤爸小?。指導(dǎo)教師： 2012 年 5 月 30 日答辯簡(jiǎn)要情況及評(píng)語(yǔ)能夠較好的回答老師提出的問(wèn)題。根據(jù)答辯情況，答辯小組同意其成績(jī)?cè)u(píng)定為 。答辯小組組長(zhǎng)： 2012 年 5 月 30 日答辯委員會(huì)意見(jiàn)經(jīng)答辯委員會(huì)討論，同意該畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）成績(jī)?cè)u(píng)定為答辯委員會(huì)主任： 2012 年 5 月 30 日目 錄目 錄 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------I第 1 章 前 言 ---------------------------------------------------------------------------------------------------11.1 內(nèi)圓切片機(jī)的發(fā)展和現(xiàn)狀 ............................................................................................11.1.1 內(nèi)圓切割技術(shù)與線切割技術(shù)分析 -------------------------------------------------------------21.1.2 國(guó)內(nèi)外內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)備技術(shù)概況 -------------------------------------------------------------41.2 課題意義 ........................................................................................................................5第 2 章 內(nèi)圓切片機(jī)的基本原理 ----------------------------------------------------------------------------72.1 內(nèi)圓切片機(jī)的原理和特點(diǎn) ............................................................................................72.1.1 內(nèi)圓切片機(jī)的三種基本運(yùn)動(dòng) -------------------------------------------------------------------72.1.2 內(nèi)圓切片機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理 -------------------------------------------------------------------72.2 液壓伺服系統(tǒng)的工作原理 ...........................................................................................82.2.1 數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)的組成 ----------------------------------------------------------------------82.2.2 數(shù)控液壓伺服閥的結(jié)構(gòu)和工作原理 ---------------------------------------------------------9第 3 章 主要系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ---------------------------------------------------------------------------------123.1 擺動(dòng)切割方式 .............................................................................................................123.2 精密主軸系統(tǒng) .............................................................................................................123.3 彈性絲杠螺母副送料系統(tǒng) .........................................................................................133.4 液壓傳動(dòng)及其裝置 .....................................................................................................143.5 電控系統(tǒng) .....................................................................................................................15第 4 章 組合機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì) ------------------------------------------------------------------------------164.1 主軸箱設(shè)計(jì)的原始依據(jù) ..............................................................................................164.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)的確定 .....................................................................................164.2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比分配 ---------------------------------------------------------------------------164.2.2 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和設(shè)計(jì)參數(shù) ----------------------------------------------------------164.2.3 齒輪模數(shù)的估算及其校核 --------------------------------------------------------------------174.2.4 軸各參數(shù)估算及強(qiáng)度校核 --------------------------------------------------------------------204.3 主軸箱的坐標(biāo)計(jì)算 ......................................................................................................29第 5 章 結(jié)論 ---------------------------------------------------------------------------------------------------31參考文獻(xiàn)及英文技術(shù)資料 -----------------------------------------------------------------------------------II內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)1第 1 章 前 言1.1 內(nèi)圓切片機(jī)的發(fā)展和現(xiàn)狀為了提高 IC 生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，IC 生產(chǎn)線所需硅圓片直徑不斷增大。