线切割机构、切割总成、开方装置及其控制方法与流程

1.本发明涉及线切割技术领域，特别地涉及一种线切割机构、切割总成、开方装置及其控制方法。


背景技术：

2.目前，随着社会对绿色可再生能源利用的重视和开放，光伏太阳能发电领域越来越得到重视和发展。光伏太阳能发电领域中，通常的晶体硅太阳能电池是在高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅棒后通过多线锯切割而成。现有硅片的制作流程，一般是将单晶硅或多晶硅原料通过开方机进行开方，使得硅棒整体呈类矩形；开方完毕后，对硅棒进行磨面、滚圆及抛光等处理；最后，再采用多线切片机对开方后的硅棒进行切片。
3.然而在传统开方机在进行开方时，一般采用水平布置的上下两根金刚线和/或竖直布置的左右两根金刚线对硅棒进行切割，在切削过程中，喷淋管喷出的切削液在上面水平方向(位于上方的金刚线的切割位置)相较于在下面水平方向(位于下方的金刚线的切割位置)的冷却效果差；而在竖直方向上，喷淋管喷出的切削液会在重力的作用下由上流到下流动，使得在同一竖直方向上(位于左侧的金刚线的切割位置或位于右侧的金刚线的切割位置)，上部分相较于下部分的冷却效果差，呈现出上下冷却差异较大。
4.现有技术中面对水平布置的上下两根金刚线和/或竖直布置的左右两根金刚线对硅棒进行切割时切割工况的差异较大会在切割工艺上将整根硅棒分为5-7段，并对应每段硅棒分别设置工艺参数以应对四根线切削精度和质量等差异，这样严重影响了加工效率。


技术实现要素：

5.针对上述技术问题，本发明技术方案提供了一种线切割机构、切割总成、开方装置及其控制方法，通过倾斜布置刀头工位减少开方过程中的工艺干预以提高加工效率。
6.本发明提供了一种线切割机构，包括：刀头座；四组切割轮系，所述切割轮系用以绕设切割线以实现物料加工，且所有所述切割轮系均设置于所述刀头座上；所述切割轮系上形成有刀头工位，四个所述切割轮系的四个所述刀头工位呈菱形分布。
7.本发明技术方案的进一步优化，每一所述切割轮系的所述刀头工位均倾斜设置，且所述刀头工位的倾斜角度为45
°
。
8.本发明技术方案的进一步优化，相邻两个所述刀头工位在所述线切割机构的进给方向上具有间距。
9.本发明技术方案的进一步优化，所述切割轮系包括两个切割轮，两个所述切割轮之间形成所述刀头工位。
10.本发明技术方案的进一步优化，所述切割轮系还包括驱动电机，所述驱动电机设置于所述刀头座上，且所述驱动电机能够带动至少一个所述切割轮进行转动，四组所述切割轮系的所述驱动电机同步工作。
11.本发明技术方案的进一步优化，所述线切割机构还包括过轮组件，所述过轮组件
用以实现相邻的两个所述切割轮系之间所述切割线的过渡。
12.本发明技术方案的进一步优化，所述过轮组件包括换向轮机构。
13.本发明技术方案的进一步优化，所述过轮组件包括两个换向轮，两个所述换向轮的转动轴线具有夹角，所述切割线依次经过两个所述换向轮以实现过渡。
14.本发明另一方面提供一种切割总成，包括上述的线切割机构。
15.本发明技术方案的进一步优化，所述切割总成还包括：
16.用于释放和收纳切割线的收放线机构，所述收放线机构为两组；
17.两组所述收放线机构分别设置于所述线切割机构的两侧，以使切割线在一侧的所述收放线机构、所述线切割机构和另一侧的所述收放线机构之间往复移动。
18.本发明技术方案的进一步优化，所述收放线机构还包括排线装置，所述排线装置设置在所述收放线辊与所述线切割机构之间，或者所述收放线辊与所述排线装置一体设置。
19.本发明技术方案的进一步优化，所述切割总成还包括喷淋机构，所述喷淋机构的喷淋方向指向所述刀头工位与硅棒的接触位置，且所述喷淋机构的喷淋方向与所述刀头工位相平行。
20.本发明技术方案的进一步优化，所述喷淋机构包括四个喷淋管，四个所述喷淋管分别位于所述菱形的四个顶点处，且四个所述喷淋管的喷淋方向与所述菱形的四条边对应平行。
21.本发明另一方面提供一种开方装置，包括上述的线切割机构或上述的切割总成。
