金剛石線鋸切割機(jī)設(shè)計(jì)[答辯畢業(yè)論文 資料 ]

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需要 CAD 圖紙，咨詢 Q：414951605 或 1304139763優(yōu)秀畢業(yè)論文，支持預(yù)覽，答辯通過，歡迎下載畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題 目： 金剛石線鋸切割機(jī)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào)專業(yè)班級(jí)分院（系）指導(dǎo)教師（職稱）2013 年 4 月 浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 中文摘要金剛石線鋸切割機(jī)設(shè)計(jì)【摘要】 本文對金剛石線鋸切割機(jī)進(jìn)行了深入的研究。在理論上探討了單晶硅各異性材料特性對電鍍金剛石線鋸切割硅晶片過程影響。分析了鋸絲沿不同的晶面、晶向鋸切對晶片的影響規(guī)律，并推薦了首選的鋸絲切入方向。研究發(fā)現(xiàn)，在確定的工藝參數(shù)下，當(dāng)鋸絲切入方向使鋸切兩邊材料的彈性模量分布關(guān)于鋸絲切入方向呈對稱性時(shí)，可有效地提高晶片面形質(zhì)量。鋸絲切入方向與被鋸切晶面內(nèi)的易開裂方向一致時(shí)，可有減少晶片表面破碎。本課題主要對切割機(jī)導(dǎo)軌平臺(tái)、工件夾具、纏繞筒及切割線張力調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過搜集相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解本課題國內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，確定設(shè)計(jì)研究方案；完成金剛石線鋸切割機(jī)滾珠絲杠、螺母、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、螺母等相關(guān)零部件及裝配圖的設(shè)計(jì)；完成相關(guān)零部件設(shè)計(jì)說明書及其圖紙?！娟P(guān)鍵詞】 金剛石；線鋸切割機(jī)；導(dǎo)軌平臺(tái)浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 英文摘要IIDesign of Diamond Wire Cutting Machine【Abstract】 In this paper, diamond wire saw cutting machine has conducted in-depth research. In theory of monocrystalline silicon anisotropic material properties of electroplated diamond wire saw cutting silicon wafer process affect. Wire sawing along the crystal surface, crystal and recommend a preferred saw Siqie into the direction of the influence of sawing the wafer. The study found that, when the saw wire into the direction of the cutting material on both sides of the elastic modulus distribution symmetrical saw cut wire into the direction, which can effectively improve the quality of the wafer surface shape to determine the process parameters. The saw wire into the sawing crystal surface easy to crack the same direction, the direction, may have to reduce the wafer surface broken.The main subject of the cutter rail platform, work holding, reel and cutting thread tension adjusting device structure design. Through the collection of relevant literature, research trends about this topic, and to determine the design of research programs; completion of the diamond wire saw cutting machine ball screws, nuts, stepper motors, nuts and other related parts and assembly drawings of design; complete the relevant parts design specification and its drawings.【Key Words】 Diamond；Wire Saw Cutting Machine；Rail Platform浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄III目 錄1 緒 論 ......................................................11.1 概述 .............................................................11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 .........................................11.3 金剛石線鋸切割機(jī)的簡介 ...........................................42 金剛石線鋸切割機(jī)的設(shè)計(jì)方案 .................................52.1 有關(guān)首選參數(shù) .....................................................52.2 切割機(jī)特點(diǎn) .......................................................62.3 金剛石線鋸切割機(jī)設(shè)計(jì)方案 .........................................62.3.1 原理分析和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ..............................................72.3.2 傳動(dòng)系統(tǒng)和工作臺(tái)的設(shè)計(jì) ..............................................72.3.3 張力調(diào)整裝置設(shè)計(jì) ....................................................83 金剛石線鋸切割機(jī)傳動(dòng)設(shè)計(jì) ..................................103.1 滾珠絲桿的選擇與計(jì)算 ............................................103.1.1 滾珠絲桿的定義 .....................................................103.1.2 滾珠絲桿副間隙調(diào)整法 ...............................................113.1.3 滾珠絲桿的循環(huán)方式 .................................................133.1.4 滾珠絲桿的計(jì)算 .....................................................143.1.5 滾珠絲桿安裝方式 ...................................................173.