為了滿(mǎn)足硅圓片加工的需要，硅片切割設(shè)備一方面向大片徑化方向發(fā)展，另一方面向高精度、高自動(dòng)化及高智能化方向發(fā)展。從世界半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展來(lái)看，八十年代中期普遍使用 150m 圓片，該生產(chǎn)線于 1996 年發(fā)展到鼎盛時(shí)期，當(dāng)時(shí) 150mm 硅片消耗量為世界圓片消耗量的50％。 1990 年開(kāi)始應(yīng)用 200mm 圓片，該生產(chǎn)線將于 2003 年達(dá)到高峰。于此同時(shí)，300mm 圓片生產(chǎn)線已于 1995 年建成試驗(yàn)性生產(chǎn)線。從世界范圍來(lái)看，目前已有相當(dāng)一些 IC 制造商、設(shè)備供應(yīng)商和半導(dǎo)體供應(yīng)商完成了向 300mm 圓片工藝水平的過(guò)渡。但是，硅圓片切割設(shè)備技術(shù)的發(fā)展在 IC 生產(chǎn)線建線技術(shù)中走在時(shí)間的前列?？v觀世界 IC 生產(chǎn)線的發(fā)展，發(fā)展速度之快，技術(shù)更新日新月異，給人耳目一新的感覺(jué) [1]。由于集成電路制造工業(yè)的重要性，世界各國(guó)都比較重視，都積極大力發(fā)展各自盼 IC 制造工業(yè)。IC 器件的基礎(chǔ)性材料是半導(dǎo)體硅單晶材料，因此，世界各國(guó)對(duì)硅單晶材料的消耗量反映了一個(gè)國(guó)家的 IC 制造業(yè)的規(guī)模和工藝水平，同時(shí)各國(guó)硅材料生產(chǎn)及硅圓片生產(chǎn)水平也代表了一個(gè)國(guó)家 IC 工業(yè)的材料基礎(chǔ)的實(shí)力。由于國(guó)家的高度重視和積極扶持，我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正在快速發(fā)展。2001 年在國(guó)際電子制造業(yè)的不景氣情形下，我國(guó)電子制造業(yè)是同期 GDP 的 3 倍。我國(guó)電子市場(chǎng)在全球市場(chǎng)中所占的份額由 1996 年的 2．3％上升到 2000 年的6．996 ；同時(shí)世界集成電路的平均單價(jià)為 2．6 美元，我國(guó)集成電路平均單價(jià)由0．4 美元升至 0．5 美元。我國(guó) IC 工業(yè)具有發(fā)展數(shù)量的空間和具有發(fā)展技術(shù)的空間，這兩大空間，決定了我國(guó)在今后一段時(shí)期內(nèi) IC 產(chǎn)業(yè)保持快速發(fā)展。當(dāng)前，我國(guó)擁有 8 家集成電路芯片制造企業(yè)，其中 2 家采用 200mm 生產(chǎn)線。正在建設(shè)和計(jì)劃建設(shè)的生產(chǎn)線包括：北京信創(chuàng)(150mm)、首鋼華夏(200mm)、上海先進(jìn)(200mm)、上海貝嶺(200mm)和杭州士蘭(150m)等，這些生產(chǎn)線 2～3 年內(nèi)可望建成投產(chǎn)。拿深圳、上海兩地為例：深圳計(jì)劃在 3～5 年內(nèi)建成 8～15 條前工藝生產(chǎn)線。上海計(jì)劃于 2005 年前，先行完成 4 條 8～12 英寸晶圓生產(chǎn)線，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)2年產(chǎn) 240 萬(wàn)片，產(chǎn)能 1．1 億平方英寸的生產(chǎn)目標(biāo)。以上項(xiàng)目的建設(shè)，為硅材料加工行業(yè)提供了廣闊的市場(chǎng)。以上海規(guī)劃年產(chǎn)240 萬(wàn)片為例，240 萬(wàn)片折合 200mlCZ 法單晶硅片 240 噸( 這一數(shù)據(jù)為日本 2001年晶圓單晶硅產(chǎn)量的十分之一，2001 年日本晶圓單晶硅產(chǎn)量為 2153 噸)。從目前國(guó)內(nèi)硅圓片加工行業(yè)來(lái)看，在我國(guó)具有相當(dāng)規(guī)模的半導(dǎo)體材料生產(chǎn)及加工企業(yè)中，其單晶硅年產(chǎn)量徘徊在 50 噸的水平，并且其生產(chǎn)的硅圓片的數(shù)量，較多集中在 125mn 圓片的加工范圍。硅圓片的加工方法一直延用以下工藝過(guò)程：晶棒成長(zhǎng)——晶棒裁切與檢測(cè)——外徑滾磨——切片——圓邊(倒角)——表層研磨——蝕刻一去疵——拋光——清洗——檢驗(yàn)——包裝硅圓片切片工藝過(guò)程中多應(yīng)用內(nèi)圓切割技術(shù)，該技術(shù)于二十世紀(jì)七十年代末發(fā)展成熟。隨著硅圓片直徑的增大，內(nèi)圓切割工藝中所需內(nèi)圓刀片尺寸增大，刀片張緊力也相應(yīng)增大。同時(shí)刀片刃口的加厚增加了切割損耗，高速切割使硅片表面的損傷層及刀具損耗加大。這些缺點(diǎn)使內(nèi)圓切割技術(shù)在大片徑化方向中提高效率，降低生產(chǎn)成本受到制約。加之當(dāng)時(shí)內(nèi)圓刀具制作上的困難，基于這種情況，國(guó)際上又發(fā)展了一種多線切割(后簡(jiǎn)稱(chēng)線切割) 技術(shù)工藝方法。1.1.1內(nèi)圓切割技術(shù)與線切割技術(shù)分析200mm 以上規(guī)格硅單晶圓片切割加工可采用內(nèi)圓切割技術(shù)或線切割技術(shù)兩種切割方式。在硅圓片規(guī)?；a(chǎn)中，線切割技術(shù)作為主流加工方式，逐步取代傳統(tǒng)的內(nèi)圓切割技術(shù)方式。但在所有硅材料切片加工中，內(nèi)圓切割技術(shù)與線切割技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中互為補(bǔ)充而存在。眾所周知，隨著硅圓片直徑的增大，內(nèi)圓切割技術(shù)的缺點(diǎn)使硅片表面的損傷層加大(約為 30～40 微米 )。線切割技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是效率高 (大約為內(nèi)圓切割技術(shù)的6～8 倍。在 8 小時(shí)左右切割過(guò)程中一次可切出 400 圓片左右)。切口小，硅棒切口損耗小(約為內(nèi)圓切割技術(shù)的 60%，這相當(dāng)于內(nèi)圓切片機(jī)切割 6 片圓片而節(jié)約出 1 塊圓片)，切割的硅片表面損傷層較淺 (約為 10～15 微米)，片子質(zhì)量人為因內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)3素少。但線切割技術(shù)同內(nèi)圓切割技術(shù)相比有其明顯的弱點(diǎn)，一是片厚平均誤差較大(約為內(nèi)圓切割技術(shù) 2 倍 )。二是切割過(guò)程中智能檢測(cè)控制不易實(shí)現(xiàn)。