專(zhuān)利名稱(chēng)：線切割系統(tǒng)的制作方法
線切割系統(tǒng)相關(guān)申請(qǐng)本申請(qǐng)根據(jù)35USC 119(e)要求于2008年7月11日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?61/079,928的權(quán)益，該申請(qǐng)通過(guò)引用全文結(jié)合在此。
背景技術(shù)：
對(duì)于從硬脆晶體和陶瓷的塊料或錠料上切割出高質(zhì)量的超薄晶片的需求持續(xù)地 挑戰(zhàn)著切削機(jī)器和磨料制造商們。這些晶片傳統(tǒng)上是使用松散金剛石磨料進(jìn)行環(huán)形(圓 形)鋸切或多線切割(MWS)。常規(guī)的從晶體塊料上切割薄晶片的方法具有一些缺點(diǎn)。通過(guò)環(huán)形鋸切(也稱(chēng)為 "ID鋸切”)，晶片從工件上單獨(dú)地切下。盡管ID切割晶片的質(zhì)量較好，但是這種一次一片 的切割方法帶來(lái)了較長(zhǎng)的機(jī)器加工時(shí)間和較低的生產(chǎn)率。此外，能夠用ID鋸切來(lái)處理的工 件的尺寸是有限制的。由于這些原因和其他的原因，在電子工業(yè)中生產(chǎn)這些晶片時(shí)使用更多的方法是具 有磨料漿料的裸線MWS。盡管麗S的切割寬度能夠低至140-200微米，但是這種方法也提出 了挑戰(zhàn)。例如，松散的磨料很快會(huì)變鈍并且減慢材料移除的速率，所以必須在整個(gè)加工期間 小心地處理磨料漿料，以確保顆粒的鋒利度和濃度一致性。使松散的磨料漿料均勻地進(jìn)入 較長(zhǎng)或較深的切縫(超過(guò)400mm或16in.)中提出額外的問(wèn)題。并且因?yàn)闈{料經(jīng)常被當(dāng)作 垃圾來(lái)處理，所以處置或回收增加了總的制造成本。最后，這種方法總體上實(shí)現(xiàn)了較慢的材 料移除速率，尤其是在硬質(zhì)材料的切割過(guò)程中，在該過(guò)程中松散的磨料易于磨損在硬質(zhì)工 件前部的相對(duì)較軟的鋼線。正在越來(lái)越多地使用在單線或多線機(jī)器設(shè)置中的固著的磨料線切技術(shù)來(lái)生產(chǎn)晶 片。雖然涂覆磨料的線材提供了超過(guò)傳統(tǒng)方法的許多優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)于切割安排和操作還是 存在一種需要，這些切割安排和操作能夠發(fā)揮固著磨料線技術(shù)優(yōu)勢(shì)的以便改進(jìn)切削的質(zhì)量 并提供更寬范圍的切削幾何形狀。此外對(duì)于切割機(jī)器或其部件同樣繼續(xù)存在一種需求，它 們能夠提供增大的多樣性、降低的斷線概率、改進(jìn)的工件處理能力、增大的速度、增大的過(guò) 程控制、等等。發(fā)明概述在許多實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及采用了線切的切割操作。在優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式中，使用 固著磨料(例如，金剛石)線進(jìn)行這些切割操作。在此說(shuō)明的特征和技術(shù)可以被單獨(dú)使用 或以任何組合來(lái)使用。在本發(fā)明的某些實(shí)施方案中，作為舉例，這些特征和/或技術(shù)中的一 個(gè)或多個(gè)被結(jié)合在一種線切割系統(tǒng)或機(jī)器中。至少某些在此說(shuō)明的特征和技術(shù)也可以與一 種線切割系統(tǒng)或機(jī)器的多個(gè)實(shí)現(xiàn)方式之外的設(shè)備結(jié)合使用。本發(fā)明的幾個(gè)方面涉及低撓度及低扭曲應(yīng)力的繞線以及線操縱。在一個(gè)實(shí)施方案 中，用于固著磨料線切割操作的一個(gè)線操縱組件包括一個(gè)或多個(gè)線卷軸、線導(dǎo)向器以及線 張緊器，其中由所述線卷軸、線導(dǎo)向器以及線張緊器所限定的一條走線路徑是實(shí)質(zhì)上平面 的。在另一個(gè)實(shí)施方案中，用于固著磨料線切割操作的一個(gè)線操縱組件包括一個(gè)或多個(gè)接 觸元件，這些接觸元件中的至少一個(gè)具有大于100毫米(mm)的線接觸直徑。在另一個(gè)實(shí)施方案中，一個(gè)固著磨料的線切割系統(tǒng)包括一個(gè)實(shí)質(zhì)上平面的走線路徑。在又一個(gè)實(shí)施方案 中，一個(gè)固著磨料的線切割系統(tǒng)包括一個(gè)大直徑的走線路徑。本發(fā)明的其他方面涉及多種雙鼓式安排，例如單層雙鼓式繞線和其他雙鼓式安 排。在一個(gè)實(shí)施方案中，一個(gè)固著磨料線系統(tǒng)包括一個(gè)單層的雙鼓式繞線組件，該繞線組件 具有一個(gè)第一輥以及一個(gè)第二輥。這些輥被操作性地彼此連接，其中這些輥之一連接到一 臺(tái)電動(dòng)機(jī)上。在另一個(gè)實(shí)施方案中，一個(gè)固著線磨料系統(tǒng)包括一個(gè)雙鼓式組件，該組件用于 控制在兩個(gè)鼓上的線間距。該組件具有一個(gè)第一輥以及一個(gè)第二輥，這些輥被操作性地彼 此連接；該第一輥與第二輥中的至少一個(gè)被連接到一臺(tái)電動(dòng)機(jī)上。另一個(gè)實(shí)施方案包括一 個(gè)鼓式繞線安排，其中一個(gè)雙鼓系統(tǒng)中的每一個(gè)鼓都連接到一臺(tái)伺服電動(dòng)機(jī)上。在又一個(gè) 實(shí)施方案中，一種用于在一個(gè)固著磨料的線切割操作中把線提供給一個(gè)切削區(qū)域的方法包 括在兩個(gè)鼓之間來(lái)回移動(dòng)該固著磨料線，其中間距是在兩個(gè)鼓中進(jìn)行控制的。在另一個(gè)實(shí) 施方案中，一種用于在固著磨料的線切割操作中把線提供給一個(gè)切削區(qū)域的方法包括轉(zhuǎn)動(dòng) 一個(gè)第一輥，其中該第一輥被操作性地連接到一個(gè)第二輥上，以便在所述輥上繞線。本發(fā)明的另外的方面涉及一個(gè)恒力線彎曲傳感器。在一個(gè)實(shí)施方案中，一種用于 在線切割操作的過(guò)程中監(jiān)測(cè)或控制線彎曲角的方法包括對(duì)于由一條切割線與一個(gè)工件之 間的接觸所引起的一個(gè)彎曲角選擇一個(gè)設(shè)定值；并且在線切割操作的過(guò)程中檢測(cè)一個(gè)實(shí)際 的彎曲角，以便確定該實(shí)際的彎曲角是否達(dá)到所述的設(shè)定值。在另一個(gè)實(shí)施方案中，用于監(jiān) 測(cè)或控制與一個(gè)工件接觸的一個(gè)切割線的一個(gè)彎曲角的系統(tǒng)包括一個(gè)探測(cè)器，該探測(cè)器用 于感測(cè)在該切割區(qū)域處一個(gè)跟蹤線的彎曲角的裝置的移動(dòng)。本發(fā)明的另外方面涉及多種薄形狀和/或復(fù)雜幾何輪廓的曲線切割。在一個(gè)實(shí)施 方案中，用于在一個(gè)工件上產(chǎn)生一個(gè)曲線切口的過(guò)程包括在線切割操作的過(guò)程中控制一個(gè) 第一軸線和一個(gè)第二軸線，同時(shí)在線穿過(guò)該工件進(jìn)給時(shí)對(duì)該第一軸線進(jìn)行插值。在另一個(gè) 實(shí)施方案中，一個(gè)固著磨料的線切割系統(tǒng)包括用于對(duì)應(yīng)地控制一個(gè)第一軸線和一個(gè)第二軸 線的多個(gè)線性臺(tái)架，以及一個(gè)臺(tái)面，該臺(tái)面用于在切割操作的過(guò)程中轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)工件。本發(fā)明的另外的其他方面涉及線切割的工件搖擺和轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施方案 中，用于切削一個(gè)工件的過(guò)程包括在該工件正被進(jìn)給到一條固著磨料線之中時(shí)使該工件搖 擺。