22.本发明技术方案的进一步优化，所述开方装置还包括：床身底座；横梁导向机构，所述横梁导向机构设置于所述床身底座上，所述线切割机构设置于所述横梁导向机构上，且所述横梁导向机构能够带动所述线切割机构沿硅棒的长度方向进行移动。
23.本发明另一方面提供一种上述的开方装置的控制方法，包括：
24.步骤s1、确定硅棒的开方面；
25.步骤s2、根据步骤s1确定的开方面，调节所述硅棒的固定角度以使所述开方面与刀头工位位于同一平面；
26.步骤s3、控制所述线切割机构移动以对硅棒进行切割。
27.本发明技术方案的进一步优化，所述开方装置还包括床身底座；横梁导向机构，所述横梁导向机构设置于所述床身底座上，所述线切割机构设置于所述横梁导向机构上，且所述横梁导向机构能够带动所述线切割机构沿硅棒的长度方向进行移动，在步骤s3中，还包括：
28.在所述刀头工位切入硅棒和/或切出硅棒时，降低所述横梁导向机构的进给速度。
29.与现有技术相比，本发明技术方案的优点在于：由于刀头工位倾斜设置，相对于现有技术的水平及竖直布置来说，在保证对硅棒进行可靠开方的同时，有效的降低每个刀头工位的切割工况的差异，使得可以运行更少的工艺干预，简化加工工艺，提高加工精度，保证切割后产品的精度和质量。而且刀头工位对硅棒切割后的切缝也处于倾斜状态，切削液可以顺利的流入切缝而对硅棒及切割线进行冷却润滑，提高硅棒加工过程中的冷却效果，降低硅棒不同切面的冷却润滑差异，保证切割线切割后的切面质量，以及硅棒所有切面的一致性，进一步保证切割后产品的精度和质量。
附图说明
30.在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。
31.图1是本发明开方装置的主视图的结构示意图；
32.图2是本发明开方装置的后视图的结构示意图；
33.图3是本发明开方装置的剖视图；
34.图4是本发明开方装置的另一剖视图；
35.图5是本发明开方装置的另一剖视图；
36.图6是本发明开方装置的立体图；
37.图7是本发明切割线的路径图。
38.在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
39.标号说明：
40.100、刀头座；102、刀头工位；103、硅棒；105、收放线机构；106、喷淋管；107、横梁导向机构；001、排线轮a；002、张力轮a；003、换向轮a；004、换向轮b；005、切割轮a；006、切割轮b；007、换向轮c；008、换向轮d；009、切割轮c；010、切割轮d；011、换向轮e；012、换向轮f；013、切割轮e；014、切割轮f；015、换向轮g；016、换向轮h；017、切割轮g；018、切割轮h；019、换向轮i；020、换向轮j；021、张力轮b；022、排线轮b；101、床身底座。
具体实施方式
41.下面将结合附图1
‑‑
7对本发明作进一步说明。
42.本发明提供一种线切割机构，包括：刀头座100；四组切割轮系，所述切割轮系用以绕设切割线以实现物料加工，且所有所述切割轮系均设置于所述刀头座100上；所述切割轮系上形成有刀头工位102，四个所述切割轮系的四个所述刀头工位102呈菱形分布。由于四个刀头工位102呈菱形分布，因此，每个刀头工位102相对于水平面倾斜，相对于现有技术的水平及竖直布置来说，在保证对硅棒103进行可靠开方的同时，有效的降低每个刀头工位102的切割工况的差异，使得可以运行更少的工艺干预，简化加工工艺，提高加工精度，保证切割后产品的精度和质量
43.优选的，每一所述切割轮系的所述刀头工位102均倾斜设置，且所述刀头工位102的倾斜角度为45
°
。四个刀头工位102的切割工况基本相同，使得硅棒103的四个切面一致性好，可以最大限度的减少工艺干预，提高加工效率。
44.相邻两个所述刀头工位102在所述线切割机构的进给方向上具有间距。避免刀头工位102之间的切割线产生干涉，保证线切割机构的工作可靠。
45.需要说明的是，在保证四个刀头工位102之间不会产生干涉的前提下，四个刀头工位102基本上处于同一竖直平面内，尽可能的减少四个刀头工位102之间的工况差异，从而有效的保证切割后产品的精度和质量的一致性。