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇 ................................................183.3 張緊輪設(shè)計(jì) ......................................................213.4 繞線輪的設(shè)計(jì) ....................................................253.5 二維夾具的設(shè)計(jì) ..................................................27結(jié) 論 .......................................................28參考文獻(xiàn) ....................................................29致 謝 .......................................................30浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒 論1.1 概述脆性材料，如單晶硅、多晶硅、寶石、玻璃、陶瓷等，具有優(yōu)良、穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能耐磨損性、抗腐蝕性、電絕緣性等，在電子、光學(xué)及其它領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，特別是單晶硅、多晶硅、陶瓷材料被廣泛用于太陽能光伏產(chǎn)業(yè)、半導(dǎo)體、真空電鍍等高精端產(chǎn)業(yè)中。伴隨半導(dǎo)體、光伏材料技術(shù)的發(fā)展，需求量不斷增加，切割加工量大幅增長，由于硬脆材料硬度高、脆性大，因此加工難度較大。鋸切是硬脆材料機(jī)械加工的第一道工序，鋸切加工成本約占加工總成本的 50％以上，因此，切割工藝、工具及設(shè)備受到越來越廣泛的關(guān)注，并得到迅速發(fā)展 [1]。金剛石線鋸切割機(jī)是近十幾年來獲得快速發(fā)展的一種硬脆材料切割設(shè)備，包括使用游離磨料和固結(jié)磨料兩類。根據(jù)鋸絲的運(yùn)動(dòng)方式和機(jī)床結(jié)構(gòu)，也可分為往復(fù)式和單向線鋸。金剛石線鋸使用高硬度的金剛石作為磨料，其典型磨粒尺寸為數(shù)十個(gè)微米，同時(shí)具備線鋸切割的特點(diǎn)，能夠?qū)τ泊嗖牧线M(jìn)行精密、窄鋸縫切割，且可實(shí)現(xiàn)成形加工。隨著在大尺寸半導(dǎo)體和光電池薄片切割中的應(yīng)用和發(fā)展，金剛石線鋸逐漸顯現(xiàn)出一系列無可比擬的優(yōu)點(diǎn)：加工表面損傷小、撓曲變形小，切片薄、片厚一致性好，能切割大尺寸硅錠，省材料、效益高，產(chǎn)量大，效率高等 [2]。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢用金剛石線鋸切割脆性半導(dǎo)體材料的工藝最早由 Mesh 于 20 世紀(jì) 70 年代提出W.Ebner 進(jìn)行了早期線鋸加工實(shí)驗(yàn),由一個(gè)主動(dòng)輪鼓和一個(gè)從動(dòng)滑輪組成往復(fù)式多線鋸的往復(fù)式試驗(yàn)機(jī)床，金剛石鋸的兩端繞過滑輪分別固定在輪鼓徑向的兩端電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪鼓帶動(dòng)鋸絲往復(fù)運(yùn)動(dòng)。W.Ebner 用之進(jìn)行切割，得到了小于 0.4mm 的切片厚度。20 世紀(jì) 80 年代，出現(xiàn)了可用于硅片切割的金剛石多線鋸。Anders J.R 使用日本Yasunagar 公司的 YQ—100 金剛石多線鋸進(jìn)行了硅切片實(shí)驗(yàn)，得到的切縫寬度小于0.16mm，表面損傷層深度小于 5um。ITo、Murata、Tokura 和 Ishikawa 等人則對金剛石線鋸的切害特性進(jìn)行初步實(shí)驗(yàn)研究 [3]。20 世紀(jì) 90 年代，尤其是近幾年來，金剛石線鋸得到了快速發(fā)展，對其研究也更為深入。Li 等人提出鋸絲施加在磨粒上的力帶動(dòng)磨粒沿切削表面滾動(dòng)，同時(shí)壓擠磨粒嵌入切削表面，從而形成剝落片屑和表面裂縫，形成宏觀的切割作用。重點(diǎn)研究了磨粒嵌入工件時(shí)的應(yīng)力分布和作用，發(fā)現(xiàn)磨粒對材料的最大剪切應(yīng)力發(fā)生在微觀切削表面之下，據(jù)此對磨料的選擇進(jìn)行優(yōu)化。Kao 等人指出在“滾動(dòng)一嵌入”模型中，磨粒的運(yùn)動(dòng)除滾動(dòng)和嵌入外，還包括刮擦，三者共同形成切削作用。Bhagirat浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 等人則在這個(gè)模型中考慮了磨漿的作用并認(rèn)為，在鋸絲帶動(dòng)游離磨料切割硅錠的小區(qū)域內(nèi)，鋸絲與磨漿的運(yùn)動(dòng)構(gòu)成了一個(gè)彈性流體動(dòng)力學(xué)環(huán)境，用有限元方法分析鋸絲與硅錠間的磨漿彈性流體動(dòng)力學(xué)模型，得到磨漿薄膜厚度和壓力分布關(guān)于走絲速度、磨漿粘度和切割條件的函數(shù)，還得出結(jié)論：磨漿薄膜厚度大于平均磨粒尺寸，是磨粒的流動(dòng)產(chǎn)生了切削 [4]。Sahoo 等人用有限元方法對薄片切割過程中鋸絲的振動(dòng)模型和熱應(yīng)力進(jìn)行了分析，提出一個(gè)反饋控制算法，根據(jù)在線測得的鋸絲的張緊力、剛度、溫度等參數(shù)對切割過程進(jìn)行控制，最后提出了一種分析、改進(jìn)鋸切工藝的方法。Wei 等人對單晶和多晶棒以及陶瓷材料（氧化鋁）進(jìn)行切割實(shí)驗(yàn)，建立了一個(gè)軸向運(yùn)動(dòng)的鋸絲振動(dòng)模型，通過振動(dòng)仿真研究了鋸絲張緊力、切片的池壁效應(yīng)和磨漿阻尼對鋸絲振動(dòng)幅度的影響并認(rèn)為，鋸絲振動(dòng)受走絲速度影響很小，研究中還第一次使用莫爾條紋干涉法對切片表面質(zhì)量進(jìn)行了高精度測量 [5]。在得到廣泛應(yīng)用的游離磨料線切割加工中，金剛石磨漿的組成特性無疑對切割性能和質(zhì)量有直接影響，同時(shí)也是加工成本和環(huán)境污染的主要決定因素。Oishi 等人開發(fā)了一種適合切割大截面硅片時(shí)使用的水溶性冷卻劑。