磨削方法、磨削机构及磨削装置与流程

本发明涉及硬脆材料加工，特别地涉及一种磨削方法、磨削机构及磨削装置。

背景技术：

1、目前，随着电子技术、半导体技术、微纳技术和光学技术的快速发展，各领域科技水平得到了快速提升。这类高新技术对器件电学、光学、热学、抗腐耐磨等特性有着特殊的要求。硬脆材料，由于具有抗腐蚀、耐高温、耐磨损等优良性能被作为基础材料在半导体、航空航天、国防等诸多领域有着越来越广泛的作用，占据着越来越重要的地位。这类材料由于具有硬度高、断裂韧性低的力学特性，是典型的难加工材料。磨削加工作为该类材料成形加工的主要工艺方法，在加工过程中材料表面及亚表面产生大量损伤，包括表面破碎、亚表面裂纹。这些损伤在持续的机械作用下会发生宏观扩展，严重的可能导致硬脆材料零件破坏。这是由于磨削过程中磨削力产生的应力超过了含磨削损伤材料的剩余强度情况下导致的。磨削工艺参数的选取不当一方面抑制了磨削加工效率，另一方面可能会导致整个材料的断裂。

2、以硬脆材料中的硅棒为例，目前光伏行业硅棒磨倒一体机都是普通的机械磨削，通过金属夹持块对硅棒进行夹持，并利用砂轮对硅棒进行磨削，然而砂轮性能对磨削加工质量与效率的影响较大，现有的机械磨削已经无法满足光伏行业对硅棒的要求，造成硅棒的磨削质量和效率低的问题。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明技术方案提供了一种磨削方法、磨削机构及磨削装置，通过对磨削机构和待磨削工件进行供电以实现对待磨削工件进行机械磨削和电火花磨削的复合磨削加工，有利于提高磨削质量和磨削效率。

2、本发明提供了一种磨削方法，包括：

3、步骤s1、将待磨削工件固定于磨削机构上，并分别使所述待磨削工件和所述磨削机构与外部电源电连接；

4、步骤s2、启动所述磨削机构工作，并调节所述外部电源的工作状态；

5、步骤s3、在对所述待磨削工件完成磨削后：

6、若所述外部电源处于打开状态，则关闭所述外部电源，然后停止所述磨削机构工作；

7、若所述外部电源处于关闭状态，则保持此状态，然后停止所述磨削机构工作。即根据待磨削工件的磨削要求调节外部电源的工作状态以实现对待磨削工件进行磨削机构的机械磨削、外部电源供电的电火花磨削以及机械磨削和电火花磨削同时进行的复合磨削。

8、本发明技术方案的进一步优化，所述磨削机构包括机座和砂轮，所述砂轮可转动地设置于所述机座上，所述砂轮与所述外部电源电连接，且所述砂轮能够对所述待磨削工件进行磨削。砂轮能够对待磨削工件进行机械磨削，也能够通过通电对待磨削工件进行电火花磨削，从而实现对待磨削工件的三种磨削方式。

9、本发明技术方案的进一步优化，所述外部电源的负极与所述磨削机构电连接，所述外部电源的正极与所述待磨削工件电连接。由于待磨削工件形成电火花磨削的正极，而磨削机构形成电火花磨削的负极，电火花磨削的过程中，电子会由待磨削工件流向磨削机构，在此过程中待磨削工件的消耗较大，而磨削机构的消耗较小，能够有效地保证待磨削工件的磨削量，同时保证磨削机构的使用寿命。

10、本发明技术方案的进一步优化，步骤s2中，还包括粗磨模式和精磨模式：

11、当所述磨削机构处于粗磨模式时，打开所述外部电源；

12、当所述磨削机构处于精磨模式时，关闭所述外部电源。在进行粗磨时对待磨削工件的切深较大，此时可以采用机械磨削和电火花磨削同时进行的复合磨削的方式进行加工，而在精磨时，对磨削精度的要求较高，此时仅选择机械磨削来保证磨削精度即可。

13、本发明技术方案的进一步优化，在步骤s2中，当所述外部电源处于打开状态时，还包括：

14、获取待磨削工件的设计切深fg，并将设计切深fg与预设切深值hc进行比较；

15、若fg＞hc，则降低所述外部电源的脉冲间隙和/或脉冲电源功率，由于设计切深较大，此时以机械磨削为主，电火花磨削为辅，从而保证对待磨削工件的切除量；

16、若fg≤hc，则增加所述外部电源的脉冲间隙和/或脉冲电源功率，此时以电火花磨削为主，对待磨削工件进行磨削的过程中形成更锋利的磨粒出刃切割，从而会产生更小的切割载荷，达到更好的加工精度。

