长卷绷带移送进给系统设计（全套含CAD图纸）
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长卷绷带移送进给系统设计（开题报告） 1 长卷绷带移送进给系统设计 机设 103 （ 10100853） 闫鹏 摘要： 多线切割技术是一种比较先进的进行脆硬材料切割的加工工艺，在医用绷带切割方面具有巨大的应用前景。而多线切割机的绷带移送系统的工作效率将直接影响到切割效率以及产品质量的好坏，因此对于绷带移送系统的设计具有重要的意义。本文主要介绍了多线切割机的工作原理，发展现状和趋势，以及各部分的构成，并给出了研究内容、技术路线和技术方案。绷带移送系统主要由输送带，绷带固定翻板，丝杠螺母机构等组成，本课题将对这些结构进行设计和校核，并绘制装配图和主要零件的零 件图。 关键词： 绷带，多线切割，带式输送，丝杠螺母传动 1 研究背景 题来源分析 多线切割（ 一种通过金属丝的高速往复运动，把磨料带入半导体加工区域进行研磨，将半导体等硬脆材料一次同时切割为数百片薄片的一种新型切割加工方法。数控多线切割机已逐渐取代了传统的内圆切割，成为硅片切割加工的主要方式 1。 医用绷带是用以固定和保护手术或受伤 部位 的 材料 ，为外科手术所必备。绷带在生产中首先是长卷的，但实际使用时要求为不同长度的绷带，因此要对绷带进行切断加工。绷带切割要满足不同切割宽度的要求、同时切割速度快、能实现自动化切割。 将多线切割技术应用于绷带的切割中可提高绷带加工的效率。图 1绷带移送进给切割原理图。 绷带移送运动 切割线 切割线的运动 长卷绷带 绷带径向进给运动 图 1绷带移送进给切割原理 它的原理是通过一根高速运动的钢线带动附着在钢丝上的切割刃料对绷带卷材进行摩擦，在整个过程中，钢线通过十几个导线轮的引导，在主线辊上形成一张线网，切 长卷绷带移送进给系统设计（开题报告） 2 割线进行上下运动；绷带沿长度方向移送到位后，绷带开始径向进给运动，绷带接触到切割线，继续径向进给一个直径，即可实现绷带的切断。由此可以看出，绷带的移送进给系统是切割系统的重要组成部分，本课题将对改 系统进行设计研究。 题研究的目的和意义 近年来，随着科学技术的不断发展，我国多线切割机的生产技术日趋成熟，已经可以生产出具有不错水平的多线切割机。但目前多线切割机主要用于硅晶片等硬质材料的切割。绷带采用多切割方式其绕线和线的运动与硅晶片切割原理基本相同，但绷带的输送与固定系统不同于硅晶片等硬质材料，绷带的移送进给要与切割线的运动相匹配，它的设计是否合理，直接影响到绷带切割效率以及最终产品的合格率，课题研究具有重要的实际意义。课题将对多线切割机绷带移送进给系统进行设计以满足多线切割的要求。 2 文献综述 线切割机的工作原理 多线切割机主要由收放线轮系统，恒张力控制系统，横移架布线系统，加工主辊线网组，工作台进给系统及砂浆切削液供给系统参与硅片的成型加工。图 2多线切割机加工机理示意图，其中左半部分为放线系统，右半部分为收线系统，中间部分为切割加工组网。 首先放线辊上缠有满足切削要求的一定规格钢丝线，工作时，钢丝线有放线辊释放，经过横移架布线系统，导向轮系走到放线端的张力臂，然后再经过导向轮系导入四个加工主辊。进入加工主辊后，钢丝线均匀地排布在一定间隔的主辊槽内，整齐排列的钢丝线组成了切 割面，钢丝线又由导向轮系导出加工辊组，走过收线端张力臂，最后再经过导向轮系进入收线辊。四个加工主辊有两台电机同步驱动，从而带动切削组网按一定的速度正常运行。同时将放置多晶硅锭的工作台有电机驱动，经减速器匀速向下运动，与此同时，砂浆供应站提供一定粘度的砂浆，切削液均匀地喷洒在主辊钢丝组网上，每一根钢丝线上形成均匀的砂浆薄膜，最终实现对多晶硅锭的均匀切削 2。 图 2线切割机结构示意图 长卷绷带移送进给系统设计（开题报告） 3 线切割机国内外的研究现状 外多线切割机的研究现状 多线切割机床属于大型精密数控机床，其加工精 度高、控制系统复杂、制造难度大，国际上仅有少数几家大型机械制造公司掌握数控多线切割机床技术，如瑞士 司、 司、日本 司、 司等。 由于技术垄断， 国际市场也被这几家公司所垄断，我国半导体制造业起步较晚，数控多线切割机床市场完全被上述几家公司所垄断， 如瑞士 司和曰本司，基本上垄断了国内数控多线切割机床市场。由于市场需求量巨大，多线切割机床产品呈现供不应求的状况，以瑞士 司为例， 其产品订单己 排到 2009 年。 内多线切割机的研究现状 我国半导体制造行业起步较晚，多线切割技术一直是我国半导体材料切割加工的瓶颈。国家政府也意识到了半导体制造行业对国家综合国力发展的重要性，鼓励并资助具有一定制造基础和研发实力的企业、学校研究开发国产的数控多线切割机床设备。