Costantini 和 Caster 使用沉積槽和筐式離心過濾機(jī)對被微細(xì)硅切屑所污染的磨漿進(jìn)行了分離，取得了較好效果。Nishijima 等人對油基磨漿的凈化和回收進(jìn)行了研究并認(rèn)為，鋸絲中的鐵質(zhì)粘附于金剛石磨粒的表面從而降低其切削性能，提出用超導(dǎo)磁體分離器先進(jìn)行被磁化磨粒的分離，再進(jìn)行硅粉末的分離，實(shí)現(xiàn)磨漿的凈化和回收重用 [6]。國外線切割設(shè)備生產(chǎn)廠家主要有日本 TAKATORI 公司，不二越機(jī)械工業(yè)株式會(huì)社，NTC 公司以及瑞士的 M&B 公司，HCT 公司，從產(chǎn)品技術(shù)角度劃分，瑞士的兩家公司生產(chǎn)的線切割機(jī)水平較高。尤其是 HCT 公司，該公 1984 年成立以來，專攻線切割機(jī)技術(shù)，如今已成為業(yè)界的技術(shù)帶頭人。TAKATORI 公司產(chǎn)品主要有 MWS-48SD、MWS-610、MWS-610SD 三種，可用于 100mm~200mm 之間半導(dǎo)體材料的切割。該公司其他一些線切割設(shè)備主要用于截面尺寸較小的磁性材料、光電材料的切割。以上三種線切割機(jī)產(chǎn)品都屬于三軸(導(dǎo)輪)驅(qū)動(dòng)形式，MWS-610SD 采用材料向下運(yùn)動(dòng)的切割方式。這兩種線切割機(jī)線絲存線長度不超過 150KM。不二越機(jī)械工業(yè)株式會(huì)社線切割機(jī)主要有 FSW-150 型。三軸(導(dǎo)輪)驅(qū)動(dòng)形式，可切 150×150 方形材料（主要針對太陽能光電硅材料切割）存線長度不超過 150KM。NTC 公司（日平外山公司）主要提供 300mm 晶圓片線切割機(jī)MNM444B 和 MWM454B 兩種。三軸(導(dǎo)輪)驅(qū)動(dòng)形式，存線長度達(dá) 400KM。瑞士M&B 公司在原 DS260 線切割機(jī)基礎(chǔ)上研制出 DS261、DS262 、BS800 三種機(jī)型。其中 DS262 機(jī)型是專為太陽能級(jí)硅片切割設(shè)計(jì)的，該機(jī)型一次可切四根單晶棒料。其最大生產(chǎn)效率為一次自動(dòng)切割過程中能切出圓片 4400 片。BS800 機(jī)型是帶鋸切割浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 方形材料的設(shè)備。M&B 公司線切割機(jī)主要用于 200mm 硅圓片和太陽能級(jí)硅片的切割加工，四軸導(dǎo)輪驅(qū)動(dòng)形式，大大增強(qiáng)了工作臺(tái)的承料面積。HCT 公司生產(chǎn)的線切割機(jī)主要有E400SD、E500SD、E500ED-8、E400E-12 四種，其中 E400SD、E500SD 兩種機(jī)型主要用于太陽能級(jí)硅片切割加工，最大加工到 150mm。E500ED-8、E400E-12 適用于半導(dǎo)體圓片加工生產(chǎn)，E500ED-8 為 200mm 設(shè)備， E400E-12 為 300mm 設(shè)備。HCT 公司與 M&B 線切割機(jī)設(shè)備主要以四軸導(dǎo)輪驅(qū)動(dòng)形式設(shè)計(jì)，這樣可以增大工作臺(tái)的面積，增大切割能力 [7]。我國半導(dǎo)體切割技術(shù)起步較晚，目前國內(nèi)處于領(lǐng)先水平的是四十五所自主研制開發(fā)的 DXQ601 型多線切割機(jī)，具有手動(dòng)、自動(dòng)功能模式。界面直接顯示線速、張力、被切材料的切割位置和進(jìn)給速度、砂漿流量。其操作簡潔直觀，熱交換器控制砂漿溫度，溫度控制準(zhǔn)確，保證切片精度。采用主軸電機(jī)變頻控制方式，張力傳感器和伺服電機(jī)閉環(huán)控制。樊瑞新和盧煥明對比線鋸切割硅片和內(nèi)圓鋸切割硅片的表面切割損傷和損傷層厚度并指出，線切割硅片表面粗糙度大，外表面損傷大，但損傷層的厚度要小于常規(guī)內(nèi)圓鋸切割硅片，并討論了影響線切割硅片表面損傷的原因。畢善斌等人研制了一臺(tái)往復(fù)式金剛石線鋸機(jī)床。孫建章等人設(shè)計(jì)了一臺(tái)往復(fù)自旋式電鍍金剛石線鋸數(shù)控切割機(jī)，以氣缸為驅(qū)動(dòng)裝置，步進(jìn)電機(jī)控制鋸絲旋轉(zhuǎn)，在二維數(shù)控工作臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對非金屬硬脆材料的切割及曲線加工。高偉對固結(jié)磨料的環(huán)形金剛石線鋸的鋸絲制造進(jìn)行了研究，進(jìn)行了花崗巖的切割實(shí)驗(yàn)，建立了鋸切力的理論模型，研究了鋸絲失效機(jī)理，用有限元模型分析了金剛石顆粒破碎和脫落原因。國內(nèi)最早從事太陽能多線切割機(jī)開發(fā)的是上海日進(jìn)。上海日進(jìn)引進(jìn)日本技術(shù)，早在 2006 年就推出了第一臺(tái)多線切割樣機(jī)，樣機(jī)類似 NTC MWM442D。樣機(jī)在日進(jìn)內(nèi)部切割試驗(yàn)結(jié)果良好，切除的硅片質(zhì)量完全合格。但是在客戶實(shí)際試用的時(shí)候，還是遇到了很多的問題，如成品率低、斷線率高、設(shè)備的控制精度比國外進(jìn)口設(shè)備要差。湖南宇晶在 2006 年左右開始研制多線切割機(jī)，主要針對水晶切割市場。經(jīng)過幾年的實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)后，目前在國內(nèi)也已經(jīng)銷售出了幾十臺(tái)多線切割機(jī)，取得了長足的進(jìn)步。但是該公司還沒有開發(fā)出適應(yīng)太陽能硅片切割的多線切割機(jī)。陜西漢江機(jī)床公司展出的 4620 型數(shù)控多線切割機(jī)。該機(jī)經(jīng)過多年研制，突破并掌握關(guān)鍵技術(shù)而開發(fā)成功的大規(guī)格高效、高精多線切割設(shè)備，最大工件 250mm，最大工件長度 820mm，最大存線量 800km。其解決了高精度排線導(dǎo)輪的多輥同步驅(qū)動(dòng)技術(shù)，恒張力控制技術(shù)，高精度切割進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)，高精度排線導(dǎo)輪系統(tǒng)的制造及耐用度技術(shù)。浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 中國電子科技集團(tuán)承擔(dān)的國家重大科技項(xiàng)目 300mm 多線切割機(jī)研制成功，打破了國內(nèi)生產(chǎn)線上運(yùn)行的 12 英寸多線切割機(jī)全部為進(jìn)口設(shè)備的現(xiàn)狀,該機(jī)將完成商業(yè)機(jī)型的生產(chǎn)工藝驗(yàn)收。國產(chǎn)切割機(jī)無論從品種規(guī)格，或性能參數(shù)指標(biāo)各方面，與國外機(jī)相比，已縮小了差距，并接近國外水平 [8]。1.3 金剛石線鋸切割機(jī)的簡介金剛石線鋸切割機(jī)，又稱金剛石砂線切割機(jī)床，金剛石線鋸切割機(jī)床，金剛石線鋸機(jī)，砂線切割機(jī)床，數(shù)控砂線機(jī)床，數(shù)控金剛石砂線機(jī)等。當(dāng)加工的材料不導(dǎo)電而需要采用線切割的加工方式時(shí)，電火花線切割機(jī)床失去效果，為此數(shù)控金剛石砂線切割機(jī)床便開始顯現(xiàn)其加工優(yōu)勢，該機(jī)床對導(dǎo)電和不導(dǎo)電材料只要硬度比砂線小均可加工。