46.所述切割轮系包括两个切割轮，两个所述切割轮之间形成所述刀头工位102。两个切割轮能够使位于两者之间的切割线进行支撑而形成刀头工位102，从而保证对硅棒103的切割效果。
47.其中，四个切割轮系共用同一根切割线，切割线依次经过每个切割轮系上的两个切割轮，从而在四个刀头工位102处形成四个切割线段，此时，四个切割线段的张紧度、切割
速率等工况均保持一致，保证线切割机构的切割效果，同时简化线切割机构的切割工艺，进一步提高加工效率。
48.所述切割轮系还包括驱动电机，所述驱动电机设置于所述刀头座100上，且所述驱动电机能够带动至少一个所述切割轮进行转动，即可以在一个切割轮上设置驱动电机，也可以同时在两个个切割轮上同时设置驱动电机，四组所述切割轮系的所述驱动电机同步工作。保证与驱动电机连接的切割轮的转速同步，保证切割线在每个切割轮系中的工况相同，避免切割线在不同的线切割机构内移动速率不同而造成切割线被拉断或者脱离切割轮等情况的发生，从而保证线切割机构的切割效果。
49.由于线切割机构采用单根的切割线，为了实现两个切割轮系之间切割线的连接，所述线切割机构还包括过轮组件，所述过轮组件用以实现相邻的两个所述切割轮系之间所述切割线的过渡。过轮组件能够对切割线进行转向，使得切割线能够以设定的角度离开切割轮系和进入切割轮系，避免切割线脱离切割轮而影响线切割机构的可靠性。
50.所述过轮组件包括换向轮机构。具体的，所述过轮组件包括两个换向轮，两个所述换向轮的转动轴线具有夹角，所述切割线依次经过两个所述换向轮以实现过渡。其中每个换向轮均配置成可自由转动，从而使得换向轮可以根据切割线的路径进行调节，保证切割线能够顺利的被换向轮进行导向，提高开方装置的工作可靠性。
51.为了保证换向轮能够随着切割线在切割过程中的位移而进行随动，所述线切割机构还包括摆杆机构所述换向轮通过所述摆杆机构设置于所述刀头座100上。
52.其中，切割轮系设置在刀头座100的第一侧面，换向轮设置在刀头座100的第二侧面，切割线需要穿过刀头座100，为此，所述刀头座100上设置有过线孔，相连接的两个所述切割轮系之间的所述切割线经过所述过线孔。
53.本发明另一方面提供一种切割总成，包括上述的能够进行菱形开方线切割机构。切割机构中的切割轮系可以配合环形切割线布设轮系，也可以设置往复线，当设置往复线时，所述切割总成还与上述线切割机构相配的用于释放和收纳切割线的收放线机构105，所述收放线机构105为两组；两组所述收放线机构105分别设置于所述线切割机构的两侧，以使切割线在一侧的所述收放线机构105、所述线切割机构和另一侧的所述收放线机构105之间往复移动。在切割线进行切割时，一个收放线机构105进行收线，另一个收放线机构105进行放线，从而保证切割线的张紧程度以及切割线的往复移动，也能够避免切割线紊乱而影响该切割效果。
54.具体的，所述收放线机构105包括收放线辊。切割线可以缠绕在收放线辊上，并且根据收放线辊的转动方向的切换，实现收线和放线的切换。
55.由于切割线在收放线辊上无序排列，为了避免切割线在离开收放线辊时的位置及角度不同而造成切割线可能脱出切割轮系，因此所述收放线机构105还包括排线装置，所述排线装置设置在所述收放线辊与所述线切割机构之间，或者所述收放线辊与所述排线装置一体设置。
56.作为一种实施方式，四组所述切割轮系包括切割轮a(005)、切割轮b(006)、切割轮c(009)、切割轮d(010)、切割轮e(013)、切割轮f(014)、切割轮g(017)和切割轮h(018)；所述换向轮机构包括换向轮a(003)、换向轮b(004)、换向轮c(007)、换向轮d(008)、换向轮e(011)、换向轮f(012)、换向轮g(015)、换向轮h(016)、换向轮i(019)和换向轮j(020)；所述