在另一個(gè)實(shí)施方案中，用于一個(gè)固著磨料的線切割系統(tǒng)的一個(gè)組件包括一個(gè)第一線性 臺(tái)架以及安裝在一個(gè)第二線性臺(tái)架上的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)架，其中該第一線性臺(tái)架不同于該第二 線性臺(tái)架。本發(fā)明的優(yōu)選方面涉及一種固著磨料的線切割系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括以下各項(xiàng)中的一 個(gè)或多個(gè)a) —個(gè)實(shí)質(zhì)上平面的走線路徑，該走線路徑用于將一個(gè)固著磨料線傳送到一個(gè) 切削區(qū)域；b) —個(gè)接觸元件，該接觸元件具有大于IOOmm的線接觸直徑；c) 一個(gè)單層的雙 鼓式繞線組件，該繞線組件包括多個(gè)機(jī)械連接的輥，所述輥之一被連接到一個(gè)電動(dòng)機(jī)上；d) 一個(gè)用于監(jiān)測(cè)與一個(gè)工件相接觸的切割線的一個(gè)彎曲角的系統(tǒng)，其中該用于監(jiān)測(cè)該彎曲角 的系統(tǒng)包括探測(cè)器，該探測(cè)器用于感測(cè)在該切割區(qū)域處一個(gè)跟蹤線的彎曲的裝置的移動(dòng)； 以及e) —個(gè)組件，該組件包括一個(gè)第一線性臺(tái)架以及安裝在一個(gè)第二線性臺(tái)架上的一個(gè) 轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)架，其中該第二線性臺(tái)架不同于該第一線性臺(tái)架。在此說(shuō)明的切割系統(tǒng)、子系統(tǒng)以及操作特別適用于切片或切料操作，并且可以用 來(lái)切削陶瓷，特別是硬且脆的陶瓷、金屬、有機(jī)物以及其他工件。與現(xiàn)有切片機(jī)器相比，本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)方式可以提供快速的切削速率以及高質(zhì)量的切削。例如，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選 實(shí)施方案的一種固著金剛石磨料的線切片機(jī)器可以達(dá)到15m/s的走線速度和高達(dá)50N的張 力范圍。有利地，本發(fā)明的多個(gè)實(shí)現(xiàn)方式提供了對(duì)工件的獨(dú)特操縱，這種操縱允許切割過(guò) 程的多樣性。一塊錠料在切割過(guò)程中可以上下移動(dòng)、前后移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)或搖擺。通過(guò)實(shí)施本發(fā) 明的多個(gè)方面，可以沿著曲線切口或以復(fù)雜的幾何形狀切割晶片。與本發(fā)明的某些實(shí)現(xiàn)方 式有關(guān)的其他益處包括在整個(gè)切削過(guò)程中使線接觸長(zhǎng)度恒定、使每個(gè)砂礫的受力最大化以 及增加線相對(duì)于工件的接觸速度。著手解決線操縱以及與鼓的安排、線導(dǎo)向器和張緊器有關(guān)的特征的本發(fā)明的多個(gè) 實(shí)施方案可以減小由線磨損引起的線損壞或使其最小化和/或可以防止斷線和生產(chǎn)中斷 或使其最小化。切割中的優(yōu)勢(shì)還通過(guò)利用一個(gè)恒力線彎曲傳感器系統(tǒng)來(lái)獲得。本發(fā)明的多 個(gè)實(shí)現(xiàn)方式也可以得益于集束射流冷卻技術(shù)，并且本發(fā)明的兩個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案同時(shí)的實(shí) 現(xiàn)方式與現(xiàn)有平臺(tái)相比具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明在附圖中，貫穿不同視圖的相同的參考符號(hào)指代相同的部分。這些圖不一定是按 比例繪制的；重點(diǎn)是說(shuō)明本發(fā)明的原則。在附圖中圖IA和IB是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案配置的線導(dǎo)向器和線張緊器的一種固定 平面安排的視圖。圖2A和2B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的多個(gè)大接觸直徑的線導(dǎo)向器的視圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式的大直徑的線導(dǎo)向器的視圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的大接觸直徑的繞線裝置的視圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的一個(gè)單層的雙鼓式繞線組件的視圖。圖6A、6B和6C是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的用于將這些輥固定在一個(gè)單層的 雙鼓式繞線組件上的定時(shí)帶和裝置的近距離視圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的一個(gè)單層雙鼓式繞線組件的視圖。圖8是圖7所示的單層雙鼓式繞線組件的一部分的視圖。圖9A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案安裝在一個(gè)線性臺(tái)架上的一個(gè)單層雙鼓式繞 線組件的視圖。圖9B是不同的線性臺(tái)架和主軸的圖示，這些線性臺(tái)架和主軸用于根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施方案的一個(gè)單層雙鼓式繞線組件和工件的安排。

圖10和11是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的可以用在線恒力傳感器系統(tǒng)中的一個(gè) 球軸承輥的視圖。圖12是一個(gè)恒力傳感器系統(tǒng)的實(shí)施方案的分解視圖，該系統(tǒng)包括如圖10和11所 示的一個(gè)球軸承輥。圖13是根據(jù)本發(fā)明的一臺(tái)線切割機(jī)器上的一個(gè)三軸定位系統(tǒng)的視圖。圖14是展示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的曲線切割的圖示。圖15是展示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的復(fù)雜幾何輪廓的圖示。圖16是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的一個(gè)錠料整體移動(dòng)和進(jìn)給組件的三維圖像。
圖17是可以用在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中的具有伸出式工件保持工具的一個(gè)旋 轉(zhuǎn)臺(tái)的視圖。圖18是可以在一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)架(例如圖17所示的旋轉(zhuǎn)臺(tái))上搖擺的一個(gè)安裝工件 的視圖。圖19是⑴線性進(jìn)給切削；(2)旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給切削；以及(3)搖擺和進(jìn)給切削的圖
7J\ ο圖20是根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方案的、組裝在一個(gè)3D虛擬空間中的幾個(gè)部件的