目前，Diamond Wire Technology 部公司生產(chǎn)的金剛石線鋸最大已能切割直徑 45Omm 的硅錠。MEY-ERBURGER 公司生產(chǎn)的 DS262 型線鋸能同時(shí)切割 4根長 520mm、截面為 153mmx153mm 或直徑為 6mm 的硅棒，一次切 4400 片。HCL公司的 ESOOED 一 8 型線鋸則可同時(shí)對 6 根長 500mm、直徑 3mm 的硅棒進(jìn)行切割，一次切出 6000 片。對用電火花線切割機(jī)床難加工的石墨材料，采用金剛石砂線切割機(jī)床尤能顯示其無比的優(yōu)越性；金剛石線切割機(jī)床用于切割各種金屬非金屬復(fù)合材料、玻璃、巖石材料、寶石、單晶硅、碳化硅、多晶硅、耐火磚、陶瓷、環(huán)氧板、鐵氧體等，特別適用于切割高價(jià)值易破碎裂的各種脆性不同硬度晶體。金剛石線鋸多采用多線往復(fù)式結(jié)構(gòu)，為滿足大截面切片和提高產(chǎn)量的需求，導(dǎo)輪間距、導(dǎo)輪槽數(shù)和鋸絲長度不斷增大，提高了大尺寸硅錠的多件、多片同時(shí)切割能力。浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 52 金剛石線鋸切割機(jī)的設(shè)計(jì)方案本文研究的畢業(yè)設(shè)計(jì)所做的課題為金剛石線鋸切割機(jī)設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)金剛石線鋸切割機(jī)整體結(jié)構(gòu)和各個(gè)部件的選用、布局，改善其性能，從結(jié)構(gòu)方面分析，對其機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。金剛石線鋸切割機(jī)的原理分析；金剛石線鋸切割機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；傳動(dòng)系統(tǒng)和工作臺(tái)的設(shè)計(jì)；張力調(diào)整裝置設(shè)計(jì)。產(chǎn)品如圖 1 所示：圖 1：金剛石線鋸切割機(jī)產(chǎn)品圖2.1 有關(guān)首選參數(shù)使用地點(diǎn)：金剛石線鋸切割機(jī)裝置；初步確定的參數(shù)：最大切割直徑：150mm切割微線直徑：20--100m切割微線速度：0--3m/sX軸移動(dòng)平臺(tái)行程：120mmY軸移動(dòng)平臺(tái)行程：100mm浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)論氣動(dòng)張力調(diào)整：0--0.6Mpa2.2 切割機(jī)特點(diǎn)金剛石線鋸切割機(jī)對金屬及非金屬貴重或超硬材料的精密切割。特別是對人工晶體，陶瓷以及半導(dǎo)體材料的精密切割。（1）臺(tái)式小型化，最大切割直徑 150 毫米；（2）X 軸移動(dòng)平臺(tái)由雙直線導(dǎo)軌支撐，精密絲杠 /步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，PLC 控制，進(jìn)給速度可無級(jí)調(diào)整在 0.02 微米～ 100 毫米/分之間，以及切割數(shù)據(jù)管理（3）Y 軸移動(dòng)平臺(tái)由雙直線導(dǎo)軌支撐、精密絲杠 /步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，PLC 控制，可精確控制切割厚度的調(diào)整。Y 軸移動(dòng)平臺(tái)上裝有二維旋轉(zhuǎn) (水平方向 360°垂直方向±15°)夾具，該夾具上安裝了由電機(jī)驅(qū)動(dòng)、無級(jí)調(diào)速的可旋轉(zhuǎn)的卡料機(jī)械手，旋轉(zhuǎn)速度在 0～36 轉(zhuǎn)/分之間，可實(shí)現(xiàn)金剛石線與料的點(diǎn)接觸切割。這樣，切割阻力不隨切割深度變化而變化，使切割面形一致而實(shí)現(xiàn)被切材料的平整度、平行度能夠達(dá)到切片的技術(shù)指標(biāo)，并可替代粗磨工序。以切割白寶石（4 英寸）為例，面形平面度在 0.01 毫米以下，效率比面接觸切割可提高一倍。旋轉(zhuǎn)點(diǎn)接觸切割，經(jīng)查新目前世界上還尚未發(fā)現(xiàn)有此類產(chǎn)品，實(shí)屬世界第一臺(tái)。（4）PLC 程序?qū)η懈钸M(jìn)給速度、切割總長度、切割時(shí)間等進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)控管理；（5）金剛石切割微線張緊采用雙回路可調(diào)氣壓裝置；（6）金剛石切割微線纏繞系統(tǒng)采用精密絲杠推動(dòng)的往復(fù)移動(dòng)平臺(tái)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并由脈寬調(diào)制電路控制的直流電機(jī)做驅(qū)動(dòng)，使得滾筒運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、無爬行；（7）機(jī)身采用連體鑄造結(jié)構(gòu)，確保各部件的裝配精度；（8）裝有泵輸送冷卻液循環(huán)裝置；（9）金剛石切割微線可分段使用；（10）PLC 可編寫程序設(shè)置 X、Y 軸聯(lián)動(dòng)（即所要材料的切割厚度相同，并且連續(xù)切割，切割完畢后回到原點(diǎn)） 。2.3 金剛石線鋸切割機(jī)設(shè)計(jì)方案研究的畢業(yè)設(shè)計(jì)所做的課題為金剛石線鋸切割機(jī)設(shè)計(jì)，要求設(shè)計(jì)金剛石線鋸切割機(jī)整體結(jié)構(gòu)和各個(gè)部件的選用、布局，改善其性能，從結(jié)構(gòu)方面分析，對其機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。對金剛石線鋸切割機(jī)的原理分析；金剛石線鋸切割機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；傳動(dòng)系統(tǒng)和工作臺(tái)的設(shè)計(jì)；張力調(diào)整裝置設(shè)計(jì)。機(jī)床需完成線鋸的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)論工作臺(tái)需可沿 X方向和 Y方向的移動(dòng)。對切割機(jī)導(dǎo)軌平臺(tái)、工件夾具、纏繞筒及切割線張力調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)金剛線與工件精確點(diǎn)接觸切割，使其具有工作平穩(wěn)、噪聲低、切割精度高等優(yōu)點(diǎn)。2.3.1 原理分析和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)把一根細(xì)長的鋼絲繩纏繞在排線輪上，鋼絲兩頭分別由放線機(jī)構(gòu)與收線機(jī)構(gòu)拉緊。在收放線機(jī)構(gòu)與排線輪之間裝有若干張力控制輪用以控制鋼絲的剛度。排線輪高速正反向有節(jié)奏地旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)鋼絲往復(fù)運(yùn)動(dòng)。設(shè)備配有切割液噴灑系統(tǒng)，由壓縮泵提供動(dòng)力。切割液由表面活性劑、碳化硅磨料和油基添加劑配制而成。切割時(shí)，切割液噴灑到硅棒刀口和鋼絲線上，切割進(jìn)給機(jī)構(gòu)均勻運(yùn)動(dòng)，把硅棒壓向高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)的鋼絲，切出一組符合要求的高質(zhì)量硅片。