石英管切割设备及石英管开管方法

技术领域

本发明涉及石英管切割技术及配套器材领域，特别涉及一种石英管切割设备。本发明还涉及一种应用了该石英管切割设备的石英管开管方法。

背景技术

高纯石英管具有洁净度高、耐高温、热膨胀系数极小等特性，在热处理工段中应用广泛。在半导体材料研究过程中，高纯石英管需要用于外延原生片的N型退火，即采用高纯石英管在真空前提下封装外延片，放入退火炉中进行加热、恒温、冷却等处理。真空封管的目的是为了保证石英管内部几乎没有氧含量和水含量。

经过一定的退火工艺后，需要完整的取出石英管中的退火片，并且退火片表面不能有污染。常见的石英管切管机大多是在水流的环境下切穿石英管，并且以水流清除切割过程中伴随的石英粉尘。切割过程中污染较大、切割精度粗糙，不能满足洁净度的要求。并且尤为需要注意的是，真空封管的退火管在切断后一瞬间，管外压强大于管内压强，直接导致切割过程中伴随的石英粉末或者水流会快速进入管内，污染退火片。

由于退火管厚度较大，强度较好，不易断裂，对石英管实施直接破坏将损坏退火片，而采用常规的切割方法进行石英管切割则会污染退火片。这就对石英管内的退火片的取出造成了较大的困难，也给相关工艺的实施造成诸多不便。

因此，如何避免由石英管内取出退火片时对退火片造成污染和破坏是本领域技术人员目前需要解决的重要技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种石英管切割设备，该石英管切割设备能够优化石英管的切割作业方法，从而避免由石英管内取出退火片时对退火片造成污染和破坏。本发明的另一目的是提供一种应用了该石英管切割设备的石英管开管方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种石英管切割设备，包括水平设置的基座，所述基座上移动设置有工作台，所述基座上还设置有刀架；

所述工作台的顶部设置有管体夹具，所述管体夹具中部具有供石英管贯穿的定位孔，所述定位孔内设置有与石英管套装并联动适配的滚动轴承，所述工作台上还设置有能够驱动所述管体夹具往复升降的升降驱动装置以及能够驱动所述工作台沿水平方向往复移动的平移驱动装置；

所述刀架上设置有刀套，所述刀套的一端设置有与装配于所述管体夹具中的石英管的切割端配合的旋转刀头，所述旋转刀头的转动轴线与装配于所述管体夹具中的石英管的轴线平行，所述工作台上设置有控制所述旋转刀头启停的电源开关。

优选地，所述刀套中部具有水平延展的调整腔，所述调整腔内滑动设置有调节滑块，所述调节滑块的前端部联动设置有调节连杆，所述调节连杆的前端部伸出于所述刀套并与所述旋转刀头同轴联动连接。

优选地，所述刀套的侧壁上自外而内插装设置有伸入所述调整腔内的锁紧螺栓，所述锁紧螺栓的插入端与所述调节滑块的外壁压紧适配。

优选地，所述基座的中部具有安装孔，所述安装孔内嵌装有转动轴承，所述刀架的底端同轴插装于所述转动轴承内并与所述转动轴承联动。

优选地，所述刀架的底部设置有环形凸台，所述环形凸台上具有沿其周向延展的限位滑槽，所述限位滑槽内插装有与所述基座螺纹配合的限位螺栓。

优选地，所述刀套的一端设置有限位胶塞，所述限位胶塞的中部具有供所述调节连杆同轴贯穿的限位孔。

优选地，所述刀套的另一端拆装设置有封口胶塞，所述封口胶塞的外壁与所述调整腔的内壁压紧贴合。

优选地，还包括套设于石英管外部的套管，所述套管同轴嵌装于所述滚动轴承与石英管之间，且所述套管与石英管联动，所述套管远离石英管的切割端的一端联动设置有调节手轮。

优选地，所述升降驱动装置和所述平移驱动装置均为丝杆组件。

本发明还提供一种石英管开管方法，采用了如上文所述的石英管切割设备，包括步骤：

作业准备，将待切割的石英管对位装配于管体夹具中，之后通过升降驱动装置和平移驱动装置的分别动作，将工作台的水平位置及管体夹具的竖直位置调整到位，使装配于管体夹具中的石英管的切割端位于与旋转刀头配合的目标工位处；