三維圖像。圖21和22是根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方案的一個(gè)磨料線切割系統(tǒng)的視圖。優(yōu)詵實(shí)施方案的詳細(xì)說(shuō)明包括多個(gè)部件的構(gòu)造及組合細(xì)節(jié)的本發(fā)明的以上和其他特征，以及其他優(yōu)點(diǎn)，將 會(huì)參照附圖更加具體地進(jìn)行說(shuō)明，并且在權(quán)利要求書(shū)中指出。應(yīng)理解的是體現(xiàn)了本發(fā)明的 具體方法和裝置通過(guò)說(shuō)明的方式示出，而不作為對(duì)本發(fā)明的限制。本發(fā)明的原理和特征可 在不脫離本發(fā)明的范圍的前提下用于不同的和眾多的實(shí)施方案中。本發(fā)明總體上涉及可以在線鋸切(也被稱(chēng)作線切割操作)過(guò)程中使用的設(shè)備和過(guò) 程。線切割總體上是用來(lái)切削或成形一個(gè)工件，并且包括用至少一條線來(lái)接觸該工 件。在許多實(shí)現(xiàn)方式中，該線是一條固著磨料線，其中磨料顆粒或砂礫被粘合在一個(gè)芯上， 該芯的材質(zhì)例如是不銹鋼、其他合適的金屬、等等。在許多實(shí)現(xiàn)方式中，這些磨料顆粒是超 硬磨料，包括(例如)天然的或合成的金剛石或立方氮化硼(CBN)。粘合可以通過(guò)釬焊、電 鍍或其他合適的過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些過(guò)程用來(lái)將磨料材料固定到芯上。在本發(fā)明的許多實(shí)施 方案中，特別優(yōu)選的是圣戈班磨料磨具公司的Winter金剛石線。典型地，這些金剛石線的 可用直徑的范圍是從大約150 μ m的芯上的180微米(μ m)至300 μ m的芯上的430 μ m?？?以采用其他的磨料涂覆的線，也可以采用其他合適的直徑。本發(fā)明的多個(gè)方面也可以利用 裸線，例如與磨料漿料結(jié)合在一起的裸線，或者其他類(lèi)型的線。在許多情況下，線是卷繞在一個(gè)卷軸或卷盤(pán)上。許多類(lèi)型的線卷軸是可商購(gòu)的，并 且線也可以按定制的安排來(lái)提供。在多個(gè)具體實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及一種線切割或線鋸切系統(tǒng)，在此也稱(chēng)作一臺(tái) 線切割或線鋸切機(jī)器。線切割機(jī)器可以設(shè)計(jì)為著力解決從簡(jiǎn)單操作(如切削不常用的工 件)到工業(yè)規(guī)模制造過(guò)程或復(fù)雜機(jī)器加工的多種需要。在此特別有益的是適合于加工硬 脆晶體和陶瓷的切割系統(tǒng)，例如用來(lái)加工用于微電子、光電子、光電及其他行業(yè)的晶片的系 統(tǒng)。可加工的具體材料包括(例如)石榴石((SiO4)3)、藍(lán)寶石(Al2O3)、碳化硅(SiC)、釔金 屬石榴石(YAG)、氮化鎵(GaNi)、氮化鋁鎵(AWaN)、砷化鎵(GaAs)、砷化銦鎵(InGaAs)、氮 化銦鎵(InGaN)、鍺等等。在此披露的線切割系統(tǒng)可以用來(lái)加工多種工件，這些工件是具有圓形或正方形截 面的錠料，以及具有球形、多邊形(例如正方形)、不規(guī)則形狀或其他形狀的工件。該系統(tǒng)可 以適配用于單線和多線操作二者，其中工件(例如錠料)是被一條單線切割。該系統(tǒng)還可以用在多線安排中，其中工件被一個(gè)線網(wǎng)鋸切，以便在一個(gè)步驟 中(并且優(yōu)選同時(shí)地)生產(chǎn)多個(gè)切片，例如晶片。在此使用時(shí)，“多(multi)”和“多個(gè)(plurality) ”是指多于一個(gè)元件。切割錠料以生產(chǎn)晶片也稱(chēng)為“切晶片(wafering) ”。在許 多類(lèi)型的多線鋸切的操作過(guò)程中，一條全新的單線從一個(gè)供應(yīng)卷軸引導(dǎo)到多個(gè)導(dǎo)向輥上， 這些導(dǎo)向輥開(kāi)有恒定間距的槽，并且可以使用兩個(gè)或更多(例如四個(gè))輥的安排來(lái)創(chuàng)建一 個(gè)線網(wǎng)。一個(gè)輸出或卷帶軸收集使用過(guò)的線。線是以一種來(lái)回往復(fù)的方式纏繞在兩個(gè)輥之 間。在不同的實(shí)現(xiàn)方式中，在此披露的線切割系統(tǒng)著手解決以下問(wèn)題中的一個(gè)或多 個(gè)涉及將切割工具(例如金剛石線)引導(dǎo)到切削位置或區(qū)域并從該位置或區(qū)域引回的安 排和/或操作；涉及線張緊的裝置和方法；用于處理工件的設(shè)備和技術(shù)；設(shè)計(jì)為用于冷卻和 移除切屑(碎片)的安排和/或操作；可以實(shí)施的控制和/或自動(dòng)化操作；等等。這些問(wèn)題 將依次討論。本發(fā)明的幾個(gè)方面涉及用來(lái)操縱線，優(yōu)選為操縱固著磨料線的多種組件和技術(shù)?，F(xiàn)有的固著磨料線切割機(jī)使用復(fù)雜的卷軸、線導(dǎo)向器和線張緊器，這些裝置典型 地在一個(gè)三維路徑上移動(dòng)這條線，這通常會(huì)帶來(lái)線的彎曲和扭曲應(yīng)力，這種應(yīng)力可能因?yàn)?線的折斷而打斷生產(chǎn)和降低線的使用壽命。與現(xiàn)有設(shè)計(jì)相關(guān)的這些扭曲應(yīng)力和其他的問(wèn)題通過(guò)在此說(shuō)明的平面安排和/或 低彎曲半徑線導(dǎo)向器和卷軸來(lái)解決。在一個(gè)實(shí)施方案中，這種安排提供了一條共面的或基本共面的動(dòng)態(tài)走線路徑。在 此使用的術(shù)語(yǔ)“走線路徑”或“走線通路”是指線在兩個(gè)繞線鼓與切削區(qū)域之間經(jīng)過(guò)的線路。 典型地，線經(jīng)過(guò)的路徑包含多個(gè)線接觸元件，這些元件是諸如線卷軸、線導(dǎo)向器或線張緊器 等等的裝置，這些裝置引導(dǎo)線沿其路徑運(yùn)動(dòng)。圖IA和IB所示的(例如)是組件10，該組件 提供用來(lái)切割錠料14的磨料線長(zhǎng)度12。為了將全新的線給入切割區(qū)域，并且為了移除使用 過(guò)的線，組件10包括了裝置16、18、20和22，裝置16和22用作線張力輪或線張緊器，裝置 18,19和20用作線導(dǎo)向器。線是從一個(gè)繞線裝置提供的，繞線裝置例如單層雙鼓式繞線組 件對(duì)(下文將進(jìn)一步說(shuō)明)，該組件包括輥沈和觀。還可以使用常規(guī)的繞線裝置。如圖IA 和IB所示，由輥沈，線導(dǎo)向器18、19、20，線張緊器16、22以及輥28所形成的走線路徑是一 個(gè)平面或基本上是一個(gè)平面。在此說(shuō)明的線和繞線部件的安排減小了或最小化了扭曲和彎 曲應(yīng)力。在其他實(shí)施方案中，通過(guò)提供一個(gè)(優(yōu)選為多個(gè))具有相對(duì)較大接觸直徑的線接 觸元件來(lái)著力解決潛在的扭曲應(yīng)力的問(wèn)題，此類(lèi)線接觸元件例如線導(dǎo)向器、卷軸、線張緊器 等等。這些線接觸元件的接觸直徑至少是100毫米(mm)，例如大于約100mm，優(yōu)選為大于約 200mm，更優(yōu)選為大于約300mm。不包含直徑小于約IOOmm線接觸元件的走線路徑或通路在 此稱(chēng)為“大直徑”路徑或通路。在多個(gè)具體實(shí)例中，線導(dǎo)向器或線張緊器的接觸直徑范圍從約IOOmm至約400mm ； 繞線裝置的接觸直徑范圍從約150mm至約400mm。例如，在固著磨料線切割機(jī)器中使用的線 導(dǎo)向器、張緊器以及繞線鼓的直徑對(duì)應(yīng)地可以是125和150毫米(mm)。相比之下，典型地用于現(xiàn)有固著磨料線切割機(jī)器中的線導(dǎo)向器和繞線鼓對(duì)應(yīng)地具 有50mm和50mm的接觸直徑。在圖2A和2B中示出了一個(gè)大接觸直徑線導(dǎo)向器和線沿著該線導(dǎo)向器行進(jìn)的視 圖。圖3是線導(dǎo)向裝置30的視圖，包括與凸緣34—起安裝在桿36上的線導(dǎo)向器32。線導(dǎo)向裝置30可以具有用于將該裝置固定在一個(gè)支撐件(例如機(jī)器壁)上的裝置38。