專利名稱：一種降低擺片激光切割損傷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種擺片的激光切割方法，具體涉及一種降低激光切割損傷的方法， 屬于加速度計(jì)擺片激光切割生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
擺片作為加速度計(jì)的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)及加工質(zhì)量直接影響加速度計(jì)的性能。加速度計(jì)擺片的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其生產(chǎn)工藝屬于精密體加工范疇，由于其通常采用石英玻璃加工而成，屬硬脆性材料，機(jī)械加工效果差，因此除研磨、拋光、切割、清洗等玻璃行業(yè)的工藝方法之外，還用到激光切割等精密加工方法以實(shí)現(xiàn)擺片精密的結(jié)構(gòu)形式。在現(xiàn)有技術(shù)中，擺片激光切割過程中使用的裝置有簡單的定位和找正功能，支撐結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，切割精度低。此外，由于激光切割是局部熱加工，切割時(shí)的溫度梯度會造成切縫處應(yīng)力集中，較大的殘余應(yīng)力使加工后的工件容易產(chǎn)生裂紋等損傷，導(dǎo)致硬脆的結(jié)構(gòu)件破壞失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種在激光加工過程中安裝可靠性、 切割圖形與擺片設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的位置符合性高并且消除局部殘余應(yīng)力造成的損傷的擺片激光切割方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種降低擺片激光切割損傷的方法，通過以下步驟實(shí)現(xiàn)第一步，制作切割輔助裝置，切割輔助裝置為圓柱體整體加工而成，包括外支撐環(huán)、基準(zhǔn)標(biāo)記線、中心支撐臺、 內(nèi)散熱通孔、外散熱通孔、定位孔、內(nèi)支撐環(huán)和本體，外支撐環(huán)為環(huán)形臺階結(jié)構(gòu)，形成上、中、 下三個(gè)表面，其中臺階上表面與本體上表面等高，臺階下表面為封閉圓環(huán)，內(nèi)支撐環(huán)位于外支撐環(huán)內(nèi)部，為“C”形圓弧結(jié)構(gòu)，中心支撐臺位于內(nèi)支撐環(huán)內(nèi)部，內(nèi)支撐環(huán)、中心支撐臺的上表面與外支撐環(huán)的臺階中表面等高，內(nèi)支撐環(huán)和外支撐環(huán)之間的臺階下表面上加工外散熱通孔，在內(nèi)支撐環(huán)和中心支撐臺之間的臺階下表面上加工內(nèi)散熱通孔，在外支撐環(huán)外側(cè)的本體上加工定位孔，外支撐環(huán)與切割輔助裝置的中心重合，在切割輔助裝置的中心加工基準(zhǔn)標(biāo)記線，內(nèi)支撐環(huán)的兩個(gè)端面共面，并與切割輔助裝置水平向的中心線平行；第二步，將待加工的擺片安裝在切割輔助裝置中，將待加工的擺片放置在外支撐環(huán)上，外支撐環(huán)的周向定位待加工的擺片，內(nèi)支撐環(huán)、中心支撐臺和外支撐環(huán)的臺階中表面支撐待加工的擺片；第三步，將安裝了待加工的擺片的切割輔助裝置安裝在激光機(jī)工作臺上，通過定位孔將切割輔助裝置定位在激光機(jī)工作臺上，調(diào)整位置使切割輔助裝置的基準(zhǔn)標(biāo)記線與激光機(jī)的中心十字線對齊，調(diào)整激光機(jī)激光頭高度使激光焦點(diǎn)位于待加工的擺片厚度的 1/3 1/2 處；