三是切割過(guò)程的成功率要求較高，風(fēng)險(xiǎn)大，一但斷絲而不可挽救時(shí)，直接浪費(fèi)一根單晶棒。四是不能實(shí)現(xiàn)單片質(zhì)量控制，一次切割完成后，才能檢測(cè)一批圓片的切割質(zhì)量，并且圓片之間切割質(zhì)量也不相同。在這些方面，內(nèi)圓切割技術(shù)卻顯示出其優(yōu)越性來(lái)。具體表現(xiàn)在：(I)切片精度高。(2) 切片成本低，同規(guī)格級(jí)的內(nèi)圓切片機(jī)價(jià)格為線切割機(jī)價(jià)格 l／3～l／4，線切割機(jī)還需配置專(zhuān)用粘料機(jī)。(3)每片都可調(diào)整。(4)小批量多規(guī)格加工時(shí)靈活的加工可調(diào)性(5) 自動(dòng)、單片方式切換操作方便性。(6)低成本的輔料 (線切割機(jī)磨料及磨料液要定時(shí)更換)。(7)不同片厚所需較小的調(diào)整時(shí)間。(8) 不同棒徑所需較小的調(diào)整時(shí)間。(9) 修刀、裝刀方便。八十年代中后期人們普遍認(rèn)為：隨著硅硬脆材料塊大片徑化發(fā)展，線切割技術(shù)是硅片切割的主流技術(shù)，在規(guī)?；A片切割中將取代內(nèi)圓切割技術(shù)。因此人們加大了對(duì) 200m 以上線切割機(jī)的研究，以解決其技術(shù)不足。例如 1996 年 7 月，日本日平外山公司研制成功 300mm 晶圓片線切割機(jī)(MNM444)。切片機(jī)已廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體材料、石英、陶瓷、鐵氧體、鈮酸鋰等硬脆材料的切割，是半導(dǎo)體加工的重要工序，在國(guó)內(nèi)外許多材料加工單位普遍采用 [2]。切片機(jī)直接影響到硬脆材料塊的成本、質(zhì)量以及各種性能。目前，硬脆材料塊切割主要的方法有金剛石內(nèi)圓切割和線切割但是作為成熟工藝技術(shù)的內(nèi)圓切割技術(shù)在大直徑化發(fā)展方向上并沒(méi)有失掉其有利的地位，并隨著 IC器件大片徑化發(fā)展同時(shí)其技術(shù)不斷創(chuàng)新。1998 年 1月，日本旭日金剛石工業(yè)公司推出 T-SM-300內(nèi)圓切片機(jī)，標(biāo)志著內(nèi)圓切割技術(shù)又上了一個(gè)新的臺(tái)階 。可喜的是，這種設(shè)備在刀片直徑增大情況下，仍采用較小的刀口厚度(0．38mm)。從相對(duì)意義而言，這種較小的刀口厚度降低了刀口硅材料消耗。并且，該內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)制造采用了一系列先進(jìn)技術(shù)，使刀口處寬度變化控制在 0．36 一 O．38 枷。這與200mm晶圓片切片加工時(shí)的刀口寬度的擺幅變化(O．34—0．38)是一樣的。由此可見(jiàn) 300mm內(nèi)圓切割設(shè)備制造精度和工作動(dòng)態(tài)精度之高。由于內(nèi)圓切片機(jī)晶棒端磨技術(shù)，切割過(guò)程中的自動(dòng)修刀系統(tǒng)及刀片導(dǎo)向系統(tǒng)以及動(dòng)態(tài)檢測(cè)和自診斷系統(tǒng)等智能化技術(shù)的應(yīng)用，以單片切割質(zhì)量的控制成為優(yōu)勢(shì)條件，使內(nèi)圓切內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)4片機(jī)切片質(zhì)量很高(300m 片子的平均厚度變化差在 0.Olmm以?xún)?nèi))，為 IC器件提供了優(yōu)良的晶圓片。同對(duì)，機(jī)械手自動(dòng)單片取片也使連續(xù)切割的成片率的可靠性大大提高。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，內(nèi)圓切割技術(shù)與線切割技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中互為補(bǔ)充而存在。同時(shí)我們認(rèn)為：(1)在新建硅圓片加工生產(chǎn)線上，規(guī)模在年產(chǎn)量達(dá) 50噸以上硅單晶加工生產(chǎn)線，并且圓片品種主要針對(duì)較大數(shù)量集成電路用硅圓片時(shí)，切割設(shè)備選型可定位在線切割機(jī)上，同時(shí)大規(guī)模、單一硅圓片品種(主要指圓片的厚度規(guī)格品種)的太陽(yáng)能級(jí)圓片加工，切割設(shè)備選型也可定位在線切割機(jī)上。厚度規(guī)格品種的多少，直接關(guān)系到線切割機(jī)排線導(dǎo)輪備件的多少。該排線導(dǎo)輪目前國(guó)內(nèi)無(wú)法配套，國(guó)外供應(yīng)商配套，價(jià)格較高。頻繁更換排線導(dǎo)輪增加了輔助時(shí)間，還會(huì)增加線絲的浪費(fèi)．(2)生產(chǎn)規(guī)模較小的生產(chǎn)單位或多品種硅圓片生產(chǎn)并具有較大規(guī)模的生產(chǎn)單位，在設(shè)備選型上，應(yīng)首先考慮選用內(nèi)圓切片機(jī)。1.1.2國(guó)內(nèi)外內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)備技術(shù)概況在國(guó)內(nèi)引進(jìn)的內(nèi)圓切片機(jī)機(jī)型中主要有瑞士 M&B公司和日本東京精密株式會(huì)社(TOKYO)兩公司的內(nèi)圓切片機(jī)機(jī)型。這幾年隨著國(guó)外硅片生產(chǎn)公司的設(shè)備更新，在國(guó)內(nèi)引進(jìn)了二手的日本 TOYO公司生產(chǎn)的 200mm規(guī)格的切片機(jī)，但數(shù)量不是很多。M&B 公司以臥式機(jī)型為主，TOKYO 公司以立式機(jī)型為主。在切片機(jī)主軸支撐方式上，M＆B 公司以空氣軸承為發(fā)展方向。TOKYO 公司以滾動(dòng)軸承和空氣軸承兩種形式發(fā)展。由于以空氣軸承支撐的主軸結(jié)構(gòu)的內(nèi)圓切片機(jī)，在技術(shù)和制造成本上較高，因而其價(jià)格比以滾動(dòng)軸承支撐的主軸結(jié)構(gòu)的內(nèi)圓切片機(jī)高出近 10萬(wàn)美元。因而，TOKYO 公司以滾動(dòng)軸承支撐的主軸結(jié)構(gòu)的切片機(jī)為主要發(fā)展方向，腿 B公司的產(chǎn)品中 150mm主流機(jī)型有 TS23、TS202(TS23 增強(qiáng)型)兩種。200mm的主流機(jī)型有 TS205、TS206 兩款機(jī)型。TS205 機(jī)型主要用于 200mm晶捧齊端頭、切樣片和切斷，TS206 機(jī)型則是集中了內(nèi)圓切片機(jī)所有現(xiàn)有技術(shù)的機(jī)型。TOKYO 公司的 TSK系列內(nèi)圓切片機(jī)中，150mm～200mm 規(guī)格機(jī)型有 S-LM-227D，s-LM-227DR，s-LM～434E，s-LM-534B 機(jī)型，其產(chǎn)品檔次和技術(shù)含量隨型號(hào)的大小而增加。2002年 3月 26日～27 日在上海國(guó)際展覽中心舉行國(guó)際半導(dǎo)體設(shè)備與材料展覽暨研討會(huì)(SEMICONCHINA 2002)期間，除了 M＆B 公司繼續(xù)宣傳他們的內(nèi)圓內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)5切片機(jī)和線切割機(jī)外、TOKYO 公司沒(méi)有專(zhuān)項(xiàng)宣傳切片機(jī)機(jī)型，在他們的宣傳資料中涉及到切片機(jī)內(nèi)容也不多，這可能與 TOKYO產(chǎn)品戰(zhàn)略調(diào)整有關(guān)，TOKYO 產(chǎn)品開(kāi)始涉及到后封裝設(shè)備，研磨拋光和化學(xué)機(jī)械拋光領(lǐng)域了。