金剛石線鋸切割機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 2所示：1—床身；2—X,Y 工作臺(tái)；3—導(dǎo)向輪；4—金剛石切割微線；5—繞線輪；6—張緊輪；7—滾筒；8—切削液圖 2： 金剛石線鋸切割機(jī)的總體結(jié)構(gòu)示意圖2.3.2 傳動(dòng)系統(tǒng)和工作臺(tái)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的切割機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)金剛石線鋸框浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)論架沿垂直燕尾形導(dǎo)軌上下滑動(dòng)，工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由固定在機(jī)床上的步進(jìn)電機(jī)及滾珠絲杠和直線導(dǎo)軌組成，機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)：工件安裝在工作臺(tái)上，工作臺(tái)沿縱、橫 2個(gè)坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)，可同時(shí)達(dá)到平面曲線的任意一點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)切割運(yùn)動(dòng)軌跡的控制。X，Y 坐標(biāo)工作臺(tái)用來裝夾工件，X 軸和 Y 軸由控制箱發(fā)出進(jìn)給信號(hào)，分別控制兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)行預(yù)定的加工。其主要由滑塊、導(dǎo)軌、絲杠運(yùn)動(dòng)副、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)幾部分分組成，如圖 3 所示：圖 3：金剛石切割機(jī)床傳動(dòng)圖2.3.3 張力調(diào)整裝置設(shè)計(jì)在加工過程中，線鋸會(huì)因?yàn)闊嵘扉L和損耗等導(dǎo)致線鋸張力下降。如果線鋸張力不恒定，隨著張力的減小或增大線鋸的理論位置與實(shí)際切割時(shí)位置(動(dòng)態(tài)平衡位置)的偏移量不恒定。從而造成加工尺寸誤差、切割表面凸凹不平等。在沒有恒張力機(jī)構(gòu)輔助工作時(shí)，加工過程中線鋸忽緊忽松，張力隨時(shí)發(fā)生變化。因此，在金剛石線切割加工中線鋸的恒張力的控制對加工具有重要的意義。用于線切割機(jī)的自動(dòng)張力調(diào)整裝置，目前從原理上可分為兩種：一種是靠彈簧的作用，以變力緊絲，該裝置包括一組導(dǎo)輪和—個(gè)彈簧緊絲裝置；另一種是由重力塊作用，以恒力緊絲。該裝置包括一組導(dǎo)輪和一個(gè)重力塊。本設(shè)計(jì)研制了一種結(jié)構(gòu)簡單、靈敏可靠、體積小的張力凋整裝置，如圖 4 所示。浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)論1—導(dǎo)向套；2—定位架；3—導(dǎo)軌盒；4—彈簧；5—導(dǎo)向壓桿；6—壓輪；7—輔助導(dǎo)向器；8—位置調(diào)整機(jī)構(gòu)；9—下導(dǎo)向器圖 4：自動(dòng)張絲裝置的結(jié)構(gòu)圖浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)論3 金剛石線鋸切割機(jī)傳動(dòng)設(shè)計(jì)金剛石線鋸切割機(jī)是圍繞著金剛石線鋸切割機(jī)整體結(jié)構(gòu)來進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。主要的重點(diǎn)和難點(diǎn)是機(jī)床需完成線鋸的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)需可沿 X 方向和 Y 方向的移動(dòng)，對切割機(jī)導(dǎo)軌平臺(tái)、工件夾具、纏繞筒及切割線張力調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。而且要實(shí)現(xiàn)金剛線與工件精確點(diǎn)接觸切割，使其具有工作平穩(wěn)、噪聲低、切割精度高等優(yōu)點(diǎn)。3.1 滾珠絲桿的選擇與計(jì)算滾 珠 絲 杠 由 螺 桿 、 螺 母 和 滾 珠 組 成 。 它 的 功 能 是 將 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 轉(zhuǎn) 化 成 直 線 運(yùn) 動(dòng) ，這 是 滾 珠 螺 絲 的 進(jìn) 一 步 延 伸 和 發(fā) 展 ， 這 項(xiàng) 發(fā) 展 的 重 要 意 義 就 是 將 軸 承 從 滑 動(dòng) 動(dòng) 作變 成 滾 動(dòng) 動(dòng) 作 。 由 于 具 有 很 小 的 摩 擦 阻 力 ， 滾 珠 絲 杠 被 廣 泛 應(yīng) 用 于 各 種 工 業(yè) 設(shè) 備和 精 密 儀 器 。3.1.1 滾珠絲桿的定義滾 珠 絲 杠 是 工 具 機(jī) 和 精 密 機(jī) 械 上 最 常 使 用 的 傳 動(dòng) 元 件 ， 其 主 要 功 能 是 將 旋 轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng) 轉(zhuǎn) 換 成 線 性 運(yùn) 動(dòng) ， 或 將 扭 矩 轉(zhuǎn) 換 成 軸 向 反 覆 作 用 力 ， 同 時(shí) 兼 具 高 精 度 、 可 逆性 和 高 效 率 的 特 點(diǎn) 。3.1.2 滾珠絲桿副間隙調(diào)整法滾 珠 絲 杠 副 的 軸 向 間 隙 是 工 作 時(shí) 滾 珠 與 滾 道 面 接 觸 點(diǎn) 的 彈 性 變 形 引 起 的 螺 母位 移 量 ， 它 會(huì) 影 響 反 向 傳 動(dòng) 精 度 及 系 統(tǒng) 的 穩(wěn) 定 性 。 常 用 的 消 隙 方 法 是 雙 螺 母 加 預(yù)緊 力 （ 在 調(diào) 整 時(shí) ， 應(yīng) 注 意 預(yù) 緊 力 大 小 要 適 宜 ） ， 基 本 能 消 除 軸 向 間 隙 。（ 1） 雙 螺 母 墊 片 式 調(diào) 隙 。 調(diào) 整 墊 片 厚 度 使 兩 個(gè) 螺 母 產(chǎn) 生 軸 向 相 對 位 移 ， 從而 消 除 幾 何 間 隙 和 軸 向 間 隙 ， 并 施 加 預(yù) 緊 力 。 其 特 點(diǎn) 是 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 工 作 可 靠 ， 但調(diào) 整 不 準(zhǔn) 確 。（ 2） 雙 螺 母 螺 紋 式 調(diào) 隙 。 雙 螺 母 螺 紋 式 調(diào) 隙 由 鎖 緊 螺 母 、 圓 螺 母 及 絲 杠 組成 。 其 特 點(diǎn) 是 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、 工 作 可 靠 、 調(diào) 整 方 便 ， 但 不 能 精 確 調(diào) 整 。（ 3） 雙 螺 母 齒 差 式 調(diào) 隙 。 