第四步，加熱，將待加工的擺片和切割輔助裝置一起加熱到200 400°C ；第五步，激光切割，激光切割待加工的擺片，切割過程按照擺片結(jié)構(gòu)從內(nèi)向外順序加工，所有圓弧均依照順時(shí)針或逆時(shí)針方向切割；第六步，激光切割完成后，停止加熱，自然冷卻后，將切割輔助裝置從激光機(jī)工作臺上取下，然后將加工好的擺片從切割輔助裝置中取出。所述第一步中外支撐環(huán)的臺階上表面和中表面的距離小于待加工擺片的厚度 0. Imm 0. 2mmο所述第一步中內(nèi)支撐環(huán)壁厚小于1. 5mm。所述第五步中激光切割時(shí)的壓縮空氣壓力為0. 1 0. 2MPa。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果(1)本發(fā)明通過獨(dú)特的切割輔助裝置精確定位，同時(shí)在擺片加熱狀態(tài)下進(jìn)行激光切割，既可以實(shí)現(xiàn)高的定位精度，又可以降低激光切割的損傷，提高產(chǎn)品質(zhì)量；(2)本發(fā)明切割輔助裝置通過內(nèi)外支撐環(huán)和中心支撐臺對擺片進(jìn)行支撐，使擺片加工過程中支撐穩(wěn)定，提高了安裝的可靠性和切割圖形與擺片設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的位置符合性；(3)本發(fā)明在加工過程中同時(shí)加熱切割輔助裝置和安裝于切割輔助裝置上的擺片，使擺片在高溫下進(jìn)行切割，以降低所采用激光束的能量，同時(shí)減小切縫處的溫度梯度， 起到減少殘余應(yīng)力的目的；(4)本發(fā)明激光切割時(shí)采用特殊的加工順序和方向，能有效降低激光機(jī)工作臺的回程誤差，避免切割過程中工作臺的誤差累計(jì)，提高了切割圖形的尺寸精度，保證了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性；(5)本發(fā)明采用的切割輔助裝置實(shí)現(xiàn)了支撐和散熱、擺片定位、連接定位的多重功能；(6)利用本發(fā)明的加工方法，在同樣的加工水平下，可以有效的降低激光切割加工過程造成的損傷，改善了激光切割可能造成的切縫錐度、邊緣掛渣、崩裂等缺陷，保證了擺片產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和機(jī)械性能，加工合格率提高了 10%以上。


圖1為本發(fā)明切割輔助裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖IA-A方向的剖視圖；圖3為本發(fā)明切割輔助裝置另一種結(jié)構(gòu)形式示意圖；圖4為圖;3B-B方向的剖視圖；圖5為本發(fā)明加工流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。本發(fā)明如圖5所示，通過以下步驟實(shí)現(xiàn)1、制作切割輔助裝置
切割輔助裝置如圖1 4所示，是一個(gè)金屬扁圓柱，其上包括精密連接基準(zhǔn)、支撐部位和散熱結(jié)構(gòu)，以分別行使支撐和散熱、擺片定位、連接定位的功能。精密連接基準(zhǔn)包括定位孔6和基準(zhǔn)標(biāo)記線2，定位孔6的中心位于切割輔助裝置水平中心線上，基準(zhǔn)標(biāo)記線2位于切割輔助裝置中心。定位孔6的數(shù)量可以是兩個(gè)或其他便于輔助裝置定位數(shù)目，定位孔6的形狀為圓孔形或腰形孔形，或者是二者的組合，定位孔 6為通孔，便于定位銷穿過；基準(zhǔn)標(biāo)記線2可以是一條直線或者兩條相互垂直的直線。支撐部位包括外支撐環(huán)1、內(nèi)支撐環(huán)7和中心支撐臺3，外支撐環(huán)1為環(huán)形臺階結(jié)構(gòu)，形成上、中、下三個(gè)表面(11 13)，其中臺階上表面11與本體8上表面等高，臺階下表面13為封閉圓環(huán)，外支撐環(huán)的臺階上表面11與中表面12的距離即臺階深度小于待加工擺片的厚度0. Imm 0. 