圖4是 單層雙鼓式繞線組件M的視圖。在多個(gè)優(yōu)選安排中，一個(gè)平面走線路徑組件(例如圖IA和IB所示)使用相對(duì)較 大接觸直徑的線導(dǎo)向器和繞線裝置，例如在圖2A、2B、3和/或4中所示的裝置。在(例如上述的固定平面安排的)一種安排中以及在許多常規(guī)安排中的線操縱典 型地包括線的纏繞。然而，線-線磨損是現(xiàn)有固著磨料線切割機(jī)器中繞線裝置的一個(gè)共同 問(wèn)題，該問(wèn)題引起了持續(xù)的損壞并且可能減小磨料線的使用壽命。為了著力解決線-線磨損以及其他問(wèn)題，一個(gè)單層雙鼓式繞線組件包括了多于一 個(gè)的連接在一起的輥。在多個(gè)優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式中，兩個(gè)輥通過(guò)一個(gè)定時(shí)帶彼此機(jī)械地連接，該 定時(shí)帶確保這兩個(gè)輥在固定旋轉(zhuǎn)時(shí)一起旋轉(zhuǎn)。圖5顯示了一個(gè)說(shuō)明性的單層雙鼓式繞線組 件，而圖6A、6B、6C給出了用于將這些輥固定在一個(gè)框架上的定時(shí)帶和裝置的近距離視圖。圖7和8所示的是單層雙鼓式繞線組件對(duì)，該組件包括通過(guò)定時(shí)帶40連接在一起 的鼓沈和觀。鼓M和沈可以由鋁或其他合適的材料制成，并且優(yōu)選地具有一個(gè)中空的 芯。為了改進(jìn)牽引并且減小或最小化表面磨損，一個(gè)或兩個(gè)鼓可以涂覆氨基甲酸乙酯或其 他合適的涂層或膜。線可以通過(guò)簡(jiǎn)單的雙套結(jié)以及少數(shù)幾圈旋轉(zhuǎn)摩擦，或者通過(guò)其他合適 的技術(shù)固定到繞線鼓上。鼓M和沈?qū)?yīng)地安裝在軸42和44上，這些軸優(yōu)選地通過(guò)(例如)帶座球軸承 48和50固定到支架46上。在多個(gè)具體實(shí)例中，軸42和44配備有定時(shí)帶所用的定時(shí)鏈輪，其中一個(gè)軸(例如 軸44)通過(guò)一個(gè)伺服彈性連接器或其他合適的裝置連接到安裝在軸44上的伺服電動(dòng)機(jī)52上。在多個(gè)具體實(shí)現(xiàn)方式中(例如圖9A所示)，單層雙鼓式繞線組件M安裝在線性臺(tái) 架60上，線性臺(tái)架例如是允許鼓沈和觀沿箭頭所示向前和向后移動(dòng)的一個(gè)高精度線性臺(tái) 架。反過(guò)來(lái)，線性臺(tái)架60優(yōu)選地安裝到線切割機(jī)器的底座上，其安裝位置在(例如)圖IA 和IB中可見(jiàn)的線導(dǎo)向器之上。在圖9B中更詳細(xì)地示出了這些軸線以及與工件(例如工件 180)的關(guān)系。優(yōu)選地，該線性臺(tái)架也用伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)，該伺服電動(dòng)機(jī)電子地傳動(dòng)到該繞線 鼓驅(qū)動(dòng)伺服。電子傳動(dòng)比可以由軟件修改，以便照顧到不同的線厚度。在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)一個(gè)輥被電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，另一個(gè)輥由于定時(shí)帶的作用而以相同 的方向和速度移動(dòng)，單層雙鼓式繞線組件把線以一個(gè)單層卷繞到卷軸上。這種操作是這樣 來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即在繞線過(guò)程中移動(dòng)鼓的方式為使該組件對(duì)于鼓的每一轉(zhuǎn)行進(jìn)一個(gè)線寬度。在 多個(gè)優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式中，鼓僅移動(dòng)一次，以便用一單層線繞滿(mǎn)整個(gè)長(zhǎng)度。在其他實(shí)施方案中， 卷軸在它們的長(zhǎng)度上承載了多于一層的線。這種承載可以認(rèn)為是與一種釣魚(yú)竿卷盤(pán)有些類(lèi) 似，該卷盤(pán)在線加載時(shí)來(lái)回快速搖擺，以確保該卷盤(pán)上有均勻的一層線。另外的實(shí)施方案包 括一種鼓的安排，其中在兩個(gè)鼓上都控制間距。另外的實(shí)施方案利用一種雙伺服電動(dòng)機(jī)安排，每個(gè)電動(dòng)機(jī)獨(dú)立地連接到一個(gè)繞線 鼓上。除了驅(qū)動(dòng)線之外，這種安排可以保持在從動(dòng)鼓上的張力，由此在一個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)中提供 了改善的張力控制。在線切割操作的過(guò)程中，其中一個(gè)工件(如錠料)沿(例如)向上的方向給入線切區(qū)域內(nèi)，該工件壓在線上，并且在線上張力不足時(shí)把線向前移動(dòng)。為了對(duì)抗這種移動(dòng)，這 條線在該工件上施加一個(gè)相等且相反的力，從而實(shí)現(xiàn)切割。當(dāng)錠料或其他工件通過(guò)(例如)電動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)(例如，包括計(jì)算機(jī)控制的線性臺(tái) 架)向上進(jìn)給時(shí)，一個(gè)反饋系統(tǒng)可以確保該工件是以適當(dāng)?shù)乃俣冗M(jìn)給。否則，如果錠料進(jìn)給 得太快，切削速率可能變得小于進(jìn)給速率，線可能斷裂，這限制了該線的有用性并致使制造 過(guò)程中斷。以下說(shuō)明的實(shí)施方案通過(guò)限制線的彎曲角以便實(shí)現(xiàn)恒力狀態(tài)來(lái)著力解決這些潛 在的線斷裂以及其他問(wèn)題，由此控制切割操作，并且借此減少或消除以上說(shuō)明的斷線現(xiàn)象。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，一個(gè)恒力線彎曲傳感器設(shè)計(jì)為圍繞一個(gè)線跟蹤裝置，該線跟 蹤裝置可以是一個(gè)球軸承輥，優(yōu)選為相對(duì)較小尺寸的球軸承輥。在多個(gè)具體實(shí)例中，該輥 位于切口之上，這樣，如果線或線區(qū)域與該工件一起向上推，那么該輥隨之沿相同的方向移 動(dòng)。多種感測(cè)和/或探測(cè)技術(shù)可以用來(lái)監(jiān)測(cè)該球軸承輥的移動(dòng)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式 中，該輥可以固定到一個(gè)樞軸臂上，該樞軸臂圍繞一個(gè)支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。該臂的相反端延伸并終止 為一個(gè)小機(jī)械標(biāo)識(shí)，該機(jī)械標(biāo)識(shí)與樞軸臂一起上下移動(dòng)。該標(biāo)識(shí)可以用來(lái)打斷一個(gè)光電光 柵傳感器的光束。在多個(gè)具體實(shí)例中，傳感器的位置被控制為使得光束打斷點(diǎn)可以改變，這 允許了設(shè)置不同的能夠觸發(fā)傳感器的線最大彎曲角，這種設(shè)置還意味著在線上設(shè)定不同的 恒力。這種方法可以用來(lái)指示線上的最大力。在另外多個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，該傳感器通過(guò)系統(tǒng) 的可編程序邏輯控制器(PLC)連接到一個(gè)反饋回路上，并且用來(lái)在切削速率小于工件進(jìn)給 速率時(shí)停止工件的進(jìn)給。在多個(gè)優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式中，這產(chǎn)生了一個(gè)平衡點(diǎn)，在該平衡點(diǎn)上該工 件僅進(jìn)給到使最大角度傳感器不致中斷的一個(gè)點(diǎn)。