該 調(diào) 隙 方 法 結(jié) 構(gòu) 復(fù) 雜 ， 但 工 作 精 確 、 可 靠 。 可 實(shí)現(xiàn) 定 量 調(diào) 整 ， 即 進(jìn) 行 精 密 微 調(diào) ， 調(diào) 整 精 度 高 。浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)論3.1.3 滾珠絲桿的循環(huán)方式滾 珠 絲 杠 副 按 不 同 的 循 環(huán) 方 式 分 可 以 分 為 內(nèi) 循 環(huán) 和 外 循 環(huán) 。 內(nèi) 循 環(huán) 均 采 用 反向 器 實(shí) 現(xiàn) 滾 珠 循 環(huán) ， 反 向 器 有 兩 種 類 型 。 如 圖 1-1 為 圓 柱 凸 鍵 反 向 器 ， 它 的 圓柱 部 分 嵌 入 螺 母 內(nèi) ， 端 部 開 有 反 向 槽 。 反 向 槽 靠 圓 柱 外 圓 面 及 其 上 端 的 圓 鍵 定 位 ，以 保 證 對 準(zhǔn) 螺 紋 滾 道 方 向 。 外 循 環(huán) 滾 珠 循 環(huán) 鏈 較 長 ， 但 軸 向 排 列 緊 湊 ， 軸 向 尺 寸小 ， 螺 母 配 合 外 徑 較 大 （ C 型 較 小 ） 剛 性 較 差 ， 但 滾 珠 ； 流 暢 性 好 ， 靈 活 、 輕 便 。外 循 環(huán) 的 摩 擦 力 矩 較 大 ， 工 藝 性 較 好 ， 制 造 成 本 低 。（ 1） 與 滑 動(dòng) 絲 杠 副 相 比 驅(qū) 動(dòng) 力 矩 為 1/3 由 于 滾 珠 絲 杠 副 的 絲 杠 軸 與 絲 杠 螺 母 之 間 有 很 多 滾 珠 在 做 滾 動(dòng) 運(yùn) 動(dòng) ,所 以 能得 到 較 高 的 運(yùn) 動(dòng) 效 率 。 與 過 去 的 滑 動(dòng) 絲 杠 副 相 比 驅(qū) 動(dòng) 力 矩 達(dá) 到 1/3 以 下 ,即 達(dá) 到同 樣 運(yùn) 動(dòng) 結(jié) 果 所 需 的 動(dòng) 力 為 使 用 滾 動(dòng) 絲 杠 副 的 1/3。 在 省 電 方 面 很 有 幫 助 。 （ 2） 高 精 度 的 保 證 滾 珠 絲 杠 副 是 用 日 本 制 造 的 世 界 最 高 水 平 的 機(jī) 械 設(shè) 備 連 貫 生 產(chǎn) 出 來 的 ， 特 別是 在 研 削 、 組 裝 、 檢 查 各 工 序 的 工 廠 環(huán) 境 方 面 ,對 溫 度 、 濕 度 進(jìn) 行 了 嚴(yán) 格 的 控 制 ，由 于 完 善 的 品 質(zhì) 管 理 體 制 使 精 度 得 以 充 分 保 證 。 （ 3） 微 進(jìn) 給 可 能 滾 珠 絲 杠 副 由 于 是 利 用 滾 珠 運(yùn) 動(dòng) ,所 以 啟 動(dòng) 力 矩 極 小 ,不 會(huì) 出 現(xiàn) 滑 動(dòng) 動(dòng) 那 樣 的爬 行 現(xiàn) 象 ,能 保 證 實(shí) 現(xiàn) 精 確 的 微 進(jìn) 給 。 （ 4） 無 側(cè) 隙 、 剛 性 高 滾 珠 絲 杠 副 可 以 加 予 壓 ,由 于 予 壓 力 可 使 軸 向 間 隙 達(dá) 到 負(fù) 值 ,進(jìn) 而 得 到 較 高 的剛 性 (滾 珠 絲 杠 內(nèi) 通 過 給 滾 珠 加 予 壓 力 ,在 實(shí) 際 用 于 機(jī) 械 裝 置 等 時(shí) ,由 于 滾 珠 的 斥力 可 使 絲 母 部 的 剛 性 增 強(qiáng) )。 （ 5） 高 速 進(jìn) 給 可 能 滾 珠 絲 杠 由 于 運(yùn) 動(dòng) 效 率 高 、 發(fā) 熱 小 、 所 以 可 實(shí) 現(xiàn) 高 速 進(jìn) 給 (運(yùn) 動(dòng) )。 3.1.4 滾珠絲桿的計(jì)算1計(jì)算額定動(dòng)載荷341067.' ??hmMABFalnKC浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)論表 3-1 壽命的選擇主機(jī)類型 Th（h）一般機(jī)床、組合機(jī)床 10000數(shù)控機(jī)床、精密機(jī)床 15000工程機(jī)床 5000——10000自動(dòng)控制系統(tǒng) 15000測量系統(tǒng) 15000航空機(jī)械 1000——2000表 3-2 滾珠絲杠副載荷、硬度和精度系數(shù)表載荷系數(shù) 硬度系數(shù) 精度系數(shù)滾道實(shí)際硬度 HRCHK精度等級(jí) AK載荷性質(zhì)FK≥58 1.0 C、D 1.0沖擊小、平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)1.0-1.2 55 1.11 E、F 1.1一般沖擊 1.2-1.5 50 1.56 G 1.25較大沖擊、振動(dòng)1.5-2.5 45 2.4 H 1.43查表 3-1 得：Lh ’=15000查表 3-2 得 KA=1.0, KH=1.0,KF=1.2（數(shù)控機(jī)床的公差等級(jí)取 C、D 級(jí)） ，代入式得， NlnFKChmMABa9301067.5312..' 4???根據(jù)額定動(dòng)載荷選擇滾珠絲杠副的相應(yīng)參數(shù)。依據(jù) Ca≥Ca ‘的原則，選擇漢浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)論江機(jī)床廠 C2 型滾珠絲杠副，型號(hào)是 2005-2.5，各種參數(shù)為動(dòng)載荷 Ca=9610N，公稱直徑 D0=25mm，導(dǎo)程 P=5mm,滾珠直徑 db=3.175mm，螺旋角 Ψ=3°38′。取螺母調(diào)整預(yù)緊后原螺紋升角的補(bǔ)償值 P1=8′40〞計(jì)算螺紋滾道半徑 R、偏心距 e 和絲杠內(nèi)徑 d1 公式分別為R=0.52db=0.52×3.175=1.651mm e=(R-db/2)sin45°=（1.651-3.175/2）×0.707=0.045mm d1= D0+2e-2R=25+2×0.045-2×1.651=21.788mm X 軸絲桿取有效行程長度為 120mm，Y 軸絲桿取有效行程長度為 100mm。 3 驗(yàn)算穩(wěn)定性。臨界載荷Fcr= 2()aEIuL?式中 E——絲杠材料彈性模量，E=206GPaIa——絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩（ m4） ，Ia= 416d?——長度系數(shù)， =1-2uuL——絲杠工作長度（m）Ia= 3.14×（21.788×10-3m）4/64=11.056×10-9m4416d??將 E=206×109Pa（絲杠材料為鋼） u=1、Ia=11.056×10-9m4、L=0.18m 代入臨界載荷計(jì)算式，得Fcr= 3.142×206×109Pa×11.056×10-9/（ 1×0.18）2=693072N2()aEIuL??則安全系數(shù) S 為S=Fcr/Fm=693072/1200=577.56 由上式可見，S ＞4，所以絲杠工作安全。驗(yàn)算剛度。導(dǎo)程的每米變形量△L 的計(jì)算式為△L=±F/EA±PT/2 GJc ?