在線切割機(jī)方面 TOKYO公司拋棄了自行設(shè)計(jì)的多線鋸 w-SL-300／-500，轉(zhuǎn)而把瑞士 HCT公司多線鋸系列作為經(jīng)營(yíng)對(duì)象。M&B 公司內(nèi)圓切片機(jī)同 2001年北京展示的相同，僅推薦 TS23、TS206 兩種，TS23 機(jī)型是在原機(jī)型上加裝了防護(hù)罩，使操作環(huán)境變好。TS23 機(jī)型的生命期己延續(xù)了 20年之久，該機(jī)型在國(guó)內(nèi)用戶(hù)中也反映良好。內(nèi)圓切斷機(jī)為 TS205、TS207 兩種。M&B 同 TSK不同，該公司一直從事材料切割技術(shù)研究工作。國(guó)內(nèi)在內(nèi)圓切片機(jī)研制中僅有信息產(chǎn)業(yè)部電子第四十五研究所。其內(nèi)圓切片機(jī)機(jī)型在國(guó)內(nèi)硅片切割行業(yè)應(yīng)用的范圍涵蓋了從 φ50mm 到 φ200mm 圖片的切片加工，QP-613 機(jī)型應(yīng)用范圍為中 φ125m～φ150mm 圓片切割加工，QP-816 機(jī)型應(yīng)用于 φ200mm 圓片切割加工。這些機(jī)型技術(shù)層次為國(guó)外九十年代初期的水平。在以上諸多機(jī)型中以 TS206，S-LM-534B 兩種機(jī)型集中了當(dāng)今內(nèi)圓切片機(jī)制造的最高技術(shù)。但是需要指出的是，這些主要技術(shù)停滯了將近 10年。其技術(shù)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)精密主軸制造技術(shù)：不論是采用空氣靜壓軸承支撐的主軸技術(shù)還是以精密滾動(dòng)軸承支撐的主軸技術(shù)，都是保證切片機(jī)主軸高精度、高壽命及保證切片質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)。(2)精密伺服定位技術(shù)：這是保證切片機(jī)切片厚度均勻、誤差小，減少磨片時(shí)間的關(guān)鍵技術(shù)。(3)機(jī)械手技術(shù)：保證切片后可靠的取片，減少片子意外損壞的技術(shù)。(4)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)；是刀片導(dǎo)向系統(tǒng)及自動(dòng)修刀系統(tǒng)應(yīng)用和單片質(zhì)量控制的前提條件。(5)CNC控制技術(shù)：對(duì)機(jī)器進(jìn)行控制及保證自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用的一軟硬件技術(shù)。(6)直流伺機(jī)服技術(shù)：保證切片質(zhì)量，提供可靠的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的技術(shù)。(7)精密滾動(dòng)導(dǎo)軌：保證切片時(shí)片子的平行度、翹曲度、粗糙度機(jī)械導(dǎo)向技內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)6術(shù)。(8)端磨技術(shù)：提高片子表面彎曲度、翹曲度和表面粗糙度的技術(shù)。1.2 課題意義(1)利用 CNC技術(shù)實(shí)現(xiàn)精密內(nèi)圓切片機(jī)的控制，探索出一條制造經(jīng)濟(jì)高效、精密可靠?jī)?nèi)圓切片機(jī)的思路。(2)該設(shè)備的研制成功不僅能夠增加企業(yè)產(chǎn)品數(shù)量、提高本企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也解決了晶圓生產(chǎn)廠同類(lèi)產(chǎn)品依賴(lài)進(jìn)口的現(xiàn)狀。在設(shè)計(jì)過(guò)程中借鑒、吸收國(guó)外相同、相近產(chǎn)品的優(yōu)秀技術(shù)和成果，也為產(chǎn)品的智能化、大直徑切削設(shè)計(jì)生產(chǎn)提供了有益的借鑒。內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)7第 2 章 內(nèi)圓切片機(jī)的基本原理2.1 內(nèi)圓切片機(jī)的原理和特點(diǎn)2.1.1內(nèi)圓切片機(jī)的三種基本運(yùn)動(dòng)作為內(nèi)圓切片機(jī)，要完成一個(gè)工作循環(huán)必須具備三種基本運(yùn)動(dòng)，即刀片高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) (主軸系統(tǒng)) ，被切割材料按設(shè)定片厚值步進(jìn)送料運(yùn)動(dòng)(進(jìn)料系統(tǒng) )以及 內(nèi)圓刀片柑對(duì)被切割材料作切割運(yùn)動(dòng)(切割進(jìn)給系統(tǒng) )。另外，在切割過(guò)程 中所 切硬脆材料塊停置于刀盤(pán)內(nèi)，為了將硬脆材料塊取出 ，必須將被切豺材料退出內(nèi)圓刀片刃口位置，這一退料運(yùn)動(dòng)是切片機(jī)的輔助運(yùn)動(dòng)。不同類(lèi)型的切片機(jī)就是采用了不同類(lèi)型的機(jī)構(gòu)以及機(jī)構(gòu)布局實(shí)現(xiàn)這三種基本運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)。2.1.2內(nèi)圓切片機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理內(nèi)圓切片機(jī)主要由刀盤(pán)(主軸系統(tǒng))，送料箱 ，切割油缸，調(diào)晶向機(jī)構(gòu)，液壓站，液壓系統(tǒng)工作臺(tái)，電控框，電控箱(操作面板)等組成。因夾持內(nèi)圓刀片的主軸軸線呈水平位置，因此該機(jī)為臥式結(jié)構(gòu)。送料箱也相應(yīng)呈水平位置，所以?shī)A持被切割材料也為臥式安裝 。基于“臥式” 這一特點(diǎn)，被切割材料直徑增大，長(zhǎng)度加長(zhǎng)，這就為該機(jī)型切割大直徑硬脆材料塊提供了可能。該機(jī)工作原理：內(nèi)圓刀片夾持在刀盤(pán)間，刀盤(pán)安裝在主軸系統(tǒng)上，實(shí)現(xiàn)內(nèi)圓刀片的高速旋轉(zhuǎn)。送料箱夾持硬脆材料塊，由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠螺母副按預(yù)置量進(jìn)行步進(jìn)送料，送料箱安裝在具有三維調(diào)晶向機(jī)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)硬脆材料塊晶向調(diào)節(jié)切割功能。調(diào)晶向機(jī)構(gòu)安裝在工作臺(tái)上，工作臺(tái)相對(duì)于主軸軸線方向向前，后退 動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)硬脆材料塊相對(duì)于內(nèi)圓刀片刃口進(jìn)料、退料輔助運(yùn)動(dòng)，可以很方便將 已切成的一疊硬脆材料塊從刀盤(pán)內(nèi)取出。主軸系統(tǒng)安裝在擺動(dòng)支架上，擺動(dòng)支架在切割油缸驅(qū)動(dòng)下作往復(fù)上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)圓刀片相對(duì)于硬脆材料塊的切割運(yùn)動(dòng)。