管体切割，通过电源开关启动旋转刀头，再通过操纵平移驱动装置和升降驱动装置协同配合，控制工作台和管体夹具联动，使石英管逐步靠近旋转刀头，直至石英管外壁与旋转刀头相切，之后控制石英管平缓靠近旋转刀头的轴线，在此过程中，石英管在旋转刀头的转动摩擦作用下与旋转刀头反向同步转动，直至旋转刀头在石英管的切割端外壁上切削出具有预设切割深度的环形刀槽切口；

开管取件，将完成管体切割的石英管由管体夹具上取下，用酒精擦拭环形刀槽切口处，以去除管体切割过程中生成的粉末杂质，再利用铁棒轻轻敲击石英管的切割端即可使石英管在环形刀槽切口处断裂，将石英管敲断后再使用镊子完整干净地取出石英管内的退火片。

相对上述背景技术，本发明所提供的石英管切割设备，其操作使用过程中，依据当前工况需求，将待切割的石英管对位装配于管体夹具中，之后通过升降驱动装置和平移驱动装置的分别动作，将工作台的水平位置及管体夹具的竖直位置调整到位，使装配于管体夹具中的石英管的切割端位于与旋转刀头配合的目标工位处。然后，通过电源开关启动旋转刀头，再通过操纵平移驱动装置和升降驱动装置协同配合，控制工作台和管体夹具联动，使石英管逐步靠近旋转刀头，直至石英管外壁与旋转刀头相切，之后控制石英管平缓靠近旋转刀头的轴线，在此过程中，石英管在旋转刀头的转动摩擦作用下与旋转刀头反向同步转动，直至旋转刀头在石英管的切割端外壁上切削出具有预设切割深度的环形刀槽切口。待石英管的管体切割完成后，将石英管由管体夹具上取下，用酒精擦拭环形刀槽切口处，以去除管体切割过程中生成的粉末杂质，再利用铁棒轻轻敲击石英管的切割端即可使石英管在环形刀槽切口处断裂，将石英管敲断后再使用镊子完整干净地取出石英管内的退火片。由此，即可完成石英管的切割开管，并能够将石英管内的退火片完整无污染地取出，从而有效避免了由石英管内取出退火片时对退火片造成污染和破坏。

在本发明所提供的石英管开管方法中，通过依次进行的作业准备、管体切割、开管取件各操作步骤，通过旋转刀头在石英管的切割端周向切削出一个环形的刀槽切口，再利用铁棒轻轻敲击石英管的切割端，即可使石英管在环形刀槽切口处断裂，以便将石英管敲断后再使用镊子完整干净地取出石英管内的退火片，从而有效避免了由石英管内取出退火片时对退火片造成污染和破坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具体实施方式所提供的石英管切割设备的装配结构正视图；

图2为图1中刀架与基座间的配合结构俯视图；

图3为图1中工作台的结构俯视图；

图4为旋转刀头与石英管之间处于初始工位的示意图；

图5为旋转刀头与石英管之间处于相切工位的示意图；

图6为旋转刀头与石英管之间处于相交工位的示意图；

图7为本发明一种具体实施方式所提供的石英管开管方法的流程图。

其中，

10-基座；101-安装孔；102-转动轴承；103-限位螺栓；11-工作台；111-升降驱动装置；112-平移驱动装置；12-刀架；121-刀套；122-旋转刀头；123-调整腔；124-调节滑块；125-调节连杆；126-锁紧螺栓；127-环形凸台；128-限位滑槽；129-限位胶塞；1291-限位孔；120-封口胶塞；13-管体夹具；131-定位孔；132-滚动轴承；133-套管；134-调节手轮；14-电源开关；20-石英管。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种石英管切割设备，该石英管切割设备能够优化石英管的切割作业方法，从而避免由石英管内取出退火片时对退火片造成污染和破坏；同时，提供一种应用了该石英管切割设备的石英管开管方法。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请结合参考图1至图6。