式中 F——工作載荷（ N）浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)論E——絲杠材料彈性模量，E=206GPaA——絲杠截面積（m2）P——基本導(dǎo)程（ m）T——轉(zhuǎn)矩（N·m） ，T= FMD0tan(Ψ+ P1)/2 G——絲杠切變模量，G=83.3GPaJc——絲杠的極慣性矩（m4） ，Jc= d1/32 ?A= d12/4=3.14×(21.788×10-3m)2/4=3.72×10-4m2 ?T=FMD0tan(Ψ+P1)/2=1200 ×25×10-3×tan（3°38 ′+8 ′40〞）/2=0.78 N·mJc= d14/32=3.14×（21.788×10-3m）4/32=22.133×10-9m4將 F=1200N、 E=206×109Pa、A=3.72×10-4m2、P=5mm、T=0.78N·m、G=83.3GPa 、Jc=22.133×10-9m4 代入導(dǎo)程的每米變形量△L 的計(jì)算式，得△L=1200N/206×109Pa× 3.72×10-4m2+5×10-3×0.78N·m/2×3.14×83.3×109Pa×22.133×10-9m4=1.89×10-5數(shù)控機(jī)床取 D 級(jí)精度，即在任意 300mm 內(nèi)導(dǎo)程公差為 10um，則每米公差為3.33×10-5m，所以剛度驗(yàn)算合格。驗(yàn)算效率。滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率 η 的計(jì)算式為η=tanΨ/tan(Ψ+ P1) 將 Ψ=3 °38′ ， P1=8′40〞式中 Ψ——螺紋升角P1——補(bǔ)償值代入上式得 η=tan3°38′ /tan3°38′+8′40〞=98.4％一般滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率 η＞90％即可。浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)論3.1.5 滾珠絲桿安裝方式一端固定一端自由：絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性都很低，結(jié)構(gòu)簡單，軸向剛度較小，適用于較短的滾珠絲杠安裝和垂直的滾珠絲杠安裝。兩端鉸支：結(jié)構(gòu)簡單，軸向剛度小，適用于對剛度和位移精度要求不高的滾珠絲杠安裝，對絲杠的熱伸長較敏感，適用于中等回轉(zhuǎn)速度。一端固定一端較支：絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性都較高，適用于中等回轉(zhuǎn)速度，結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，軸向剛度大，適用于對剛度和位移精度要求較高的滾珠絲桿安裝，推力球軸承應(yīng)安裝在離熱源（步進(jìn)電動(dòng)機(jī)）較遠(yuǎn)的一端。兩端固定，絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性最高，適用于高速回轉(zhuǎn)。就夠復(fù)雜。兩端軸承均調(diào)整預(yù)緊，絲杠的溫度變形可轉(zhuǎn)化為推力軸承的預(yù)緊力，軸向剛度最大，適用于對剛度和位移精度要求高和較長的滾珠絲杠安裝。金剛石切割機(jī)要求的精度高，因此絲杠的固定方式選擇為兩端固定的方式。如圖 5 所示的是滾珠絲杠的固定方式。1 代表移動(dòng)平臺(tái)，2 代表平臺(tái)與螺母連接的部分，3 代表支撐的軸承，4 代表滾珠絲杠，5 代表螺母。浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)論圖 5：滾珠絲杠的固定方式3.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)變?yōu)橄鄳?yīng)的直線位移或角位移的數(shù)字/模擬變換器。一般電動(dòng)機(jī)是連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則是每當(dāng)電動(dòng)機(jī)繞組接收一個(gè)脈沖時(shí)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個(gè)相應(yīng)的角度，該角度稱為步距角。低頻運(yùn)行時(shí)，明顯可見電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸式一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)的。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移量和輸入脈沖的個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比。在時(shí)間上與輸入脈沖同步，因而只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率和電機(jī)繞組的相序，既可獲得所需轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行方式有 3 種:單拍通電方式在高速時(shí)易失步，且單一繞組吸引轉(zhuǎn)子，在平衡位置易振蕩，因此目前很少使用。雙拍通電方式運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，輸出轉(zhuǎn)矩較單拍通電方式要大，但發(fā)熱也大。單雙拍通電方式不僅運(yùn)行平穩(wěn)，轉(zhuǎn)換頻率也可提高一倍，每拍轉(zhuǎn)過的角度為單拍和雙拍的一半，實(shí)際使用中采用這用方案的最多。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類和特點(diǎn)1．反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)為步距角小，運(yùn)行頻率高、具有通電自鎖能力，但功耗較大。浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)論2．永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)為功耗較小，在斷電的情況下仍有定位轉(zhuǎn)矩，但步距角一般較大，需供給正負(fù)脈沖電源，起動(dòng)和運(yùn)行頻率也較低。該類電機(jī)的轉(zhuǎn)矩較小，常用于自動(dòng)化儀表作為執(zhí)行元件。3．混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)?；旌鲜讲竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，它充分利用反應(yīng)式和永磁式兩種電機(jī)的特點(diǎn)，具有轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩大、步距角小、運(yùn)行頻率高、功耗低及自鎖功能等方面特點(diǎn)。因?yàn)榍懈顧C(jī)要求無爬行現(xiàn)象，精度要求高，因此我選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角為θ=0.9° /1.8°，相數(shù) p=4，通電方式為 4相 8拍，通電順序?yàn)?A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。步距角 θ 的計(jì)算公式為θ=360°/pzk 式中 p——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)z——轉(zhuǎn)子的齒數(shù)k——狀態(tài)系數(shù)。