這樣，一方面內(nèi)圓刀片高速旋轉(zhuǎn)，一方面內(nèi)圓刀片隨擺動(dòng)架作擺動(dòng)切割 ，即完成一個(gè) 切片循環(huán)，這就是“擺動(dòng)切割”方式 。其主要技術(shù)指標(biāo)：1、最大加工尺寸：? 60*80mm； 2、切割速度：5~30mm/min ； 3、切割片厚：≥0.30mm; 內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)84、橫向/ 縱向行程： 110/100mm; 5、主軸電機(jī)：2800r/min;6、主軸轉(zhuǎn)速：4000 r/min；7、切片種類(lèi)：100；8、片數(shù)設(shè)定范圍：200pcs9、液壓系統(tǒng)壓力：1.2MPa2.2 液壓伺服系統(tǒng)的工作原理國(guó)內(nèi)在液壓的精密控制領(lǐng)域通常采用傳統(tǒng)的電液伺服控制系統(tǒng),但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳動(dòng)環(huán)節(jié)多而不能由電脈沖信號(hào)直接控制。對(duì)于現(xiàn)代液壓伺服控制需考慮:①環(huán)境和任務(wù)復(fù)雜,普遍存在較大程度的參數(shù)變化和外負(fù)載干擾;②非線性的影響,特別是閥控動(dòng)力機(jī)構(gòu)流量非線性的影響;③有高的頻寬要求及靜動(dòng)態(tài)精度的要求,須優(yōu)化系統(tǒng)的性能;④微機(jī)控制與數(shù)字化及離散化帶來(lái)的問(wèn)題;⑤如何通過(guò)“軟件伺服”達(dá)到簡(jiǎn)化系統(tǒng)及部件的結(jié)構(gòu) [3]。因此發(fā)達(dá)國(guó)家已應(yīng)用數(shù)字控制,即數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)來(lái)取代電液伺服控制系統(tǒng),經(jīng)過(guò)幾年的努力,設(shè)計(jì)并研制成功自己的數(shù)控液壓伺服系統(tǒng),它超越了傳統(tǒng)的電液伺服控制系統(tǒng),大大提高控制精度。本文僅就該系統(tǒng)作簡(jiǎn)要介紹。2.2.1數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)的組成系統(tǒng)由數(shù)控裝置、數(shù)控伺服閥、數(shù)控液壓缸或液馬達(dá)、液壓泵站 4大部分組成。系統(tǒng)框圖如圖 1所示。圖 2.1 數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)的組成(1)數(shù)控裝置:包括控制器、驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)。之所以要采用步進(jìn)電機(jī),是由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,使步進(jìn)電機(jī)的性能在快速性和可靠性方面能夠滿(mǎn)足數(shù)控液壓系統(tǒng)的要求,而其價(jià)格低廉,又由于數(shù)控液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn),所需步進(jìn)內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)9電機(jī)功率較小,不需采用寬調(diào)速伺服電機(jī)等大功率伺服電機(jī)系統(tǒng),就能大大降低成本。(2)液壓缸、液馬達(dá)和液壓泵站是液壓行業(yè)的老產(chǎn)品,只要按數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)的要求選取精度較高的即可應(yīng)用。(3)伺服控制元件是液壓伺服系統(tǒng)中最重要、最基本的組成部分,它起著信號(hào)轉(zhuǎn)換、功率放大及反饋等控制作用。所以整個(gè)數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵部件就是數(shù)控伺服閥,它必需將電脈沖控制的步進(jìn)電機(jī)的角位移精確地轉(zhuǎn)換為液壓缸的直線位移(或液馬達(dá)的角位移)。也可以說(shuō),只要有了合格的數(shù)控伺服閥,就能獲得不同的數(shù)控液壓伺服系統(tǒng)。2.2.2數(shù)控液壓伺服閥的結(jié)構(gòu)和工作原理1、數(shù)控液壓伺服閥的結(jié)構(gòu)數(shù)控液壓伺服閥的結(jié)構(gòu)如圖 2.2所示,數(shù)控液壓缸的結(jié)構(gòu)如圖 2.3所示。1-步進(jìn)電機(jī) 2-法蘭 3-螺釘 4-閥體 5-聯(lián)軸節(jié) 6-限動(dòng)蓋 7-定為套8-芯軸 9-閥桿 10-閥套 11-擋墊 12-隔墊 13-軸承 14-密封圈15-螺蓋 16-反饋螺母 P-壓力油孔 O-回油孔圖 2.2 數(shù)控液壓伺服閥結(jié)構(gòu)內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)101-步進(jìn)電機(jī) 2-法蘭 3-螺釘 4-閥體 5-聯(lián)軸節(jié) 6-限動(dòng)蓋 7-定位套 8-芯軸 9-閥桿 10-閥套 11-擋墊 12-隔墊 13-軸承 14-密封圈 15-螺蓋 16-反饋螺母 17-鎖緊螺母 18-活塞 19-反饋螺桿副 20-油管 21-油缸體 22-接頭 23-支撐蓋 24-活塞桿 a、b-進(jìn)、回油孔 25-錐銷(xiāo)圖 2.3 數(shù)控液壓缸2、工作原理（1） 、數(shù)控液壓伺服閥和液壓缸匹配工作原理如圖 2.2和圖 2.3所示,步進(jìn)電機(jī) 1通過(guò)法蘭 2用螺釘 3與閥體 4聯(lián)接,電機(jī)軸通過(guò)聯(lián)軸節(jié) 5與芯軸 8聯(lián)接,閥桿 9被定位套 7固定在芯軸 8上,閥桿可隨芯軸在閥套 10中軸向移動(dòng),閥套被限動(dòng)蓋 6固定在閥體 4中,壓力油口 P、回油口 O分別與閥體上相應(yīng)的油道相通,閥體 4的左端有 2只球軸承 13被檔墊 11和隔墊 12定位,用螺蓋 15固定在閥體中,反饋螺母 16被兩只球軸承固定;芯軸 8的左端加工有外螺紋,擰入反饋螺母的內(nèi)螺紋中。當(dāng)有電脈沖輸入,步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生角位移,帶動(dòng)芯軸角位移,由于反饋螺母被2只球軸承固定,不能軸向移動(dòng),螺母與活塞桿中的反饋螺桿剛性連接,在活塞桿靜止的條件下也不能轉(zhuǎn)動(dòng),迫使芯軸產(chǎn)生直線位移,帶動(dòng)閥桿產(chǎn)生軸向位移,打開(kāi)閥的進(jìn)、回油通道,壓力油經(jīng)閥套開(kāi)口處進(jìn)入液壓缸,油壓推動(dòng)活塞作直線位移,由于活塞桿固定在機(jī)床導(dǎo)軌上不能轉(zhuǎn)動(dòng),迫使活塞桿中的反饋螺桿作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)伺服閥的反饋螺母旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)方向與芯軸方向相同,使芯軸巡回原位,當(dāng)芯軸退回到 O位時(shí),閥桿關(guān)閉了進(jìn)、回油口,油缸停止運(yùn)動(dòng),活塞桿運(yùn)動(dòng)的方向、速度和距離由計(jì)算機(jī)程序控制。數(shù)控伺服液壓缸完成了一次脈沖動(dòng)作。