2mm,外支撐環(huán)1與切割輔助裝置的中心重合；內(nèi)支撐環(huán)7位于外支撐環(huán)1內(nèi)部，為“C”形圓弧結(jié)構(gòu)，內(nèi)支撐環(huán)7的壁厚小于1. 5mm,內(nèi)支撐環(huán)的兩個(gè)端面共面，并與切割輔助裝置水平向的中心線平行；中心支撐臺3位于內(nèi)支撐環(huán)7內(nèi)部，其形狀可以是圓柱體或其他適合支撐擺片的其他形狀。內(nèi)支撐環(huán)7、中心支撐臺3的上表面與外支撐環(huán)1的臺階中表面12等高，保證安裝后擺片水平放置。散熱結(jié)構(gòu)包括外散熱通孔5和內(nèi)散熱通孔4，外散熱通孔5位于內(nèi)支撐環(huán)7和外支撐環(huán)1之間，內(nèi)散熱通孔4位于內(nèi)支撐環(huán)和中心支撐臺之間，外散熱通孔5和內(nèi)散熱通孔加工在外支撐環(huán)1的臺階下表面13上。外散熱通孔5可以為四個(gè)或其他便于散熱的數(shù)目， 其形狀可以為圓形或腰形或其他任意形狀；內(nèi)散熱通孔4可以為一個(gè)或其他便于散熱的數(shù)目，其形狀可以為圓形或腰形或其他任意形狀。2、將待加工的擺片安裝在切割輔助裝置中將待加工的擺片放置在外支撐環(huán)1上，外支撐環(huán)1的周向定位待加工的擺片，內(nèi)支撐環(huán)7、中心支撐臺3和外支撐環(huán)1的臺階中表面12共同支撐待加工的擺片。3、將安裝了待加工的擺片的切割輔助裝置安裝在激光機(jī)工作臺上，利用定位銷穿過切割輔助裝置的定位孔6，實(shí)現(xiàn)切割輔助裝置在激光機(jī)工作臺上的定位，調(diào)整位置使切割輔助裝置的基準(zhǔn)標(biāo)記線與激光機(jī)的中心十字線對齊，調(diào)整激光機(jī)激光頭高度使激光焦點(diǎn)位于待加工的擺片厚度的1/3 1/2處。4、加熱將待加工的擺片和切割輔助裝置一起加熱到200 400°C。對待加工的擺片和切割輔助裝置進(jìn)行加熱，可以采用在激光機(jī)工作臺上設(shè)置加熱設(shè)施，也可采用輻射、對流等其他方式進(jìn)行。5、激光切割根據(jù)擺片設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)編制切割程序，設(shè)置激光切割主參數(shù)，激光切割主參數(shù)的確定需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)，測試的方法、參數(shù)確定的原則需要綜合評價(jià)確定(具體參數(shù)設(shè)定可參考周巖、楊樂民等著的《激光切割石英擺片的若干問題研究》)。調(diào)用激光切割程序，并開啟壓縮氣體進(jìn)行擺片切割，激光切割時(shí)的壓縮空氣壓力為0. 1 0. 2MPa，切割過程按照擺片結(jié)構(gòu)從內(nèi)向外順序加工，所有圓弧均依照順時(shí)針或逆時(shí)針方向切割。6、激光切割完成后，停止加熱，自然冷卻后，將切割輔助裝置從激光機(jī)工作臺上取下，然后將加工好的擺片從切割輔助裝置中取出。
本發(fā)明未詳細(xì)說明部分為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種降低擺片激光切割損傷的方法，其特征在于通過以下步驟實(shí)現(xiàn)第一步，制作切割輔助裝置，切割輔助裝置為圓柱體整體加工而成，包括外支撐環(huán)(1)、基準(zhǔn)標(biāo)記線O)、中心支撐臺(3)、內(nèi)散熱通孔(4)、外散熱通孔(5)、定位孔(6)、內(nèi)支撐環(huán)(7)和本體(8)，外支撐環(huán) (1)為環(huán)形臺階結(jié)構(gòu)，形成上、中、下三個(gè)表面，其中臺階上表面(11)與本體(8)上表面等高，臺階下表面(13)為封閉圓環(huán)，內(nèi)支撐環(huán)(7)位于外支撐環(huán)(1)內(nèi)部，為“C”形圓弧結(jié)構(gòu)， 