在具体实施方式中，本发明所提供的石英管切割设备，包括水平设置的基座10，基座10上移动设置有工作台11，基座10上还设置有刀架12；

工作台11的顶部设置有管体夹具13，管体夹具13中部具有供石英管20贯穿的定位孔131，定位孔131内设置有与石英管20套装并联动适配的滚动轴承132，工作台11上还设置有能够驱动管体夹具13往复升降的升降驱动装置111以及能够驱动工作台11沿水平方向往复移动的平移驱动装置112；

刀架12上设置有刀套121，刀套121的一端设置有与装配于管体夹具13中的石英管20的切割端配合的旋转刀头122，旋转刀头122的转动轴线与装配于管体夹具13中的石英管20的轴线平行，工作台11上设置有控制旋转刀头122启停的电源开关14。

其操作使用过程中，依据当前工况需求，将待切割的石英管20对位装配于管体夹具13中，之后通过升降驱动装置111和平移驱动装置112的分别动作，将工作台11的水平位置及管体夹具13的竖直位置调整到位，使装配于管体夹具13中的石英管20的切割端位于与旋转刀头122配合的目标工位处。然后，通过电源开关14启动旋转刀头122，再通过操纵平移驱动装置112和升降驱动装置111协同配合，控制工作台11和管体夹具13联动，使石英管20逐步靠近旋转刀头122，直至石英管20外壁与旋转刀头122相切，之后控制石英管20平缓靠近旋转刀头122的轴线，在此过程中，石英管20在旋转刀头122的转动摩擦作用下与旋转刀头122反向同步转动，直至旋转刀头122在石英管20的切割端外壁上切削出具有预设切割深度的环形刀槽切口。待石英管20的管体切割完成后，将石英管20由管体夹具13上取下，用酒精擦拭环形刀槽切口处，以去除管体切割过程中生成的粉末杂质，再利用铁棒轻轻敲击石英管20的切割端即可使石英管20在环形刀槽切口处断裂，将石英管20敲断后再使用镊子完整干净地取出石英管20内的退火片。由此，即可完成石英管20的切割开管，并能够将石英管20内的退火片完整无污染地取出，从而有效避免了由石英管20内取出退火片时对退火片造成污染和破坏。

具体到实际应用中，所述石英管切割设备还包括套设于石英管20外部的套管133，套管133同轴嵌装于滚动轴承132与石英管20之间，且套管133与石英管20联动，套管133远离石英管20的切割端的一端联动设置有调节手轮134。通常情况下，石英管20能够在旋转刀头122的转动摩擦作用下与旋转刀头122反向同步转动。但若实施切割作业的石英管20因自重较大或转动过程存在卡滞，导致其无法随旋转刀头122的转动同步反向转动或反向转动不畅时，可以由工作人员握持并沿与旋转刀头122的转动方向相反的方向适度转动调节手轮134，以此带动嵌装于套管133内的石英管20随调节手轮134同步转动，以此达到控制石英管20与旋转刀头122同步反向转动的目的，从而保证石英管20的切割端处的环形刀槽切口的成型效果，以及后续石英管20的开管作业效果。

进一步地，刀套121中部具有水平延展的调整腔123，调整腔123内滑动设置有调节滑块124，调节滑块124的前端部联动设置有调节连杆125，调节连杆125的前端部伸出于刀套121并与旋转刀头122同轴联动连接。在对石英管20实施切割作业前，可以依据当前工况环境需求，并结合需切割的石英管20的尺寸规格等参数，控制调节滑块124沿调整腔123的长度方向适度移动，以此带动调节连杆125同步移动，从而对调节连杆125伸出于刀套121的有效长度进行调节，以此实现对旋转刀头122相对于刀套121的位置调整，直至旋转刀头122的位置调整至与当前石英管20切割工况相适配为止。