国内已有多家企业着手开发数控多线切割机床产品，如中日合资的上海日进机床有限公司、湖南宇晶机器实业有限公司和兰州瑞德集团 (原兰新集团 )都相继研制了数控多线切割机床样机或产品。 现仅以湖南宇晶机器实业有限公司研制的产品为例进行说明。 控多线切割机床产品于 2006 年上半年推向国内外市场，于 2006 年 12 月 3O 日通过科技成果鉴定， 是我国第一代具有自主知识产权的多线切割机床。第一代产品的主要特征：由张力重锤设定张力，编码器反馈张力变化以及 调速电机控制排线系统；采用 机主要用于水晶、石英、蓝宝石、磁性材料等硬脆材料的切割加工。该机型自问世以来，已累计销售 30 余台，市场前景广阔。在此基础上，又于 2007 年上半年向市场推出了 控多线切割机床产品，于 2007 年 1O 月 27日通过科技成果鉴定， 是我国第二代自主研制的数控多线切割机床产品。第二代产品的主要特征：采用伺服电机直接转矩控制取代张力重锤来控制张力，提高了张力控制精度；提出了基于伺服电机自带绝对值编码器信息的排线及限位控制方法，显著提高了排线性能，排线均匀平整；通过走线速度指令的优化设计，有效地缩短了速度换向过渡时间， 降低了走线系统电机功率的要求；在收放线电机和主电机的控制中，提出了无轴传动的自适应逆控制算法，保证了系统的同步性和稳定性。可全面实现对半导体材料及各种硬脆材料的高精度、高速度、低损耗切割。 多 线切割机经过多年的发展已经成熟，但任何事物都不会一劳永逸，今后的发展方向应该是大型、快速、高精度、高效益 3。 长卷绷带移送进给系统设计（开题报告） 4 式输送机概述 带式输送机 是一种摩擦驱动以连续方式运输 物料 的 机械 。 主要由机架、 输送带 、 托辊 、 滚筒 、张紧装置、传动装置等组成。它可以将物料在一定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程。它既可以进行碎散物料的输送，也可以进行成件物品的 输送。除进行纯粹的物料 输送 外，还可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的 要求 相配合，形成有节奏的流水作业运输线。 胶带输送机又称皮带输送机，输送带根据摩擦传动原理而运动，适用于输送堆积密度小于 /立方米，易于掏取的粉状、粒状、小块状的低磨琢性物料及袋装物料，如煤、碎石、砂、水泥、化肥、粮食等 。胶带输送机可在环境温度 +40范围内使用，被送物料温度小于 60。其机长及装配形式可根据用户要求确定，传动可用电滚筒，也可用带驱动架的驱动装置 5。 带式输送机的适用范围：可以用于水平运输或倾斜运输，使用非常方便，广泛应用于现代化的各种工业企业中，如： 矿山 的井下巷道、 矿井 地面运输系统、 露天采矿场及选矿厂 中。根据输送工艺要求，可以单台输送，也可多台组成或与其他输送设备组成水平或倾斜的输送系统，以满足不同布置形式的作业线需要。 带式输送机的工作原理：带式输送机主要由两个端点滚筒及紧套其上的闭合输送带组成。带动输送带转动的滚筒称为驱动滚筒（传动滚筒）；另一个仅在于改变输送带运动方向的滚筒称为改向滚筒。驱动滚筒由电动机通过减速器驱动，输送带依靠驱动滚筒与输送带之间的摩擦力拖动。驱动滚筒一般 都装在卸料端，以增大牵引力，有利于拖动。物料由喂料端喂入，落在转动的输送带上，依靠输送带摩擦带动运送到卸料端卸出。 带式输送机的特点：带式 输送机 是煤矿最理想的高效连续运输设备，与其他运输设备（如机车类）相比，具有输送距离长、运量大、连续输送等优点，而且运行可靠，易于实现自动化和集中化控制，尤其对高产高效矿井，带式输送机已成为 煤炭 开采机电一体化技术与装备的 关键设备 。带式输送机主要特点是机身可以很方便的伸缩，设有储带仓，机尾可随采煤工作面的推进伸长或缩短，结构紧凑，可不设基础，直接在巷道底板上铺设，机架轻巧，拆装十分方便。当输送能力和运距较大时，可配中间 驱动装置 来满足要求。根据输送工艺的要求，可以单 机输送，也可多机组合成水平或倾斜的运输系统来输送物料。 带式输送机广泛地应用在 冶金 、煤炭、交通、水电、化工等部门，是因为它具有输送量大、结构简单、维修方便、成本低、通用性强等优点。带式输送机还应用于 建材 、电力 、轻工、粮食、 港口 、船舶等部门。 杠螺母机构 丝杠螺母机构又称螺旋传动机构。它主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。