單、雙拍時(shí)，k=1;單雙拍時(shí)，k=2直線運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)的移動(dòng)速度 v=60fδ=18mm/分，將 δ=0.001 代入得，f=300HZ因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與脈沖頻率數(shù)成正比，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 nm 也可用下面的公式計(jì)算；nm=60fθ/360=f θ/6=300×0.9/6=45r/min 因此選擇 BYH型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。3.3 張緊輪設(shè)計(jì)張緊輪是機(jī)械傳動(dòng)中的張緊裝置，當(dāng)傳動(dòng)的中心距不能調(diào)節(jié)時(shí)，可以采用張緊輪將線張緊。張緊輪一般布置在松邊的內(nèi)側(cè)，從而使帶只受單向彎曲；同時(shí)，為保證小包角不致減小過多，張緊輪應(yīng)盡量靠近大輪安裝。如圖 6所示：浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)論圖 6：張緊輪假定在張緊形態(tài)下，5000N 于張緊輪中央，張緊輪直徑 48mm，材料的許用切應(yīng)力 =100MPa，許用擠壓應(yīng)力 MPa現(xiàn)計(jì)算彎曲應(yīng)力：][? 240][bs??1.由平衡方程容易求出QF?張緊輪剪切面上的切應(yīng)力為 ??? ???MPadhAQ 2.8605148.302. 校核張緊輪的擠壓強(qiáng)度 F?bs則擠壓應(yīng)力為 bsbs MPadDFdA???????? ???106.9254)85(14.30 )485(.310)()(23 2322故拉張緊輪也滿足擠壓強(qiáng)度要求。浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)論3.4 繞線輪的設(shè)計(jì)金剛石線鋸切割機(jī)把一根細(xì)長的鋼絲繩纏繞在排線輪上，鋼絲兩頭分別由放線機(jī)構(gòu)與收線機(jī)構(gòu)拉緊。在收放線機(jī)構(gòu)與繞線輪之間裝有若干張力控制輪用以控制鋼絲的剛度。繞線輪高速正反向有節(jié)奏地旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)鋼絲往復(fù)運(yùn)動(dòng)。設(shè)備配有切割液噴灑系統(tǒng)，由壓縮泵提供動(dòng)力。切割液由表面活性劑、碳化硅磨料和油基添加劑配制而成。切割時(shí)，切割液噴灑到硅棒刀口和鋼絲線上，切割進(jìn)給機(jī)構(gòu)均勻運(yùn)動(dòng)，把硅棒壓向高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)的鋼絲，切出一組符合要求的高質(zhì)量硅片。本次設(shè)計(jì)的繞線輪如圖 7所示：圖 7：繞線輪浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)論（1）計(jì)算支承反力，受力如圖 8所示：圖 8繞線輪受力圖0)(435)(?????cbaFaBAcb)1976(824?A0135?AF=1348.5(N)42?B=1348.5(N)（2）彎矩 138.52637(.)AMNm??4B（3）轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩 662.99.5109.5105386pTNmn?????（4）校核許用應(yīng)力 用插入法查得： ??MPab5.102??許用應(yīng)力值 6?應(yīng)力校正系數(shù) ??100.592b?????AB浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)論當(dāng)量彎矩 0.59138607.4TNm?????22()598AMT??.B ?設(shè)計(jì)的直徑 min28d???5.2160.875391.03' ???bAA?；mdB.2??（5）疲勞強(qiáng)度校核初步分析 、 兩個(gè)截面有較大的應(yīng)力和應(yīng)力集中，下面以截面 為例進(jìn)行安全I(xiàn) I系數(shù)校核。材料選用 45鋼調(diào)質(zhì)， ，MPaB650??PaS360??對稱循環(huán)疲勞極限 aBb28654..1??　 　MPB19503.0.??　 　 ??脈動(dòng)循環(huán)疲勞極限abb4862867..10??　 　MP31295..0??　 　 ?等效系數(shù)18.048620?????　 　 b??25.312950?　 　 ??截面 上的應(yīng)力彎矩 I134867(.)MNm??浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)論彎曲應(yīng)力幅 135670.282.aMWP???　 　彎曲平均應(yīng)力 m扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 31586.0.2TPa????扭轉(zhuǎn)應(yīng)力幅和平均切應(yīng)力 .175amM?如果一個(gè)截面上有多種產(chǎn)生應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)，則分別求出其有效應(yīng)力集中系數(shù)，從而取最大值。3.5 二維夾具的設(shè)計(jì)夾具是機(jī)械制造過程中用來固定加工對象，使之占有正確的位置，以接受施工或檢測的裝置。 機(jī)械制造 過程中用來固定加工對象，使之占有正確的位置，以接受施工或檢測的裝置。又稱卡具。從廣義上說，在工藝過程中的任何工序，用來迅速、方便、安全地安裝工件的裝置，都可稱為夾具。例如焊接夾具、檢驗(yàn)夾具、裝配夾具、機(jī)床夾具等。其中機(jī)床夾具最為常見，常簡稱為夾具。在機(jī)床上加工工件時(shí)，為使工件的表面能達(dá)到圖紙規(guī)定的尺寸、幾何形狀以及與其他表面的相互位置精度等技術(shù)要求 ，加工前必須將工件裝好（定位） 、夾牢（夾緊） 。夾具通常由定位元件（確定工件在夾具中的正確位置） 、夾緊裝置 、對刀引導(dǎo)元件(確定刀具與工件的相對位置或?qū)б毒叻较?、分度裝置（使工件在一次安裝中能完成數(shù)個(gè)工位的加工，有回轉(zhuǎn)分度裝置和直線移動(dòng)分度裝置兩類） 、連接元件以及夾具體（夾具底座）等組成。 本次設(shè)計(jì)的二維夾具體如圖 8所示：浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)論圖 8：二維夾具體夾緊力按下式計(jì)算：)'('21????tgrtQLWzo查手冊，取 Q=125NL=100r’=6.22=30o=5.513mm浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)論=1o26’NtgrtQLWzo 6098)'('21?????=6098.9N所以，算得的夾緊力為 6098N。線鋸切割時(shí)的切削力為：NKDSPpx3218)1905(.4696.8.0??在計(jì)算切削力時(shí)，必須考慮安全系數(shù)。安全系數(shù) 6543210KK根據(jù)《機(jī)械加工工藝手冊》查得：式中： —基本安全系數(shù)；取 1.2—加工性質(zhì)系數(shù)；取 1.11—刀具鈍化系數(shù)；取 1.12K—切削特點(diǎn)（連續(xù)切削） ；取 1.03—夾緊力穩(wěn)定性；取 1.14—手動(dòng)夾緊手柄位置；取 1.0—僅有力矩使工件與支承面接觸情況；取 1.0則