在此基础上，刀套121的侧壁上自外而内插装设置有伸入调整腔123内的锁紧螺栓126，锁紧螺栓126的插入端与调节滑块124的外壁压紧适配。旋转刀头122相对于刀套121的位置调整完毕后，通过锁紧螺栓126与刀套121间的螺纹配合，将锁紧螺栓126旋拧伸入调整腔123，直至锁紧螺栓126的插入端与调节滑块124的外壁可靠压紧，以便将调节滑块124在调整腔123内的当前位置可靠锁定，以此实现对旋转刀头122与刀套121之间相对位置的可靠锁定，保证后续石英管20切割作业过程中旋转刀头122的位置恒定和工作平稳，并以此保证石英管20的切割端处的环形刀槽切口的切割精度和处理效果。后续若需要对旋转刀头122与刀套121之间的相对位置重新调节，可以将锁紧螺栓126反向旋拧，以使锁紧螺栓126与调节滑块124解除压紧配合并脱离接触，之后重新调整调节滑块124在调整腔123中的位置，待位置调整完毕后，重新正向旋拧锁紧螺栓126以使其与调节滑块124恢复压紧锁止即可。

此外，基座10的中部具有安装孔101，安装孔101内嵌装有转动轴承102，刀架12的底端同轴插装于转动轴承102内并与转动轴承102联动。在对石英管20实施切割作业前，可以依据当前工况环境需求，在转动轴承102的联动适配作用下，控制刀架12定轴适度转动，此时由于转动轴承102的联动适配作用，使得刀架12能够相对于基座10转动，直至刀架12转动至当前工况所需的作业位置即可。

更进一步地，刀架12的底部设置有环形凸台127，环形凸台127上具有沿其周向延展的限位滑槽128，限位滑槽128内插装有与基座10螺纹配合的限位螺栓103。一般地，刀架12底端与转动轴承102适配处位于环形凸台127的下方，在刀架12相对于基座10定轴转动过程中，限位螺栓103位于限位滑槽128内且不会对刀架12的转动过程造成干涉，待刀架12相对于基座10定轴转动至目标位置后，旋拧限位螺栓103，直至限位螺栓103与基座10螺纹连接并固定，以此通过限位螺栓103的螺帽与环形凸台127之间的压紧卡接，将刀架12与基座10的当前位置可靠锁止定位，避免后续石英管20切割作业过程中刀架12发生松脱或偏转，保证旋转刀头122的作业精度和工作稳定性，以此进一步保证旋转刀头122对石英管20的切割作业效果。

具体地，刀套121的一端设置有限位胶塞129，限位胶塞129的中部具有供调节连杆125同轴贯穿的限位孔1291。限位胶塞129能够有效缓解调节连杆125与刀套121之间的结构冲击，保证旋转刀头122运行过程中的稳定性，并通过限位孔1291与调节连杆125之间的对位配合，有效保证旋转刀头122工作运行过程中的定轴转动循迹性，避免旋转刀头122转动过程中发生偏心或震动，从而进一步优化旋转刀头122的切割精度和作业效果。

更具体地，刀套121的另一端拆装设置有封口胶塞120，封口胶塞120的外壁与调整腔123的内壁压紧贴合。设备日常使用时，封口胶塞120能够将调整腔123可靠封装，避免外部粉尘杂质进入调整腔123而对其内部的调节滑块124等动作部件造成干扰。若调节滑块124等相关部件需要检修、维护或更换时，可以将封口胶塞120卸下，以便工作人员由封口胶塞120所在一端的端口处将位于调整腔123内的相应部件取出，或是由该端口处将工具深入调整腔123内，以便实施相应的部件检修、维护或更换作业，作业完毕后，将封口胶塞120重新组装至对应端口处，以便将调整腔123重新封装即可。

另一方面，升降驱动装置111和平移驱动装置112均为丝杆组件。丝杆组件的操作过程简便高效，且其组件结构简单可靠，能够充分保证工作台11的平移及管体夹具13的升降调整精度，优化相应的操作效率，使所述石英管切割设备的操作使用更加便捷高效。

另外，为了更好地理解本方案中旋转刀头122对石英管20切割端的切割作业过程，下面结合图4～图6所示旋转刀头122与石英管20间的不同配合位置，对旋转刀头122对石英管20的切割作业进行进一步地说明。