內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)11（2） 、數(shù)控伺服閥和液馬達(dá)匹配工作原理如圖 2.4所示,液馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)軸用鍵 26與閥的反饋螺母 16聯(lián)接,液馬達(dá)的進(jìn)、回油接頭與閥的相應(yīng)接頭聯(lián)接,當(dāng)有電脈沖輸入時(shí),步進(jìn)電機(jī)按指令方向旋轉(zhuǎn),由于反饋螺母 16不能軸向移動(dòng),芯軸 8放置產(chǎn)生軸向位移量,帶動(dòng)閥桿 9軸向移動(dòng),打開(kāi)液馬達(dá)的進(jìn)、回油通道,油壓使旋轉(zhuǎn)軸 27旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)反饋螺母 16同向旋轉(zhuǎn),由于反饋螺母 16不能軸向位移,使芯軸 8產(chǎn)生軸向位移,當(dāng)移動(dòng)量達(dá)到一定時(shí),閥桿關(guān)閉進(jìn)、回油通道,液馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng),完成一次脈沖動(dòng)作,其轉(zhuǎn)動(dòng)的方向、速度和角位移由計(jì)算機(jī)程序控制。1-步進(jìn)電機(jī) 2-法蘭 3-螺釘 4-閥體 5-聯(lián)軸節(jié) 6-限動(dòng)蓋 7-定位套 8-芯軸 9-閥桿 10-閥套 11-擋墊 12-隔墊 13-軸承 14-密封圈 15-螺蓋 16-反饋螺母 26-鍵 27-旋轉(zhuǎn)軸 28-油管接頭 29-液馬達(dá)殼體 30-安裝孔 a、b-進(jìn)、回油孔圖 4 數(shù)控伺服閥和液馬達(dá)匹配內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)12第 3 章 主要系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 擺動(dòng)切割方式 在內(nèi)圓切片機(jī)系列中，完成切割運(yùn)動(dòng)一般多采甩直線導(dǎo)軌的形式來(lái)完成這一功能。本設(shè)計(jì)內(nèi)圓切片機(jī)采用擺動(dòng)切割方式其原理見(jiàn)圖 3.1。主軸系統(tǒng)安裝在擺 動(dòng)臂上，在切割油缸驅(qū)動(dòng)下，繞中心軸上下擺動(dòng)，同時(shí)刀盤(pán)夾掙內(nèi)圓刀片高速旋 轉(zhuǎn)，來(lái)完成切割、返回的工作循環(huán)。采用擺動(dòng)切割方式 ，省去了直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)，其上下擺動(dòng)的直線性精度 ， 由中心軸一對(duì)圓錐滾子軸承裝配精度保證。同直線導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)相比，它制造簡(jiǎn)單，精 度容易保證，精度保持性長(zhǎng)。圖 3.1 擺動(dòng)切割原理3.2 精密主軸系統(tǒng)決定內(nèi)圓切片機(jī)切片質(zhì)量的另一主要因素是主軸系統(tǒng)。在對(duì)半導(dǎo)體單晶體 進(jìn)行切割時(shí)，內(nèi)圓刀片內(nèi)刃口線速度一般要求在 17．8m／s 左右 ，切割速度一般為 40mm／min 左右。因此主軸轉(zhuǎn)速按所夾持內(nèi)圓刀片規(guī)格不同而不同，本設(shè)內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)13計(jì)切片機(jī)設(shè)計(jì)主軸最高轉(zhuǎn)速為 2500rpm。圖 3.2 主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)因夾持內(nèi)圓刀的刀盤(pán)體積較大，夾持外徑 φ422 內(nèi)圓刀片的刀盤(pán)重量為57：5kg，而且為了保證已切硬脆材料塊在內(nèi)圓刀片刃口另一面 (刀盤(pán)內(nèi))容料長(zhǎng)度，主軸系統(tǒng)的懸伸量較大，懸伸量與主軸平均直徑之比為 2.5。同時(shí)，考慮到主軸旋轉(zhuǎn)精度，主軸剛度，主軸高速旋轉(zhuǎn)抗震性以及主軸壽命等諸多因素，我設(shè)計(jì)了圖 3.2所示的主軸結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)類(lèi)同于內(nèi)圓磨床磨具主軸結(jié)構(gòu)，通過(guò)適當(dāng)加太主軸軸徑，增大軸承支承跨度等辦法，使主軸滿(mǎn)足使用要求 。3.3 彈性絲杠螺母副送料系統(tǒng)本設(shè)計(jì)的內(nèi)圓切片機(jī)進(jìn)科精度設(shè)計(jì)為±5μm，圖 3.4為送料系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)。本機(jī)采用傳動(dòng)比 i為 l2.5齒輪減速傳遞至絲杠螺母副實(shí)現(xiàn)步進(jìn)送料。圖 3.4所示傳動(dòng)系統(tǒng)為開(kāi)環(huán)控制。為了達(dá)到最終送料精度，一方面提高整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)精度外，另一方面采用了獨(dú)特的彈性絲杠螺母機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)中，螺母沿軸線方向類(lèi)似于彈性?shī)A頭形式對(duì)稱(chēng)開(kāi)二條彈性槽，使螺母圓柱體呈整體不可分離 的四瓣體，這樣，因絲杠裝配或直線導(dǎo)軌導(dǎo)向精度誤差造成的絲杠與螺母不同軸而產(chǎn)生內(nèi)力，由螺母的彈性體而減小或消除，因而保證了絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)精度這一送料系統(tǒng)的采用，保證了切片過(guò)程中硬脆材料塊厚度一致性要求。內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)14圖 3.2 送料系統(tǒng)3.4 液壓傳動(dòng)及其裝置本設(shè)計(jì)內(nèi)圓切片機(jī)切割運(yùn)動(dòng)及工作臺(tái)進(jìn)退運(yùn)動(dòng)由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，圖 3.5為該機(jī)液壓系統(tǒng)圖。圖 3.5 液壓系統(tǒng)圖在該系統(tǒng)中，貯能器用來(lái)吸收，減小液壓泵打入高壓液的脈動(dòng)以及緩和電液換向閥(14)換向時(shí)沖擊力，為切割油缸均勻驅(qū)動(dòng)奠定基礎(chǔ)，保證硬脆材料塊切割表面粗糙度的質(zhì)量要求。切割運(yùn)動(dòng)循環(huán)由電液換向閣控制，目的是通過(guò)電內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)15液換向閥換向延時(shí)性來(lái)減小退刀過(guò)程中沖擊，增強(qiáng)了切割過(guò)程中的平穩(wěn)性。工作臺(tái)油缸采用進(jìn)油路調(diào)速方式。切割油缸采用回油路調(diào)速方式，以增強(qiáng)切割過(guò)程中調(diào)速平穩(wěn)性，同時(shí)采用精密 2FRM5型調(diào)速閥(17)進(jìn)行大范圍穩(wěn)定調(diào)速二位二通電磁閥(16)用于防止停機(jī)后刀盤(pán)西自身重量下沉的可能。背壓閥(12)在整個(gè)系統(tǒng)中產(chǎn)生背壓，增強(qiáng)系統(tǒng)工作平穩(wěn)性。