17、本发明技术方案的进一步优化，所述外部电源包括脉冲电源。

18、本发明另一方面提供了一种应用上述磨削方法的磨削机构，包括：机座；砂轮，所述砂轮可转动地设置于所述机座上，且所述砂轮和所述机座之间设置有绝缘结构；第一供电结构，所述第一供电结构设置于所述机座上，且所述第一供电结构与所述砂轮电连接；第二供电结构，所述第二供电结构设置于所述机座上，且所述第二供电结构与所述待磨削工件电连接。对砂轮和待磨削工件均进行供电从而可以在对待磨削工件进行机械磨削的同时实现电火花磨削，从而有效的提高待磨削工件的磨削加工效率，利用绝缘结构实现砂轮与机座之间的相对绝缘，避免机座由于砂轮的带电而带电，避免待磨削工件磨削过程中存在触电风险，保证待磨削工件磨削过程中的安全性。

19、本发明技术方案的进一步优化，所述第一供电结构包括碳刷，所述碳刷设置于所述机座上，所述碳刷与所述机座之间设置有绝缘结构，且外部电源通过所述碳刷与所述砂轮电连接。碳刷相对于机座保持静止，从而可以保证碳刷能够可靠的与外部电源连接，而碳刷的刷头能够与砂轮进行接触而实现电连接，在砂轮可靠转动的同时保证砂轮的供电可靠。

20、本发明技术方案的进一步优化，所述第一供电结构还包括碳刷固定座，所述碳刷固定座设置于所述机座上，部分所述碳刷固定设置于所述碳刷固定座上，部分所述碳刷突出所述碳刷固定座以与所述砂轮接触配合，所述碳刷固定座与所述机座之间设置有所述绝缘结构。利用碳刷固定座实现碳刷的固定，方便碳刷的安装，并利用绝缘结构保证碳刷与机座之间的相对绝缘，避免机座带电而造成触电事故。

21、本发明技术方案的进一步优化，所述第一供电结构还包括绝缘固定座，所述绝缘固定座设置于所述机座上，部分所述碳刷固定设置于所述绝缘固定座上，部分所述碳刷突出所述绝缘固定座以与所述砂轮接触配合，所述绝缘固定座构成所述绝缘结构。绝缘固定座采用绝缘材料制成，尽可能的保证碳刷与机座之间的相对绝缘。

22、本发明技术方案的进一步优化，所述第一供电结构包括滚轮，所述滚轮可转动地设置于所述机座上，且所述滚轮与所述机座之间设置有绝缘结构，所述滚轮与所述砂轮抵接配合，外部电源通过所述滚轮与所述砂轮电连接。滚轮能够进行转动，从而可以在砂轮进行转动的同时滚轮同步转动，从而实现对砂轮的供电。优选的，滚轮的转动轴线与砂轮的转动轴线平行。

23、本发明技术方案的进一步优化，所述第一供电结构还包括滚轮座，所述滚轮座设置于所述机座上，所述滚轮可转动地设置于所述滚轮座上，所述滚轮座与所述机座之间设置有所述绝缘结构，且所述滚轮座与所述外部电源电连接。利用绝缘结构实现滚轮与机座之间的相对绝缘，避免机座带电而造成触电事故。

24、本发明技术方案的进一步优化，所述第一供电结构还包括安装座和调节机构，所述安装座通过所述调节机构设置于所述滚轮座上，所述滚轮可转动地设置于所述安装座上，且所述调节机构能够带动所述安装座相对所述滚轮座进行移动。利用调节机构调节滚轮的位置，从而可以根据砂轮的直径调节滚轮以保证对砂轮进行可靠供电。

25、本发明技术方案的进一步优化，所述第一供电结构还包括轴承，所述轴承设置于所述安装座上，所述滚轮可转动地设置于所述轴承上。通过设置轴承保证滚轮可转动地设置在安装座上。

26、本发明技术方案的进一步优化，所述安装座上设置有进气通道，所述滚轮与所述安装座之间具有间距，所述进气通道的一端与所述间距连通，所述进气通道的另一端与供气结构连通。利用进气通道向滚轮与安装座之间的间距送入压力气体，避免在待磨削工件磨削的过程中磨削所产生的磨削屑进入该间距内而影响滚轮的转动可靠。

27、本发明技术方案的进一步优化，所述第一供电结构还包括滚轮轴，所述滚轮轴设置于所述安装座上，所述滚轮通过所述轴承设置于所述滚轮轴上，且与所述滚轮轴之间具有间距，所述安装座上设置有进气通道，所述进气通道的一端与所述间距连通，所述进气通道的另一端与供气结构连通。滚轮轴的部分突出安装座，轴承套设在滚轮轴突出的部分上而方便安装，滚轮套设在轴承上可以进行滚动。

28、本发明技术方案的进一步优化，所述滚轮轴上设置有安装盘，所述轴承设置于所述安装盘上，所述滚轮套设于所述轴承上，且所述滚轮与所述安装盘之间形成所述间距。利用安装盘与滚轮共同配合以对轴承形成包覆，尽可能的减少磨削屑进入轴承，保证滚轮的转动可靠。