收放线机构105包括放线机构、收线机构以及排线轮a(001)和排线轮b(022)；所述放线机构的切割线依次经过排线轮a(001)-张力轮a(002)-换向轮a(003)-换向轮b(004)-切割轮a(005)-切割轮b(006)-换向轮c(007)-换向轮d(008)一切割轮c(009)-切割轮d(010)-换向轮e(011)-换向轮f(012)-切割轮e(013)-切割轮f(014)一换向轮g(015)一换向轮h(016)一切割轮g(017)-切割轮h(018)-换向轮i(019)-换向轮j(020)-张力轮b(021)-排线轮b(022)一收线机构。
57.现有技术中在水平及竖直方向布置切割线的基础上，采用水平及竖直喷淋切削液的方式进行冷却润滑，在水平方向上，由于切削液受重力影响，硅棒103的上切面处切削液流动性差，并且在切削液沿上方的切面流动路径较短，使得硅棒103的上切面的冷却润滑效果相比竖直面差，而切面下部的切削液在重力的作用下更难附着在硅棒103表面，并且水平线带动切削液进入线缝的流动性差，造成切面下部的切削液的量较小，冷却液润滑效果相对于切面上部的效果较差，更难以与竖直面的冷却润滑效果相比；在竖直方向上，相对于水平方向来说，切削液的流动较为顺畅，但是在同一竖直切面中，切面切缝上部的切削液量较大，冷却及润滑效果较好，而切面切缝下部的切削液量较小，冷却润滑效果不如上部，造成竖直切面的表面质量及精度不一致。
58.为此，本技术的所述切割总成还包括喷淋机构，所述喷淋机构的喷淋方向指向所述刀头工位102与硅棒103的接触位置，且所述喷淋机构的喷淋方向与所述刀头工位102相平行。利用喷淋机构对切割线以及硅棒103的冷却润滑，同时喷淋方向与刀头工位102处的切割线相平行，可以使喷淋的切削液倾斜流入切割线切割后的切缝，达到更高效冷却的目的。
59.所述喷淋机构包括四个喷淋管106，四个所述喷淋管106分别位于所述菱形的四个顶点处，且四个所述喷淋管106的喷淋方向与所述菱形的四条边对应平行。四个喷淋管106可以对硅棒103的四个切面分别供给切削液，从而保证所有切面及切割线的冷却润滑可靠。
60.本发明另一方面提供一种开方装置，包括上述的线切割机构或上述的切割总成。
61.所述开方装置还包括：床身底座101；横梁导向机构107，所述横梁导向机构107设置于所述床身底座101上，所述线切割机构设置于所述横梁导向机构107上，且所述横梁导向机构107能够带动所述线切割机构沿硅棒103的长度方向进行移动。横梁导向机构107可以带动线切割机构进行移动而实现对硅棒103的切割。也即此时硅棒103被固定在床身底座101上，而所有线切割机构在横梁导向机构107的带动下进行移动，实现对硅棒103的切割开方。
62.横梁导向机构107可以为液压机构，也可以为电机驱动。
63.横梁导向机构107还包括滑轨，所有所述线切割机构均在滑轨的导向作用下进行移动。
64.开方装置还包括夹持机构，夹持机构设置在床身底座101上，且夹持机构能够对硅棒103进行夹持。
65.夹持机构包括头架组件和尾架组件，硅棒103被夹持在头架组件和尾架组件之间。
66.本发明另一方面提供一种上述的开方装置的控制方法，包括：
67.步骤s1、确定硅棒103的开方面；
68.步骤s2、根据步骤s1确定的开方面，调节所述硅棒103的固定角度以使所述开方面
与刀头工位102位于同一平面；
69.步骤s3、控制所述线切割机构移动以对硅棒103进行切割。
70.本发明技术方案的进一步优化，所述开方装置床身底座101；横梁导向机构107，所述横梁导向机构107设置于所述床身底座101上，所述线切割机构设置于所述横梁导向机构107上，且所述横梁导向机构107能够带动所述线切割机构沿硅棒103的长度方向进行移动，在步骤s3中，还包括：
71.在所述刀头工位102切入硅棒103和/或切出硅棒103时，降低所述横梁导向机构107的进给速度。避免切割线与硅棒103刚接触是或者离开硅棒103时的进给速度过快而造成切割后的产品端部质量差的问题。
72.虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

技术特征：