有以传递能量为主的 (如螺旋压力机、千斤顶等 )；也有以传递运动为主的 (如机床工作台的进给丝杠，自动送料机械手中 6)；还有调整零件之问相对位 长卷绷带移送进给系统设计（开题报告） 5 置的螺旋传动机构等 7。 丝杠螺母机构有滑动摩擦机构和滚动摩擦机构之分。滑动丝杠螺母机构结构简单，加工方便 ，制造成本低，具有自锁功能，但其摩擦阻力矩大、传动效率低 (30 40 )。滚珠丝杠螺母机构虽然结构复杂、制造成本高，不能自锁，但其最大优点是摩擦阻力矩小、传动效率高 (92 98 )，精度高，系统刚度好，运动具有可逆性，使用寿命长，因此在机电一体化系统中得到大量广泛应用。本节主要介绍滚珠丝杠螺母机构。 (1)工作原理如图 2示，丝杠 4 和螺母 1 的螺纹滚道间置有滚珠 2，当丝杠或螺母转动时，滚珠 2 沿螺纹滚道滚动，则丝杠与螺母之间相对运动时产生滚动摩擦，为防止滚珠从滚道中滚出，在螺母的螺旋槽两端设有回程引导装 置 3，如图 2 一 示的反向器和图 2 2b 所示的挡珠器，它们与螺纹滚道形成循环回路，使滚珠在螺母滚道内循环。 图 2珠丝杠机构 123向器） 4(2)传动形式根据丝杠和螺母相对运动的组合情况，其基本传动形式有如图 2 5 所示的四种类型。 1)螺母固定、丝杠转动并移动如图 2 3a 所示，该传动形式因螺母本身起着支承作用，消除了丝杠轴承可能产生的附加轴向窜动，结构较简单，可获得较高的传动精度。但其轴向尺寸不宜太长，否则刚性较差。因此只适用于行程较小的场合。 2)丝杠转动、螺母移动如图 2示，该传动形式需要限制螺母的转动，故需导向装置。其特点是结构紧凑，丝杠刚性较好。适用于工作行程较大的场合。 3)螺母转动、丝杠移动如图 2示，该传动形式需要限制螺母移动和丝杠的转 动，由于结构较复杂且占用轴向空间较大，故应用较少。 4)丝杠固定、螺母转动并移动如图 2 3d 所示，该传动方式结构简单、紧凑，但在多数情况下使用极不方便，故很少应用。 长卷绷带移送进给系统设计（开题报告） 6 (a) (b) (c) (d) 图 2珠丝杠基本传动形式 械传动机构的类型和特点 在输送系统中，无论机械的结构变化得多么复杂，都离不开传动机构的参与，机械传动的目的： (1)传递能量和能量的分配； (2)转速的改变； (3)运动形式的改变 (如回转运动改变为往复运动 )。传动可分为：机械传动、流体传动和电传动。机械传动最常见的有 摩擦轮传动、带传动、齿轮传动、蜗杆传动、链传动等 几种传动方式。 带传动是利用张紧在带轮上的柔性带进行运动或动力 传递的一种机械传动。带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉，不需润滑及可以缓冲吸振等特点 8。因此带传动在近代机械传动中应用十分广泛 。 根据带的截面形状不同，可分为平带传动、 V 带传动、同步带传动、多楔带传动等，见图 2 传动形式分为开口传动、交叉传动、半交叉传动、张紧轮传动。 带传动的优点： 1）能缓和载荷冲击； 2）运行平稳，噪声小； 3）制造和安装精度要求不高； 4）过载时将引起带在带轮上打滑，因而可防止其他零件的损坏； 5）可增加带长以适应中心距较大的工作条件。 带传动的缺点： 1）有 弹性滑动和打滑，使效率降低和不能保持准确的传动比， (同步带传动除外 )； 2）传递同样大的圆周力时，啮合传轮廓尺寸和轴上的压力比动大； 3）带寿命较短。 长卷绷带移送进给系统设计（开题报告） 7 图 2传动的分类 3 研究内容、技术路线和技术方案 究内容 绷带输送系统主要由带式输送机、传动装置、绷带固定装置、丝杠螺母等组成。主要设计研究内容如下： (1)线切割绷带移送系统的工作原理以及各部分的功能要求。 （ 2)绷带移送系统总体结构设计。 (3)绷带移送系统的参数设计、性能校核和主要零部件结构设计 (4)系统的装配图和零件图的绘制 术路线 (1)查找资料，根据所得计算方法和给定条件设计符合要求的多线切割机绷带移送系统。 (2)在所设计的多线切割机绷带移送系统基础上进行优化与改进。 (3)对所设计的系统进行校核与纠错。 (4)运用 制所设计的系统的图纸。 长卷绷带移送进给系统设计（开题报告） 8 图 3术路线图 术方案 长卷绷带移送进给过程见图 3 查找资料 计算参数 设计线切割绷带移送系统 方案优化 校核与纠错 绘制图纸 结束 长卷绷带移送进给系统设计（开题报告） 9 图 3带移送进给流程 (1)长卷绷带移送采用小型皮带输送机。由电机驱动滚动旋转 (2)绷带径向进给采用如图 3示的丝杠螺母运动方式，螺母不动，丝杠做旋转和直线运动
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