圖10和11中示出了一個(gè)線恒力傳感器系統(tǒng)(如上述系統(tǒng))的視圖，圖12中提供 了一個(gè)分解視圖。該系統(tǒng)包括輥80，如以上討論的一個(gè)小的球軸承輥，該輥直接座于線82 的頂部，如(例如)圖10中的圖像所見(jiàn)。如圖12中所見(jiàn)，樞軸臂84的支點(diǎn)86可以使用 (例如)六角螺母90和合適的墊片、隔離件以及其他現(xiàn)有技術(shù)中已知的固定裝置附接到支 撐件88上。支撐件88還容納傳感器92，該傳感器可以具有元件96和98，用于探測(cè)樞軸臂 86的突出部94?？梢酝ㄟ^(guò)旋鈕100(例如支撐板102上的一個(gè)翼型螺釘)來(lái)調(diào)整傳感器92 的位置。進(jìn)而，板102可以通過(guò)螺釘或其他合適的裝置安裝在支撐件88上。在此說(shuō)明的恒力感測(cè)技術(shù)也可以用在工件向下移動(dòng)的安排中。對(duì)于向下進(jìn)給的切 割，該恒力傳感器被修改為容納線彎曲跟蹤輥，該輥在線下移動(dòng)，以考慮負(fù)彎曲。利用固著金剛石的線(例如以上所述)來(lái)進(jìn)行的線鋸切可以用來(lái)生產(chǎn)除了典型切 片過(guò)程中獲得的扁平切片以外的形狀。在某些方面，本發(fā)明涉及薄殼形狀和/或復(fù)雜幾何 輪廓的曲線切割。在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，切割操作利用線鋸上的多軸移動(dòng)來(lái)加工一個(gè)曲線切割輪廓并 產(chǎn)生弧形晶片。在另一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，工件在上述曲線切割過(guò)程中轉(zhuǎn)動(dòng)，以便在線內(nèi)磨工件 內(nèi)材料時(shí)獲得一個(gè)復(fù)雜的形狀，例如一個(gè)圓拱。在使用(例如)固著金剛石磨料線切割裝置的復(fù)雜曲線切割過(guò)程中，通過(guò)在切削 操作過(guò)程中控制X軸和Z軸兩者，線鋸上的多軸移動(dòng)可以產(chǎn)生弧形的晶片。在穿過(guò)該工件 送入這條線時(shí)，X軸可以同時(shí)進(jìn)行插值，以便在該部件內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)彎曲部分。如果在曲線移動(dòng)過(guò)程中工件也被轉(zhuǎn)動(dòng)，那么可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)復(fù)雜的形狀。作為舉例，在圖13中示出了在一個(gè)線切割組件上的X軸和Z軸的位置以及工件的 轉(zhuǎn)動(dòng)。工件可以使用一種合適的介質(zhì)(例如熱蠟)或一種合適的粘附材料安裝在桿120上。 桿120固定或作為轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)122的一部分。如圖13中可見(jiàn)，轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)122可以通過(guò)機(jī)構(gòu)130和 132對(duì)應(yīng)地在χ方向和ζ方向上移動(dòng)。線性臺(tái)架或其他安排可以用來(lái)提供沿著X和/或Z 和/或轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的移動(dòng)。圖14中所示的是一個(gè)切削路徑，在切割一個(gè)工件的過(guò)程中通過(guò)在此過(guò)程中的X軸 和Z軸進(jìn)行插值的控制可以跟隨這個(gè)切削路徑。該切削路徑可以具有由機(jī)器插值能力所允 許的任何曲線形狀。同樣在圖14中示出的是一個(gè)示例性的弧形晶片，該晶片可以使用在此說(shuō)明的插 值技術(shù)來(lái)生產(chǎn)。通過(guò)同樣使工件轉(zhuǎn)動(dòng)可以形成一個(gè)復(fù)雜的形狀，例如根據(jù)圖15中所示的示例性 圓拱形狀所做的說(shuō)明。說(shuō)明性的轉(zhuǎn)動(dòng)速度可以在大約每分鐘1轉(zhuǎn)(RPM)至大約200RPM的 范圍之內(nèi)。盡管在此說(shuō)明的薄殼和復(fù)雜幾何輪廓的曲線切割在磨料線鋸切操作中特別具有 吸引力，這些技術(shù)還可以用在軍事應(yīng)用中，如雷達(dá)天線罩或觀察系統(tǒng)。曲線的觀察玻璃可以 具有廣泛的應(yīng)用，如，進(jìn)入刺眼環(huán)境中的弧形觀察窗?；⌒蔚乃{(lán)寶石晶片以其優(yōu)雅的抗刮傷 晶體而可以用在高端手表應(yīng)用中。在常規(guī)的線鋸切機(jī)器中，搖擺是通過(guò)搖擺線導(dǎo)向器組件來(lái)產(chǎn)生的。相比之下，本發(fā) 明的另外的實(shí)施方案涉及在線切割操作的過(guò)程中搖擺和轉(zhuǎn)動(dòng)工件(例如錠料)。所用組件 可以容易地做成與上述的曲線切割和復(fù)雜幾何輪廓成形中使用的組件相同或類(lèi)似。在多個(gè) 優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式中，該組件使用一個(gè)電動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)架。在圖16中示出的是整套錠料移動(dòng)和進(jìn)給組件160的三維圖像，包括兩個(gè)線性臺(tái)架 162,164以及一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)架(例如轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)122)，該轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)架安裝在垂直臺(tái)架162上。使用 電動(dòng)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)架允許工件安裝桿(例如桿120)搖擺和轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于全周轉(zhuǎn)動(dòng)，桿120可以 被能夠?qū)⒐ぜ３衷趹冶郯才诺钠渌ぞ?如中心型固定裝置)代替。圖17中所示的是轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)122的圖像，該轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)具有突出桿120，該突出桿可以用來(lái) 使用(例如)熱蠟、粘附劑或另外的合適的介質(zhì)來(lái)固定一個(gè)工件。在操作過(guò)程中，整個(gè)突出 工具桿給入線中，在此說(shuō)明的實(shí)施方案允許工件在被給入時(shí)搖擺或者轉(zhuǎn)動(dòng)360度，這減小 了切割接觸長(zhǎng)度并且由此增加每個(gè)砂礫上的力。圖18中示出的是一個(gè)已安裝的工件(例如錠料180)，該工件正在轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)架(例如 以上說(shuō)明的轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)120)上被搖擺。在多個(gè)具體實(shí)現(xiàn)方式中，該轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)架由一臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，一個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控 制器優(yōu)選為允許靈活多樣的復(fù)雜轉(zhuǎn)動(dòng)路徑編程，包括加速度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度編程。具有足夠扭 矩以顧及切割過(guò)程中出現(xiàn)的力的一臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是優(yōu)選的。圖19示出的是用于比較(1)線性進(jìn)給切削，(2)轉(zhuǎn)動(dòng)和進(jìn)給切削以及(3)搖擺和 進(jìn)給切削的圖示。參見(jiàn)圖示3(搖擺和進(jìn)給切削)，變角度搖擺可以通過(guò)編制這樣一個(gè)程序 來(lái)實(shí)現(xiàn)，即轉(zhuǎn)動(dòng)軸線從300度開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著錠料穿過(guò)該部分而減小搖擺角度，在切削結(jié)束 時(shí)搖擺角度變?yōu)?度。