中心支撐臺(3)位于內(nèi)支撐環(huán)(7)內(nèi)部，內(nèi)支撐環(huán)(7)、中心支撐臺(3)的上表面與外支撐環(huán)(1)的臺階中表面(1 等高，內(nèi)支撐環(huán)(7)和外支撐環(huán)(1)之間的臺階下表面(13)上加工外散熱通孔(5)，在內(nèi)支撐環(huán)(7)和中心支撐臺( 之間的臺階下表面(1 上加工內(nèi)散熱通孔G)，在外支撐環(huán)(1)外側(cè)的本體(8)上加工定位孔(6)，外支撐環(huán)(1)與切割輔助裝置的中心重合，在切割輔助裝置的中心加工基準(zhǔn)標(biāo)記線O)，內(nèi)支撐環(huán)(7)的兩個(gè)端面共面，并與切割輔助裝置水平向的中心線平行；第二步，將待加工的擺片安裝在切割輔助裝置中，將待加工的擺片放置在外支撐環(huán)(1)上，外支撐環(huán)(1)的周向定位待加工的擺片，內(nèi)支撐環(huán)(7)、中心支撐臺(3)和外支撐環(huán)(1)的臺階中表面(12)支撐待加工的擺片；第三步，將安裝了待加工的擺片的切割輔助裝置安裝在激光機(jī)工作臺上，通過定位孔 (6)將切割輔助裝置定位在激光機(jī)工作臺上，調(diào)整位置使切割輔助裝置的基準(zhǔn)標(biāo)記線O) 與激光機(jī)的中心十字線對齊，調(diào)整激光機(jī)激光頭高度使激光焦點(diǎn)位于待加工的擺片厚度的 1/3 1/2 處；第四步，加熱，將待加工的擺片和切割輔助裝置一起加熱到200 400°C ；第五步，激光切割，激光切割待加工的擺片，切割過程按照擺片結(jié)構(gòu)從內(nèi)向外順序加工，所有圓弧均依照順時(shí)針或逆時(shí)針方向切割；第六步，激光切割完成后，停止加熱，自然冷卻后，將切割輔助裝置從激光機(jī)工作臺上取下，然后將加工好的擺片從切割輔助裝置中取出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低擺片激光切割損傷的方法，其特征在于所述第一步中外支撐環(huán)(1)的臺階上表面(11)和中表面(1 的距離小于待加工擺片的厚度 0. Imm 0. 2mmο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低擺片激光切割損傷的方法，其特征在于所述第一步中內(nèi)支撐環(huán)(7)的壁厚小于1. 5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種降低擺片激光切割損傷的方法，其特征在于所述第五步中激光切割時(shí)的壓縮空氣壓力為0. 1 0. 2MPa。
全文摘要
本發(fā)明提出一種降低擺片激光切割損傷的方法，通過制作切割輔助裝置、安裝、加熱、激光切割等步驟降低了擺片激光加工過程中切割損傷。本發(fā)明通過獨(dú)特的切割輔助裝置精確定位，同時(shí)在擺片加熱狀態(tài)下進(jìn)行激光切割，既可以實(shí)現(xiàn)高的定位精度，又可以降低激光切割的損傷，提高產(chǎn)品質(zhì)量；本發(fā)明切割輔助裝置通過內(nèi)外支撐環(huán)和中心支撐臺對擺片進(jìn)行支撐，使擺片加工過程中支撐穩(wěn)定，提高了安裝的可靠性和切割圖形與擺片設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的位置符合性；本發(fā)明在加工過程中同時(shí)加熱切割輔助裝置和安裝于切割輔助裝置上的擺片，使擺片在高溫下進(jìn)行切割，以降低所采用激光束的能量，同時(shí)減小切縫處的溫度梯度，起到減少殘余應(yīng)力的目的。
文檔編號B23K26/42GK102528291SQ20111045247
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者劉 英, 吳楠, 吳艷, 張?zhí)m, 楊守安, 秦淑斌, 袁楓, 郭琳瑞 申請人:航天科工慣性技術(shù)有限公司