29、本发明技术方案的进一步优化，所述调节机构包括连杆，所述连杆的一端铰接于所述滚轮座上，另一端铰接于所述安装座上。连杆能够实现对安装座和滚轮座的刚性连接，同时由于连杆的铰接设置，可以实现安装座相对于滚轮座移动，实现滚轮的位置调节。

30、本发明技术方案的进一步优化，所述调节机构还包括预紧结构，所述预紧结构设置于所述滚轮座上，所述安装座连接于所述预紧结构上，且所述预紧结构能够带动所述滚轮向所述砂轮移动。预紧结构能够迫使滚轮向砂轮移动而使滚轮与砂轮接触可靠，保证砂轮的供电可靠。

31、本发明技术方案的进一步优化，所述预紧结构包括弹簧，所述弹簧的一端设置于所述滚轮座上，另一端设置于所述安装座上。弹簧始终给予滚轮安装座一个拉力，该拉力能够迫使滚轮向砂轮移动，从而保证滚轮与砂轮的电连接可靠。

32、本发明技术方案的进一步优化，所述磨削机构还包括砂轮轴，所述砂轮轴可转动地设置于所述机座上，所述砂轮设置于所述砂轮轴上，所述砂轮轴和所述砂轮之间设置有所述绝缘结构。利用绝缘结构实现砂轮与砂轮轴之间的相对绝缘，避免砂轮带电的同时而造成机座带电。

33、本发明技术方案的进一步优化，所述磨削机构还包括锁紧件，所述砂轮通过所述锁紧件连接于所述砂轮轴上，所述锁紧件与所述砂轮的接触位置处设置有绝缘结构。锁紧件能够保证砂轮与砂轮轴进行可靠固定，同时绝缘结构能够避免砂轮和砂轮轴之间的电连接。

34、本发明技术方案的进一步优化，所述砂轮上设置有第一安装孔，所述砂轮轴上设置有第二安装孔，所述锁紧件与所述第一安装孔和所述第二安装孔配合以实现所述砂轮和所述砂轮轴的连接，所述第一安装孔与所述锁紧件的接触位置处设置有绝缘结构。通过在第一安装孔和锁紧件之间设置绝缘结构即可实现砂轮与砂轮轴之间的相对绝缘，避免机座带电。

35、本发明技术方案的进一步优化，所述磨削机构还包括绝缘套筒，所述绝缘套筒设置于所述第一安装孔内，且所述绝缘套筒套设于所述锁紧件上。绝缘套筒能够进一步避免锁紧件与砂轮接触，从而避免砂轮轴及机座带电。

36、本发明技术方案的进一步优化，所述滚轮的转动轴线与所述砂轮的转动轴线共线。此时滚轮的侧面能够很好的与砂轮的侧面接触配合，从而实现为砂轮可靠供电。

37、本发明技术方案的进一步优化，所述第一供电结构的数量为至少一个，所有所述第一供电结构均与所述砂轮电连接。优选的第一供电结构可以为多个，且所有第一供电结构均设置在砂轮对待磨削工件进行磨削的位置附近。

38、本发明技术方案的进一步优化，所述第二供电结构包括供液结构，所述供液结构能够向所述待磨削工件供给碳浆，且所述待磨削工件通过所述碳浆与所述外部电源电连接。外部电源的电能能够使碳浆带电，并且在碳浆流至待磨削工件时使待磨削工件带电，从而实现对待磨削工件的电火花磨削。

39、本发明技术方案的进一步优化，所述第二供电结构还包括储液槽，所述储液槽用于存储碳浆，所述外部电源为所述碳浆供电，所述待磨削工件与所述碳浆接触连接，进而实现对待磨削工件的电连接。利用储液槽实现对碳浆的收集，避免碳浆流动至机座上而使整个磨削机构带电，保证生产安全，同时也可以将待磨削工件浸泡在碳浆内，保证对待磨削工件的供电可靠，从而保证对待磨削工件进行电火花磨削的可靠性。

40、本发明的另一方面提供一种磨削装置，包括上述的磨削机构。

41、与现有技术相比，本发明技术方案的优点在于：对磨削机构和待磨削工件均进行供电，可以实现在对待磨削工件进行机械磨削的同时实现电火花磨削，从而有效的提高待磨削工件的磨削加工质量和效率；

42、根据预设条件(磨削机构的磨削模式等)控制磨削机构是否对待磨削工件进行电火花磨削，从而增加磨削机构对待磨削工件的加工方式，提高加工精度；

43、也可以根据预设条件(待磨削工件的设计切深)控制外部电源的脉冲间隙和/或脉冲电源功率，从而满足材料的去除率以及磨削机构的切割载荷和加工精度；

44、利用绝缘结构实现砂轮与机座之间的相对绝缘，避免机座由于砂轮的带电而带电，避免待磨削工件磨削过程中的触电风险，保证待磨削工件磨削过程中的安全性；

45、调节机构和预紧结构能够确保砂轮在磨削过程中不会因机械振动、温度变化、湿度变化等产生尺寸精度变化，从而保证磨削的加工精度。