對(duì)于高達(dá)100轉(zhuǎn)每分鐘(RPM)的速度和/或?qū)τ诰哂邢嗤D(zhuǎn)動(dòng)速度的全周360度 轉(zhuǎn)動(dòng)，在此說(shuō)明的方法允許任何搖擺角度。在此說(shuō)明的加工能力的優(yōu)點(diǎn)包括在整個(gè)切削加工期間使線的接觸長(zhǎng)度相等，以及 使每個(gè)砂礫上的力最大化。搖擺過(guò)程可以認(rèn)為與鋸木料時(shí)手持鋸前后搖擺以加速切削的過(guò) 程類(lèi)似。如果轉(zhuǎn)動(dòng)速度充分增加，工件的轉(zhuǎn)動(dòng)也可以增加每個(gè)砂礫上的力，并增加線相對(duì)于 工件的接觸速度。在多個(gè)另外的實(shí)施方案中，本發(fā)明用于一種磨料線切割系統(tǒng)或機(jī)器，該系統(tǒng)或機(jī) 器包括以上說(shuō)明的一個(gè)或多個(gè)特征和/或技術(shù)。在多個(gè)具體實(shí)現(xiàn)方式中，該系統(tǒng)包括以下 的方面的至少一個(gè)并且優(yōu)選地多于一個(gè)低彎曲的繞線；單層雙鼓式繞線組件單層繞線； 恒力線彎曲傳感器；薄殼曲線切割和/或復(fù)雜幾何成形的能力；工件搖擺和轉(zhuǎn)動(dòng)以及高張 力和高線速度。多個(gè)優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式同時(shí)結(jié)合了所有這些特征。圖20、21和22示出了該線切割系統(tǒng)的多個(gè)具體實(shí)例。例如，圖20示出的是組裝 在一個(gè)3D虛擬空間中的幾個(gè)設(shè)計(jì)部件的三維圖像。圖21和22是一個(gè)系統(tǒng)的視圖，該系統(tǒng) 包括當(dāng)(例如)門(mén)蓋打開(kāi)時(shí)可見(jiàn)的多個(gè)線導(dǎo)向器、多個(gè)繞線輥、多個(gè)線張緊器。在此披露的系統(tǒng)優(yōu)選地利用如以上說(shuō)明的金剛石線，并且在半導(dǎo)體工業(yè)中(例如 在切晶片過(guò)程中)切割硬質(zhì)陶瓷時(shí)是特別有用的。在某些實(shí)現(xiàn)方式中，在此披露的系統(tǒng)具 有可以在單線與多線切割之間互換的工具。也可以提供具有不同間距和槽數(shù)量的工具。該系統(tǒng)優(yōu)選地利用一個(gè)繞線系統(tǒng)，該繞線系統(tǒng)被修改為考慮更大的單層繞線長(zhǎng) 度。同樣，以上說(shuō)明的定時(shí)帶的繞線鼓驅(qū)動(dòng)安排可以修改為使用雙伺服系統(tǒng)，其中一個(gè)伺服 系統(tǒng)作為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)而另一個(gè)停止，由此去掉分開(kāi)的張緊系統(tǒng)，并且允許卷軸上的繞線OD 的變化。當(dāng)線的方向被反轉(zhuǎn)時(shí)，例如在向前切割和向后切割之間反轉(zhuǎn)時(shí)，伺服系統(tǒng)在驅(qū)動(dòng)與 停止之間轉(zhuǎn)換。在許多情況下，工件向上移動(dòng)進(jìn)入這個(gè)或這些線中。該系統(tǒng)也可以設(shè)計(jì)為工件向 下進(jìn)給入這個(gè)或這些線中，從而允許有效的切屑移除。對(duì)于向下進(jìn)給的切割，該恒力傳感器 被修改為容納跟蹤線彎曲的跟蹤輥，該輥在線下移動(dòng)，以便考慮負(fù)彎曲的情況。不管工件的進(jìn)給方向如何，本發(fā)明的多個(gè)優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式允許工件在切割過(guò)程中上 下移動(dòng)、前后移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和/或搖擺。提供了一個(gè)恒力系統(tǒng)用于更好地控制切削過(guò)程。該系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)為對(duì)于使用恒力以及恒定進(jìn)給程序的切割具有多種功能。恒定進(jìn) 給程序可編程為可變的進(jìn)給速率，這種可變的進(jìn)給速率可以隨著切削深度或度過(guò)時(shí)間而變 化?？梢约尤胍粋€(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序以漸增地推進(jìn)線的前進(jìn)，從而隨著時(shí)間的過(guò)去而 暴露新的線，以便確保恒定的切口和一致的線鋒利度。這種能力可以用在一個(gè)程序內(nèi)，在該 程序中線的使用被逐步地向前推進(jìn)以便在切削過(guò)程中暴露新的線。如果線的長(zhǎng)度是非常的 長(zhǎng)并且一個(gè)連續(xù)的切割模式是必需的(如在一個(gè)生產(chǎn)環(huán)境中)，這可以是特別有利的。該系統(tǒng)優(yōu)選地整合了切割區(qū)域的冷卻。在多個(gè)優(yōu)選實(shí)例中，冷卻流體是通過(guò)集束 射流噴嘴技術(shù)輸送的，例如在2003年12月30日提交的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6，669，118 B2與2006 年8月8日提交的美國(guó)專(zhuān)利號(hào)7，086，930 B2中所說(shuō)明的，這兩個(gè)專(zhuān)利都是頒給Webster的， 都具有Coherent Jet Nozzles for Grinding Applications的標(biāo)題，這兩個(gè)專(zhuān)利的傳授內(nèi) 容均通過(guò)引用以其全文結(jié)合在此。
例如，可以通過(guò)一個(gè)噴嘴組件輸送冷卻流體，該噴嘴組件包括一個(gè)增壓室；一個(gè) 可移除地固定在所述增壓室的一個(gè)下游側(cè)面上的模塊式前板；安排為傳送流體經(jīng)過(guò)所述 模塊式前板的至少一個(gè)集束射流噴嘴；該集束射流噴嘴具有一個(gè)最接近的端部分，該最接 近的端部分具有一個(gè)下游軸線以及一個(gè)橫向尺寸D ；—個(gè)遠(yuǎn)端部分；該遠(yuǎn)端部分在下游方 向上減小橫向尺寸；該遠(yuǎn)端部分在一個(gè)出口處終止，該出口具有一個(gè)橫向尺寸d;其中比值 D d至少是大約2 1 ；以及安排在所述增壓室內(nèi)的一個(gè)調(diào)節(jié)器。在其他安排中，該噴嘴 組件包括一個(gè)增壓室；可移除地固定在所述增壓室的一個(gè)下游側(cè)面上的一個(gè)模塊卡；安 排在所述卡內(nèi)的用于經(jīng)過(guò)其從所述增壓室傳送流體的至少一個(gè)集束射流噴嘴；該至少一個(gè) 集束射流噴嘴被構(gòu)造為產(chǎn)生一個(gè)噴射，該噴射在距離該噴嘴的大約30. 5cm的距離上橫向 尺寸增加不多于約4倍；以及安排在所述增壓室內(nèi)的一個(gè)調(diào)節(jié)器。在另外的安排中，該噴 嘴組件包括用于提供一個(gè)增壓室的裝置；用于產(chǎn)生一個(gè)噴射的噴嘴裝置，該噴射在大約 30. 