如图所示，旋转刀头122的转动半径为R，石英管20的外径为r，旋转刀头122与石英管20的轴心的高度差为H，调节手轮134的转动圈数为n，丝杆组件的螺距为a，转动角度为θ，切割深度为h。旋转刀头122对石英管20的切割深度由进给量决定，进给量可由公式进行计算，如下所示：

(a

n×360°＝θ (4)

现以壁厚2mm的石英管20为例，进行开管作业，需要的切割深度h为1.8mm，由公式(5)计算对应旋转角度为θ

现操纵升降驱动装置111以调整石英管20的竖直位置，使旋转刀头122与石英管20处于同一水平面，此时旋转刀头122与石英管20的水平间距记为a

请参考图7。

在具体实施方式中，本发明一种具体实施方式中所提供的石英管开管方法，采用了如上文所述的石英管切割设备，包括：

步骤S101、作业准备：

将待切割的石英管20对位装配于管体夹具13中，之后通过升降驱动装置111和平移驱动装置112的分别动作，将工作台11的水平位置及管体夹具13的竖直位置调整到位，使装配于管体夹具13中的石英管20的切割端位于与旋转刀头122配合的目标工位处。

步骤S102、管体切割：

通过电源开关14启动旋转刀头122，再通过操纵平移驱动装置112和升降驱动装置111协同配合，控制工作台11和管体夹具13联动，使石英管20逐步靠近旋转刀头122，直至石英管20外壁与旋转刀头122相切，之后控制石英管20平缓靠近旋转刀头122的轴线，在此过程中，石英管20在旋转刀头122的转动摩擦作用下与旋转刀头122反向同步转动，直至旋转刀头122在石英管20的切割端外壁上切削出具有预设切割深度的环形刀槽切口。

步骤S103、开管取件：

将完成管体切割的石英管20由管体夹具13上取下，用酒精擦拭环形刀槽切口处，以去除管体切割过程中生成的粉末杂质，再利用铁棒轻轻敲击石英管20的切割端即可使石英管20在环形刀槽切口处断裂，将石英管20敲断后再使用镊子完整干净地取出石英管20内的退火片。

由此，即可完成石英管20的切割开管，并能够将石英管20内的退火片完整无污染地取出，从而有效避免了由石英管20内取出退火片时对退火片造成污染和破坏。

综上可知，本发明中提供的石英管切割设备，其操作使用过程中，依据当前工况需求，将待切割的石英管对位装配于管体夹具中，之后通过升降驱动装置和平移驱动装置的分别动作，将工作台的水平位置及管体夹具的竖直位置调整到位，使装配于管体夹具中的石英管的切割端位于与旋转刀头配合的目标工位处。然后，通过电源开关启动旋转刀头，再通过操纵平移驱动装置和升降驱动装置协同配合，控制工作台和管体夹具联动，使石英管逐步靠近旋转刀头，直至石英管外壁与旋转刀头相切，之后控制石英管平缓靠近旋转刀头的轴线，在此过程中，石英管在旋转刀头的转动摩擦作用下与旋转刀头反向同步转动，直至旋转刀头在石英管的切割端外壁上切削出具有预设切割深度的环形刀槽切口。待石英管的管体切割完成后，将石英管由管体夹具上取下，用酒精擦拭环形刀槽切口处，以去除管体切割过程中生成的粉末杂质，再利用铁棒轻轻敲击石英管的切割端即可使石英管在环形刀槽切口处断裂，将石英管敲断后再使用镊子完整干净地取出石英管内的退火片。由此，即可完成石英管的切割开管，并能够将石英管内的退火片完整无污染地取出，从而有效避免了由石英管内取出退火片时对退火片造成污染和破坏。

此外，本发明提供的采用了该石英管切割设备的石英管开管方法，其通过依次进行的作业准备、管体切割、开管取件各操作步骤，通过旋转刀头在石英管的切割端周向切削出一个环形的刀槽切口，再利用铁棒轻轻敲击石英管的切割端，即可使石英管在环形刀槽切口处断裂，以便将石英管敲断后再使用镊子完整干净地取出石英管内的退火片，从而有效避免了由石英管内取出退火片时对退火片造成污染和破坏。

以上对本发明所提供的石英管切割设备以及应用了该石英管切割设备的石英管开管方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。