整個(gè)系統(tǒng)工作動(dòng)作見(jiàn)表 1。表 1 系統(tǒng)動(dòng)作一覽表1DT 2DT 3DT 4DT 5DT工作臺(tái)快退 + - - - -工作臺(tái)工進(jìn) - + - - -切割快退 - + + - -切割工進(jìn) - + - + +3.5 電控系統(tǒng)本設(shè)計(jì)內(nèi)圓切片機(jī)是以 MCS-51系列中 8031為中央處理機(jī)作為控制主單元 的控制系統(tǒng)，以此控制系統(tǒng)完成主軸轉(zhuǎn)速測(cè)速顯示，切割速度測(cè)速顯示，片厚、片數(shù)撥碼預(yù)置及顯示，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電磁閥動(dòng)作，開(kāi)關(guān)等多種功能，保證了機(jī)器工作的可靠性在該電控系統(tǒng)中，主軸轉(zhuǎn)速由霍爾元件檢測(cè)，切割速度由光柵尺 檢測(cè)，主軸轉(zhuǎn)速，切割速度在操作面板上顯示 。片厚片數(shù)預(yù)置 ，在操作面板上通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)完成，并在自動(dòng)循環(huán)過(guò)程中自動(dòng)累計(jì)顯示一個(gè)循環(huán)過(guò)程中所切硬脆材料塊數(shù)量以及該機(jī)工作臺(tái)所切硬脆材料塊總數(shù)。為了使機(jī)器能正常工作，本機(jī)設(shè)有冷卻、刀片變形、水壓、油壓差四種故障診斷顯示為用戶(hù)排除故障，保證切片質(zhì)量提供方便。這種集操作、檢測(cè)、診斷、顯示為一體的電控系統(tǒng)為整機(jī)使用帶來(lái)很大優(yōu)越性。此外本設(shè)計(jì)的切片機(jī)首次應(yīng)用了刀片變形跟蹤惻試系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，由電渦流電磁傳感器對(duì)高速旋轉(zhuǎn)片進(jìn)行動(dòng)態(tài)撿測(cè)，經(jīng)專(zhuān)用電控裝置控制顯示刀片切割過(guò)程中的微變形，將刀片變形控制在預(yù)定范圍由，同時(shí)具有打印變形數(shù)據(jù)功能。這一裝置的采用為用戶(hù)方便使用，提高硬脆材料塊切割成品率，提高刀片壽命，降低生產(chǎn)成本都是非常有益的。內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)16第 4 章 組合機(jī)床主軸箱設(shè)計(jì)4.1 主軸箱設(shè)計(jì)的原始依據(jù)主軸箱設(shè)計(jì)的原始依據(jù)圖,是根據(jù)三圖一卡整理編繪出來(lái)的,其內(nèi)容包括主軸箱設(shè)計(jì)的原始要求和已知條件在編輯此圖時(shí)從三圖一卡中一已之1）主軸箱輪廓尺寸 500 500mm。?2）工件位置尺寸及連桿大小頭中心位置尺寸。3）工件與主軸箱位置尺寸。根據(jù)這些數(shù)據(jù)可編制出主軸箱設(shè)計(jì)原始依據(jù)圖。4.2 運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)的確定4.2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)比分配本機(jī)床主軸箱采用三級(jí)傳動(dòng)： 傳動(dòng)比為 3.765根據(jù)所提供數(shù)據(jù)估算各對(duì)齒輪齒輪數(shù)及傳動(dòng)比：第一對(duì)： =22 =32 其傳動(dòng)比 ： i=1.45 0Z1Z第二對(duì)： =26 =38 其傳動(dòng)比 ： i=1.4623第三對(duì)： =32 =57 其傳動(dòng)比 ： i=1.78 45按任務(wù)書(shū)的要求，本機(jī)床要同時(shí)粗銑兩端面。因被加工零件兩端面所要達(dá)到的各級(jí)參數(shù)都完全相同，故設(shè)計(jì)成相互對(duì)稱(chēng)的傳動(dòng)系統(tǒng)。4.2.2 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和設(shè)計(jì)參數(shù)（1） 推算出各軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩1． 各軸的轉(zhuǎn)速： 096minnr?1.452ir23.78inrn?2． 各軸輸入功率 分別為齒輪傳動(dòng)效率1?、10.97?20.9583PXKW?2..5.1?361097487內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)174.8709.4.5PXKW??3． 各軸輸入轉(zhuǎn)矩05.6.71T1.7409834X??23.0.9KW0.71258TNM4.2.3 齒輪模數(shù)的估算及其校核（1） 估算 齒輪彎曲疲勞的估算jwzNm?32?齒面點(diǎn)蝕的估算Aj370其中 為大齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速，A 為齒輪的中心距，由中心距 A 及齒數(shù)jnZ1、Z2 求其摸數(shù)12()jmmZ??根據(jù)估算所得 和 中較大的值選取相近的標(biāo)準(zhǔn)摸數(shù)對(duì)于第一對(duì)齒輪：wj第二對(duì)齒輪：mm25.639.52131 ???xZN?=2.76mmmAj)(2??取摸數(shù) m 為 3第二對(duì)齒輪：=2.4mmjwzN?32?mm6.2451.70?j取摸數(shù) m 為 3第三對(duì)齒輪： 7.2587.23??xw40j取摸數(shù) m 為 3內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)18（2） 齒輪模數(shù)計(jì)算及強(qiáng)度校核1． 選定齒輪類(lèi)型、精度、材料及齒數(shù)1） 按照所示的傳動(dòng)方案選用直齒圓拄齒輪傳動(dòng)2） 組合機(jī)床為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用 7級(jí)精度3） 材料選擇：選用小齒輪材料 40 ，硬度為 280HBS，大齒Cr輪材料為 45號(hào)鋼硬度為 240HBS，二者材料硬度為 40HBS4） 選小齒輪齒數(shù) Z1=22 大齒輪齒數(shù) Z2=322． 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式機(jī)械設(shè)計(jì)第七版進(jìn)行試算，所涉及的公式到《機(jī)械設(shè)計(jì)》的第七版得。1 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值1） 試選擇載荷系數(shù) 3.1?Kt2 ） 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩MNnPTm.5470950?3 ） 由表中可得選取齒寬系數(shù)為 14） 由表中可查材料彈性系數(shù) 2/18.aEpZ5） 由圖可知 按齒輪面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限;60limaMPH? ;50lim6aPH?6 ）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)99211026.3/047. 