5cm的距離上橫向尺寸增加不多于約4倍；用于可移除地將該噴嘴裝置偶連在所述增壓 室裝置的一個(gè)下游側(cè)面上的裝置；以及安排在所述增壓室內(nèi)用于調(diào)節(jié)流體的裝置。在多個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，冷卻是通過(guò)用于輸送一個(gè)集束射流的研磨冷卻劑的方法 提供的，該方法包括a)確定用于研磨操作的冷卻劑的希望流速；b)確定產(chǎn)生一個(gè)冷卻劑 噴射速度所要求的冷卻劑壓力，例如，在該冷卻劑流速下大致等于圓周線速度；c)確定能 夠?qū)崿F(xiàn)該冷卻劑噴射速度的一個(gè)噴嘴的排出面積；并且d)提供一個(gè)噴嘴組件用于以該冷 卻劑噴射速度輸送一個(gè)集束射流的研磨冷卻劑，其中該噴嘴組件包括一個(gè)增壓裝置以及至 少一個(gè)噴嘴，該噴嘴包括一個(gè)軸線、具有一個(gè)最大直徑D的一個(gè)最接近的端、以及具有直徑 d的縱向截面的包含噴嘴的排出面積的一個(gè)最遠(yuǎn)端部分；該遠(yuǎn)端具有以相對(duì)于該軸線至少 30度角安排的一個(gè)表面；并且該噴嘴的特征為至少約2 1的D d之比。可以采用其他合適的冷卻安排。該系統(tǒng)還可以具有允許進(jìn)一步的過(guò)程控制的軟件性能。這包括通過(guò)連續(xù)地監(jiān)測(cè)來(lái) 自驅(qū)動(dòng)伺服器以及來(lái)自用來(lái)控制線的張力的數(shù)字控制比例閥的功率來(lái)檢測(cè)早期的斷線。通 過(guò)監(jiān)測(cè)線的張力和伸長(zhǎng)，可以檢測(cè)潛在的斷線情況，并且可以指示機(jī)器停止切削并且從切 口中退出。一個(gè)數(shù)字反饋系統(tǒng)可以用作這種恒力傳感器。如以上所述的，一個(gè)機(jī)器配備有一 個(gè)傳感器，該傳感器檢測(cè)切削過(guò)程中的最大力的情況并且指示進(jìn)給機(jī)構(gòu)暫停，直到切割速 率使線松弛，這樣該傳感器失效。執(zhí)行在切割過(guò)程中將線的彎曲轉(zhuǎn)換成一個(gè)最大切削力的 原理的這種方法可以進(jìn)一步完善或修改，以便連續(xù)地監(jiān)測(cè)彎曲角，而不僅僅是最大值。這種 修改將允許復(fù)雜的過(guò)程控制以及切割穿過(guò)錠料的可變的力。在以一個(gè)變化的線接觸長(zhǎng)度穿 過(guò)切削輪廓來(lái)切割物體時(shí)，一個(gè)可變力程序可能是有利的。圓形的錠料把這種情況表現(xiàn)為 接觸長(zhǎng)度從0變化至穿過(guò)切口的部分的0D。有利地，在此披露的系統(tǒng)可以結(jié)合工件的獨(dú)特操縱，這種操縱允許切割過(guò)程中的 多樣性。一個(gè)錠料可以在切割過(guò)程中被上下移動(dòng)、前后移動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)或搖擺。如以上說(shuō)明 的，一種獨(dú)特線的操縱和繞線的方法使線的彎曲量最小化并且消除了與斷線有關(guān)聯(lián)的線的重疊。在此說(shuō)明的系統(tǒng)的多個(gè)實(shí)例可以達(dá)到15m/s的線速度并且可以具有高達(dá)50N的張 力范圍。當(dāng)與現(xiàn)有的磨料線切割機(jī)器相比時(shí)，該系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方式可以提供更快速的切削速率以及改進(jìn)質(zhì)量的切削。在以下表1中給出了一個(gè)展示性的固著磨料的線切割機(jī)器的詳細(xì)說(shuō)明。表 權(quán)利要求
1.一種固著磨料的線切割系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括以下各項(xiàng)中的一個(gè)或多個(gè)a)一個(gè)實(shí)質(zhì)上平面的走線路徑，該走線路徑用于將一個(gè)固著磨料的線提供給一個(gè)切削 區(qū)域；b)一個(gè)接觸元件，該接觸元件具有大于IOOmm的接觸直徑；c)一個(gè)單層雙鼓式繞線組件，該繞線組件包括多個(gè)操作性地連接的輥，所述輥之一被 連接到一個(gè)電動(dòng)機(jī)上；d)用于監(jiān)測(cè)與一個(gè)工件接觸的一個(gè)切割線的一個(gè)彎曲角的一個(gè)系統(tǒng)，其中該用于監(jiān)測(cè) 該彎曲角的系統(tǒng)包括一個(gè)探測(cè)器，該探測(cè)器用于感測(cè)在該切割區(qū)域處一個(gè)跟蹤線的彎曲的 裝置的移動(dòng)；以及e)一個(gè)組件，該組件包括一個(gè)第一線性臺(tái)架以及安裝在一個(gè)第二線性臺(tái)架上的一個(gè)轉(zhuǎn) 動(dòng)臺(tái)架，其中該第二線性臺(tái)架不同于該第一線性臺(tái)架。
2.如權(quán)利要求1所述的固著磨料的線切割系統(tǒng)，進(jìn)一步包括一個(gè)冷卻系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求2所述的固著磨料的線切割系統(tǒng)，其中該冷卻系統(tǒng)包括至少一個(gè)集束射 流噴嘴。
4.用于一個(gè)固著磨料的線切割操作的一種線操縱組件，該組件包括一個(gè)或多個(gè)線卷 軸、線導(dǎo)向器以及線張緊器，其中由所述線卷軸、線導(dǎo)向器以及線張緊器所限定的一個(gè)走線 路徑是實(shí)質(zhì)上平面的。
5.如權(quán)利要求4所述的線操縱組件，其中所述線卷軸、線導(dǎo)向器以及線張緊器中的一 個(gè)或多個(gè)具有大于約IOOmm的接觸直徑。
6.如權(quán)利要求5所述的線操縱組件，其中所述線卷軸、線導(dǎo)向器以及線張緊器中的一 個(gè)或多個(gè)具有大于約200mm的接觸直徑。
7.如權(quán)利要求6所述的線操縱組件，其中所述線卷軸、線導(dǎo)向器以及線張緊器中的一 個(gè)或多個(gè)具有大于約300mm的接觸直徑。
8.如權(quán)利要求4所述的線操縱組件，其中在該走線路徑中的多個(gè)接觸元件具有大于約 IOOmm的接觸直徑。
9.如權(quán)利要求8所述的線操縱組件，其中在該走線路徑中的多個(gè)接觸元件具有大于約 200mm的接觸直徑。
10.如權(quán)利要求9所述的線操縱組件，其中在該走線路徑中的多個(gè)接觸元件具有大于 約300mm的接觸直徑。
11.用于一個(gè)固著磨料的線切割操作的一種線操縱組件，該組件包括一個(gè)或多個(gè)線接 觸元件，這些線接觸元件中的至少一個(gè)具有大于IOOmm的接觸直徑。
12.如權(quán)利要求11所述的線操縱組件，其中這些線接觸元件中的至少一個(gè)具有大于約 200mm的接觸直徑。
13.如權(quán)利要求12所述的線操縱組件，其中這些線接觸元件中的至少一個(gè)具有大于約 300mm的接觸直徑。
14.如權(quán)利要求11所述的線操縱組件，其中由一個(gè)或多個(gè)線卷軸、線導(dǎo)向器或線張緊 器所限定的一個(gè)走線路徑是實(shí)質(zhì)上平面的。
15.一種固著磨料的線切割系統(tǒng)包括實(shí)質(zhì)上平面的一個(gè)走線路徑。
16.如權(quán)利要求15所述的固著磨料的切割線系統(tǒng)，其中該走線路徑包括選自下組的至少一個(gè)接觸元件，該組的組成為卷軸、線導(dǎo)向器以及線張緊器。
17.如權(quán)利要求15所述的固著磨料的線切割系統(tǒng)，其中該至少一個(gè)接觸元件具有大于 約IOOmm的線接觸直徑。
18.如權(quán)利要求16所述的固著磨料的線切割系統(tǒng)，其中該至少一個(gè)接觸元件具有大于 約200mm的線接觸直徑。
19.如權(quán)利要求17所述的固著磨料的線切割系統(tǒng)，其中該至少一個(gè)線接觸元件具有大 于約300mm的線接觸直徑。
20.一種固著磨料的線切割系統(tǒng)包括一個(gè)更大直徑的走線路徑。
21.—種固著磨料的線系統(tǒng)包括一個(gè)雙鼓式繞線組件，該繞線組件包括一個(gè)第一輥以 及一個(gè)第二輥，所述輥被操作性地彼此連接，其中該第一輥與該第二輥之一被連接到一個(gè) 電動(dòng)機(jī)上。
