超声波振动辅助多线锯加工设备开发及实验研究

摘要

目前单、多晶硅等光电子材料已大量采用多线锯进行切片加工，但由于设备以及加工工艺复杂性，加工的晶片容易产生翘曲、崩边，钢丝也容易断线等现象，急需开发一种新型的加工工艺来解决传统多线切割机的加工问题，因此，研究振动辅助多线切割的加工工艺与设备具有重要意义。
　　振动辅助多线切割是通过振动的作用改善切割时磨粒的运动状态及切削性能，能很好的解决普通多线切割的排屑、散热、断线等问题，使其加工得到的切片表面质量更高，损伤层的厚度大大降低，为实现更高精度的多线锯加工提供了1条新的方法。本课题通过多线切割的原理开发了一种新型多线切割加工设备，该设备搭载了超声波振动辅助装置，可很好的完成振动辅助多线切割任务，并对K9光学玻璃进行切割实验，实验结果验证了振动辅助多线锯的加工效果。
　　本文的主要工作和成果如下：
　　1、介绍了课题的研究背景和意义、多线切割机的工作原理和其走线原理图、游离磨料线切割和固着磨料线切割的加工机理、国内外多线锯加工设备的研究现状、超声波振动辅助多线锯切割的理论基础。
　　2、根据实验要求的多线切割机设计指标和设计要求，设计出了具有超声波振动辅助系统的ZGD100A多线切割机，该部分包括多线切割机的结构总体设计方案和多线切割机控制系统总体设计方案，重点对加工系统、导轮系统、排线系统、进给系统、供浆系统、收放线系统、线张力控制装置、箱体的结构进行了具体的分析设计，通过SolidWorks软件建立了各个系统的三维模型图，完成了整机的虚拟装配，并且对主要的零部件进行了详细的强度校核。
　　3、根据ZGD100A多线切割机的控制总体设计方案，完成了控制系统各功能模块的设计和选型，对各功能模块的作用和参数进行了说明。并对多线切割机的多电机速度同步控制和张力控制两个关键技术的程序设计进行了介绍说明。
　　4、根据超声波振动系统的总体设计方案，完成了超声波电源选型、超声波换能器和超声波变幅杆的材料选择和结构设计，并根据密封和装配规则，完成了超声波振动台的虚拟装配，对超声波振动台的制造有非常重要的指导意义。
　　5、通过实验验证了超声波振动辅助多线切割加工设备的合理性，得出了在相同的加工条件下，超声波振动辅助锯切加工优于普通锯切加工，且表面质量有明显的提升。

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第1章 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 多线锯加工技术

1.3 多线锯加工设备国内外研究现状

1.4 超声波振动辅助多线切割的理论基础

1.5 本文的主要研究内容

第2章 超声波振动辅助多线切割设备总体方案设计

2.1 机械系统总体设计原则

2.2 超声波振动辅助多线切割设备的总体设计方案

2.3 ZGD100A多线切割机的总体设计方案

2.4 加工系统设计方案

2.5 导轮系统设计方案

2.6 排线系统设计方案

2.7 进给系统设计方案

2.8 供浆系统

2.9 线张力控制装置

2.10 ZGD100A多线切割机箱体设计

2.11 ZGD100A多线切割机的总体装配图

2.12 本章小结

第3章 ZGD100A多线切割机控制系统的设计

3.1 ZGD100A多线切割机控制方案的总体设计

3.2 多线切割机控制系统的设计

3.3 本章小结

第4章 超声波振动系统的总体方案设计

4.1 超声加工技术

4.2 超声波振动系统的总体方案设计

4.3 超声波换能器的设计

4.4 超声波电源的设计要求与选型

4.5 超声波变幅杆的设计

4.6 超声波振动系统的结构设计

4.7 本章小结

第5章 超声波振动辅助多线锯加工设备的实验研究

5.1 实验机床

5.2 实验材料

5.3 实验目的

5.4 实验数据的获取

5.5 实验结果

5.6 实验结果分析

5.7 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