1.一种线切割机构，其特征在于：包括：刀头座；四组切割轮系，所述切割轮系用以绕设切割线以实现物料加工，且所有所述切割轮系均设置于所述刀头座上；所述切割轮系上形成有刀头工位，四个所述切割轮系的四个所述刀头工位呈菱形分布。2.根据权利要求1所述的线切割机构，其特征在于：每一所述切割轮系的所述刀头工位均倾斜设置，且所述刀头工位的倾斜角度为45
°
。3.根据权利要求1所述的线切割机构，其特征在于：相邻两个所述刀头工位在所述线切割机构的进给方向上具有间距。4.根据权利要求1所述的线切割机构，其特征在于：所述切割轮系包括两个切割轮，两个所述切割轮之间形成所述刀头工位。5.根据权利要求4所述的线切割机构，其特征在于：所述切割轮系还包括驱动电机，所述驱动电机设置于所述刀头座上，且所述驱动电机能够带动至少一个所述切割轮进行转动，四组所述切割轮系的所述驱动电机同步工作。6.根据权利要求4所述的线切割机构，其特征在于：所述线切割机构还包括过轮组件，所述过轮组件用以实现相邻的两个所述切割轮系之间所述切割线的过渡。7.根据权利要求6所述的线切割机构，其特征在于：所述过轮组件包括换向轮机构。8.根据权利要求7所述的线切割机构，其特征在于：所述过轮组件包括两个换向轮，两个所述换向轮的转动轴线具有夹角，所述切割线依次经过两个所述换向轮以实现过渡。9.一种切割总成，其特征在于：包括权利要求1至8中任一项所述的线切割机构。10.根据权利要求9所述的切割总成，其特征在于：所述切割总成还包括：用于释放和收纳切割线的收放线机构，所述收放线机构为两组；两组所述收放线机构分别设置于所述线切割机构的两侧，以使切割线在一侧的所述收放线机构、所述线切割机构和另一侧的所述收放线机构之间往复移动。11.根据权利要求10所述的切割总成，其特征在于：所述收放线机构还包括排线装置，所述排线装置设置在所述收放线辊与所述线切割机构之间，或者所述收放线辊与所述排线装置一体设置。12.根据权利要求9所述的切割总成，其特征在于：所述切割总成还包括喷淋机构，所述喷淋机构的喷淋方向指向所述刀头工位与硅棒的接触位置，且所述喷淋机构的喷淋方向与所述刀头工位相平行。13.根据权利要求12所述的切割总成，其特征在于：所述喷淋机构包括四个喷淋管，四个所述喷淋管分别位于所述菱形的四个顶点处，且四个所述喷淋管的喷淋方向与所述菱形的四条边对应平行。14.一种开方装置，其特征在于：包括权利要求1至8中任一项所述的线切割机构或权利要求9至13中任一项所述的切割总成。15.根据权利要求14所述的开方装置，其特征在于：所述开方装置还包括：床身底座；横梁导向机构，所述横梁导向机构设置于所述床身底座上，所述线切割机构设置于所
述横梁导向机构上，且所述横梁导向机构能够带动所述线切割机构沿硅棒的长度方向进行移动。16.一种权利要求14或15所述的开方装置的控制方法，其特征在于：包括：步骤s1、确定硅棒的开方面；步骤s2、根据步骤s1确定的开方面，调节所述硅棒的固定角度以使所述开方面与刀头工位位于同一平面；步骤s3、控制所述线切割机构移动以对硅棒进行切割。17.根据权利要求16所述的控制方法，其特征在于：所述开方装置还包括：床身底座；横梁导向机构，所述横梁导向机构设置于所述床身底座上，所述线切割机构设置于所述横梁导向机构上，且所述横梁导向机构能够带动所述线切割机构沿硅棒的长度方向进行移动，在步骤s3中，还包括：在所述刀头工位切入硅棒和/或切出硅棒时，降低所述横梁导向机构的进给速度。

技术总结
本发明提供一种线切割机构、切割总成、开方装置及其控制方法。线切割机构包括刀头座；四组切割轮系，所述切割轮系用以绕设切割线以实现物料加工，且所有所述切割轮系均设置于所述刀头座上；所述切割轮系上形成有刀头工位，四个所述切割轮系的四个所述刀头工位呈菱形分布。本发明将刀头工位倾斜设置，相对于现有技术的水平及竖直布置来说，在保证对硅棒进行可靠开方的同时，有效的降低每个刀头工位的切割工况的差异，使得可以运行更少的工艺干预，简化加工工艺，提高加工精度，保证切割后产品的精度和质量。的精度和质量。的精度和质量。


技术研发人员：仇健 王海超
受保护的技术使用者：青岛高测科技股份有限公司
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/8/28