10947.)38(6??? ?NjLn7 ）由圖可知 查得接觸疲勞壽命系數(shù) 5.,.21?HNHNK8） 計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力取失效概率為 1% 安全系數(shù) S=1 則有： aH mpSKN54069.0lim6][111 ????? a.2.li222（3） 計(jì)算（1） 試算小齒輪分度圓直徑 ，代入 中較小的值：1td??H?內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)1931.547102.45189.2 58.26.451.2..txxxd mxx? ?由于 大于等于 58.286毫米，故取 為 66毫米。tdtd（2） 計(jì)算摸數(shù)3261??dm（4） 按齒輪彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)由公式得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為： 311][2FdFazYKTm???1． 由圖則有小齒輪的彎曲強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度極限 ，大齒輪的MPE50??彎曲疲勞強(qiáng)度極限 MPaE3802??2． 由表上則有彎曲的疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù) 8.,.21FNFN3． 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力：取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，由書(shū)中的公式有：PaXF57.304.158.01???M86224． 計(jì)算載荷系數(shù) K K=1X1.12X1.2X1.35=1.814 5． 查取齒形系數(shù) 26.,65.1?sasaY6． 查取應(yīng)力系數(shù) 7418FF7． 計(jì)算大，小齒輪的 并加以比較：][aXs?01379.5.3.6211 ??YFFa64827][22s大齒輪的計(jì)算值大。（2） 設(shè)計(jì)計(jì)算mxxxm89.120164.47.581.3 ??對(duì)比計(jì)算結(jié)果，取 ，則有：?35.201iz這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿(mǎn)足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿(mǎn)足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。此時(shí)關(guān)于幾何計(jì)算內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)201、計(jì)算分度圓的直徑：6320??xmzd 96321?xmzd2、計(jì)算中心距： a8)(10?3、計(jì)算齒輪寬度：通過(guò)查閱《組合機(jī)床手冊(cè)》得 24,10?b（3） 第二對(duì)齒輪的計(jì)算，經(jīng)校核有：46.1,2,32?izmmxd78?23b4,2（4）第三對(duì)齒輪的計(jì)算，經(jīng)校核有：78.1,5,32,343??izmmxd9635b2444.2.4 軸各參數(shù)估算及強(qiáng)度校核一、傳動(dòng)軸的估算（1）估算軸的最小直徑，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算，先按照下列初步估算的最小直徑，選取軸的材料 45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。 ][2.095TTxdNPW?? ??式中： —扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位兆帕T?T —軸所受的扭矩—軸的抗扭截面系數(shù)n —軸的轉(zhuǎn)速p—軸的傳遞的功率d —計(jì)算截面處軸的直徑—許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力][T?由以上公式可得軸的直徑； mxxnpid 13.8960452.950][2.0950333 ???內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)21取 md30in?mnPiT17.20][.9513??取 inpid49.][.0233取 m5in?mniT63.2][2.933 ??取 d40min二、主軸的強(qiáng)度校核對(duì)傳遞動(dòng)力軸滿(mǎn)足強(qiáng)度條件是最基本的要求。通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步確定出軸的尺寸后，根據(jù)受載情況進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核計(jì)算。首先作出軸的計(jì)算圖。如果軸上零件的位置已知，即已知外載荷及支反力的作用位置。將齒輪帶輪等級(jí)裝配寬度的分布簡(jiǎn)化為集中力，并視為作用在輪轂寬度的中點(diǎn)上；略去軸和軸上的自重；略去軸上產(chǎn)生的拉壓應(yīng)力；把軸看成鉸鏈支承，支反力作用在軸承上，其作用點(diǎn)的位置可用如下圖所示確定。則將雙支點(diǎn)軸當(dāng)作受集中力的簡(jiǎn)支梁進(jìn)行計(jì)算，然后繪制彎矩圖和扭矩圖，并進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核。1、 求出輸出軸的功率 ，轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩 。Vp?3n3T設(shè) ， 分別為齒輪傳動(dòng)軸承的傳動(dòng)效率?2=0.97， =0.98 則1= =5.5 =4.54 KWVp?電 ?1230.97?5.8又 = / = =255 r/m3n0i總 6.于是=9550000 =172580 n mm3T?452A2、 求作用在齒輪上的力因已知低速大齒輪的分度圓直徑= =3 57=171mm3dm?5z而： = = =2018.5 NtF32T1780?內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)22= =2018.5 =734.7 NF?t?an??tan20?式中：——主軸上大齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為 N mm3T ?——主軸上大齒輪的節(jié)圓直徑，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪即為分度圓直徑。單位d為 mm——嚙合角。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪 =??20?3、 求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖（見(jiàn)主軸箱圖）作出計(jì)算簡(jiǎn)圖。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從手冊(cè)中查得 a 值。對(duì)于 7216E 型圓錐滾子軸承，由手冊(cè)中查得a=22。對(duì)于 7220E 型圓錐滾子軸承，由手冊(cè)中查得 a=29mm。因此，作為簡(jiǎn)支梁的軸的軸承跨距 + =119.5mm+93.45mm=212.94mm。1l2內(nèi)圓切片機(jī)設(shè)計(jì)23圓 錐 滾 子 軸承 圓 錐 滾 子 軸 承圖 3-1 主
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