畢業(yè)論文定稿-金剛石線鋸切割機(jī)設(shè)計(jì)

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原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細(xì)圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(shì) .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(shì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(cè)得的鋸絲的張緊力、剛度、溫度等參數(shù)對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)切片表面質(zhì)量進(jìn)行了高精度測(cè)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)稱循環(huán)疲勞極限 aBb286541?? MPB19503.0.?? ??脈動(dòng)循環(huán)疲勞極限abb486286710?? MP312950?? ?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(duì)象，使之占有正確的位置，以接受施工或檢測(cè)的裝置。 機(jī)械制造 過程中用來固定加工對(duì)象，使之占有正確的位置，以接受施工或檢測(cè)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(duì)刀引導(dǎo)元件(確定刀具與工件的相對(duì)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(cè)，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(cè)》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 xKP?'=1.2×1.1×1.1×1.0×1.1×1.0×1.0×3218.6=5140.7N 因?yàn)榍懈钕髁?小于夾緊力 ，所以該夾緊裝置安全可靠。浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 結(jié)論結(jié) 論通過這次金剛石線鋸切割機(jī)設(shè)計(jì)，我認(rèn)識(shí)到了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)和 實(shí)際設(shè)計(jì)之間的差距。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)既鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際應(yīng)用問題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì) 規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力的水平，而且通過對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且使我的毅力，意志力以及耐力都得到了不同程度的提高。這些都是我希望得到的 也是畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過程繁瑣，但我的收獲也是非常的多。各種設(shè)計(jì)方案的適用條件，各種零部件的選用標(biāo)準(zhǔn)，我都是隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會(huì)應(yīng)用的。從畢業(yè)設(shè)計(jì)中學(xué)來的這些寶貴的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，必然會(huì)讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通力和理解力。本次設(shè)計(jì)參考了許多資料，吸取了其優(yōu)點(diǎn)，并在考慮我國實(shí)際的基礎(chǔ)上完成了自走式割灌機(jī)的設(shè)計(jì)，表達(dá)了自己的設(shè)計(jì)思想，完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。但是由于缺乏生產(chǎn)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，問題一定很多，這些都需要老師改正，使之更合乎生產(chǎn)實(shí)際。浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 參考文獻(xiàn)[1] 孫建章，呂玉山，劉興文．往復(fù)自旋式電鍍金剛石絲鋸數(shù)控切割機(jī)的設(shè)計(jì)研究[J]．機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2003（8）：52-54．[2] 鄭超．硅片切割設(shè)備現(xiàn)狀與發(fā)展綜述[J] ．超硬材料論壇論文集，2011（1）：191-196．[3] 肖天元，韓向利．虛擬制造技術(shù)[J] ．CAD 工程設(shè)計(jì)及自動(dòng)化 2007（4）：49-54 ．[4] Bhagirat M. 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