22.如權(quán)利要求21所述的固著的線磨料系統(tǒng)，其中該第一輥和該第二輥支撐一個(gè)單層 的固著磨料的線。
23.如權(quán)利要求21所述的固著的線磨料系統(tǒng)，其中該第一輥和該第二輥支撐多于一層 的固著磨料的線。
24.如權(quán)利要求21所述的固著的線磨料系統(tǒng)，其中該單層雙鼓式繞線組件安裝在一個(gè) 線性臺(tái)架上。
25.如權(quán)利要求M所述的固著的線磨料系統(tǒng)，其中該線性臺(tái)架是被一個(gè)第二電動(dòng)機(jī)驅(qū) 動(dòng)，該第二電動(dòng)機(jī)連接到連接在該第一輥和該第二輥之一上的電動(dòng)機(jī)上。
26.一種方法，用于在一個(gè)固著磨料的線切割操作中將線提供給一個(gè)切削區(qū)域，該方法 包括轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)第一輥，其中該第一輥被操作性地連接到一個(gè)第二輥上，以卷繞所述輥上的 線。
27.如權(quán)利要求沈所述的方法，其中這些輥安裝在一個(gè)線性臺(tái)架上并且對(duì)這些輥的每 一轉(zhuǎn)都經(jīng)過(guò)一個(gè)線寬度。
28.一種固著的線磨料系統(tǒng)，包括一個(gè)雙鼓式組件，該組件用于控制在兩個(gè)鼓上的一個(gè) 線間距，所述組件包括一個(gè)第一輥以及一個(gè)第二輥，所述輥被操作性地彼此連接，其中該第 一輥與該第二輥中的至少一個(gè)被連接到一個(gè)電動(dòng)機(jī)上。
29.如權(quán)利要求觀所述的固著的線磨料系統(tǒng)，其中該第一輥和該第二輥中的一個(gè)或兩 個(gè)支撐一個(gè)單層的固著磨料線。
30.如權(quán)利要求觀所述的固著的線磨料系統(tǒng)，其中該第一輥和該第二輥中的一個(gè)或兩 個(gè)支撐多于一個(gè)單層的固著磨料線。
31.如權(quán)利要求觀所述的固著的線磨料系統(tǒng)，其中在該第一輥上的線間距是獨(dú)立于在 該第二輥上的線間距進(jìn)行控制的。
32.一種用于在一個(gè)固著磨料的線切割操作中將線提供給一個(gè)切削區(qū)域的方法，該方 法包括在兩個(gè)鼓之間來(lái)回地移動(dòng)該固著磨料的線，其中間距是在兩個(gè)鼓中進(jìn)行控制的。
33.一種鼓式繞線安排，其中一個(gè)雙鼓系統(tǒng)的每一個(gè)連接到一個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)上。
34.一種用于監(jiān)測(cè)或控制在一個(gè)線切割操作的過(guò)程中的一個(gè)線彎曲角度的方法，該方 法包括a)對(duì)于由一條線與一個(gè)工件之間的接觸所引起的一個(gè)彎曲角選擇一個(gè)設(shè)定值；并且b)監(jiān)測(cè)在該線切割操作的過(guò)程中的一個(gè)實(shí)際的彎曲角以便確定該實(shí)際彎曲角是否達(dá) 到所述設(shè)定值。
35.如權(quán)利要求34所述的方法，進(jìn)一步包括如果該實(shí)際彎曲角達(dá)到所述最大值即停止 該線切割操作。
36.用于監(jiān)測(cè)或控制與一個(gè)工件接觸的一個(gè)切割線的一個(gè)彎曲角一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包 括一個(gè)探測(cè)器，該探測(cè)器用于感測(cè)在該切割區(qū)域處一個(gè)跟蹤線的彎曲的裝置的移動(dòng)。
37.如權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，其中該裝置是一個(gè)球軸承輥，該球軸承輥安裝在圍繞 一個(gè)支點(diǎn)可轉(zhuǎn)動(dòng)的一個(gè)樞軸臂上，并且該探測(cè)器能夠感測(cè)安裝在該樞軸臂的一個(gè)相反端處 的一個(gè)探針。
38.如權(quán)利要求36所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括如果由該探測(cè)器所感測(cè)的該彎曲角達(dá)到一 個(gè)設(shè)定的彎曲角值時(shí)用于停止把工件進(jìn)給入該切割線中的裝置。
39.一個(gè)用于在一個(gè)工件中生產(chǎn)一個(gè)曲線切口的過(guò)程，該過(guò)程包括在一個(gè)線切割操作 的過(guò)程中控制一個(gè)第一軸線和一個(gè)第二軸線，同時(shí)在穿過(guò)該工件進(jìn)給一條線時(shí)對(duì)該第一軸 線進(jìn)行插值。
40.一個(gè)用于生產(chǎn)一個(gè)工件的一個(gè)復(fù)雜幾何輪廓的過(guò)程，該過(guò)程包括在權(quán)利要求39所 述的過(guò)程期間轉(zhuǎn)動(dòng)該工件。
41.如權(quán)利要求39或40所述的過(guò)程，其中該工件安裝在多個(gè)線性臺(tái)架上，這些線性臺(tái) 架能夠?qū)?yīng)地沿著該第一軸線和沿著該第二軸線移動(dòng)。
42.—個(gè)工件，該工件是由如權(quán)利要求39至41中任一項(xiàng)所述的過(guò)程生產(chǎn)的。
43.一種固著磨料的線切割系統(tǒng)，包括用于對(duì)應(yīng)地控制一個(gè)第一軸線和一個(gè)第二軸線 的多個(gè)線性臺(tái)架，以及一個(gè)臺(tái)面，該臺(tái)面用于在一個(gè)切割操作的過(guò)程中轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)工件。
44.一個(gè)用于切削一個(gè)工件的過(guò)程，該過(guò)程包括在該工件正被進(jìn)給到一條固著磨料線 之中時(shí)使該工件搖擺。
45.如權(quán)利要求44所述的過(guò)程，其中搖擺是以一個(gè)可變的角度來(lái)進(jìn)行的。
46.一種用于一個(gè)固著磨料的線切割系統(tǒng)的組件，該組件包括一個(gè)第一線性臺(tái)架以及 安裝在一個(gè)第二線性臺(tái)架上的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)架，其中該第一線性臺(tái)架不同于該第二線性臺(tái)
47.如權(quán)利要求46所述的組件，其中該第二線性臺(tái)架是垂直的。
48.如權(quán)利要求46或47中任一項(xiàng)所述的組件，其中該轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)架是被一個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
49.如權(quán)利要求46至48中任一項(xiàng)所述的組件，進(jìn)一步包括用于在一個(gè)切割操作的過(guò)程 中控制該工件的一個(gè)搖擺角度的裝置。
50.一種固著磨料的線切割系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括如權(quán)利要求46至49中任一項(xiàng)所述的組件。
全文摘要
一種線切割系統(tǒng)以及用于使用它的方法包括以下特征中的一個(gè)或多個(gè)與操縱線相關(guān)的安排和/或操作；與線的張緊相關(guān)的裝置和方法；用于操控工件的設(shè)備和技術(shù)；設(shè)計(jì)為用于冷卻和移除切屑(碎片)的安排和/或操作；可以與這些特征結(jié)合使用的控制和/或自動(dòng)操作。
文檔編號(hào)B24B27/06GK102137735SQ200980133880
公開(kāi)日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日
發(fā)明者D·格拉罕姆, E·L·拉姆波特, K·薩博拉馬內(nèi)恩, L·A·格林斯柯 申請(qǐng)人:圣戈班磨料磨具有限公司, 法國(guó)圣戈班磨料磨具公司