CN1006452B - 流体喷射切削系统的调正方法及器械 - Google Patents

Abstract

揭示了一种方法和器械，在切割作业开始前，把一个喷流切割喷嘴相对一个参考点，精确确定零位。一个靶孔略大于喷流的直径，在一个参考位置上精确定位。当喷流和靶孔作轴向调准时，喷流不间断从靶孔中通过，提供喷流精确调准的视觉检验。如有调准误差，由于喷流在靶孔周围材料上折射，造成相当大的飞溅而易于察觉。

Description

本发明与流体喷射切削系统有关。利用高速喷流作切削，在其技艺领域中已为熟知。作为典型而言，把水之类的一种流体，压缩到3850大气压的压力，通过一个直径为0.076至0.76毫米的V形喷咀，产生达到三倍音速的轴向射流。这样产生的喷流可用于切割金属和非金属材料，诸如钢，铝，纸，橡胶，塑料等等。

对金属或非金属工件支承，以便用喷流冲击，工件离喷咀的轴向距离，典型为2.54至63.5毫米之间。

在切削操作中，工件和喷咀之间，有作相对运动的条件。其典型为：喷咀安装在一个“X-Y”工作台上，作相对于工件的两自由度活动。当然还可以设置装置，把喷咀作第三自由度的活动，和工件靠近或远离，并且/或者，如有需要的话，设置一个第四自由度（也就是作旋转）。

切削喷咀的活动常常由一个微处理器控制，微处理器按照编程序的指令，把喷咀通过一系列坐标确定的位置移动。为了保证在工件上作精确切削，对于工件在支承装置上精确定位，从而编程的坐标把喷咀的位置相对于工件精确定位，给予了相当大的注意。仅作举例说明的是：支承装置通常有加工夹具，把工件在支承装置上精确定位。例如，加工夹具中可以有若干定位销，插入工件上的对接孔中。否则，也可以在加工夹具上设孔，和工件上的销或外伸部对接。

虽然加工夹具可以把工件在支承装置上精确定位，但还必须设置条件，减少或消除切削喷咀的实际位置和理论位置之间的误差。微处理器 件用的程序坐标值，假定在切削操作开始以前，切削喷咀已经向着一个参考点调零。因此，喷咀位置的精度，取决于先对一块材料作实际切削，通过检验，肯定切削是否符合所期，然后调节喷咀位置，再重复切削操作证实误差是否已经纠正。

根据本发明所提出，一种调正喷流切削系统喷出的喷流的精确位置和限定所述位置的编程坐标系的方法，其特征在于包括如下步骤：

1）把支承装置置入加工区域内，一个加工板装置把工件精确定位在支承装置上;

2）把一个靶孔在与喷流喷咀有轴向距离并对应于参考坐标系的参考位置上旋转，靶孔至少有一个轴向伸展的部分，其有效截面略大于喷流的截面;

3）把喷咀设置在编程参考坐标系内;

4）调节喷流喷咀和靶孔部分之间的相对位置，使产生压力比切削要求低的流体喷流通过这部分时有最少的间断;

5）切削作业参考最少间断的位置。

在最简单的实施方案中，靶孔可以是一个简单的通孔，在一个调准件上形成，并且沿轴线测量时，有恒定的直径。另外，靶孔也可以是漏斗形，侧壁向着轴向伸展的扇形部分尖削，有效截面略大于喷流的截面。

术语“有效截面”，用于表示靶孔在与喷流轴线垂直的平面里的截面量度。据本发明所提，设有一个调正器把喷流在一个参考位置上定位，其中有装置限定一个有效截面略大于喷流截面的靶隙，并有安装装置保持靶隙离开参考位置上的喷咀的轴向间距。

原则上讲，本人发现当喷流的中心和一个截面仅略大于喷流截面的喷咀中心对准，从喷咀喷出的喷流从孔中通过，只要喷流不间断，两中心的不对准随时可以看见，因为喷流被靶孔周围的材料偏折时，会造成很大的飞溅。因此，喷流和参考点对准的目视检验很容易做到。

关于本发明的其他优点和细节，从下文对理想实施方案的叙述中可以清楚了解，下列附图即为本说明书的一部分：

图1是按本发明制造的喷流切削系统的透视;

图2是图1中沿2-2线的放大分解剖面侧视，表示按本发明制造的一个调正器;

图3A是本发明另一实施方案透视图;

图3B是图3A中圆圈部分的放大分解透视图;

图4是本发明的又一实施方案。

图1中是使用本文所述调正器的喷流切削系统的透视。切削系统有一个切削头10，其安装方法有利于在一个X-Y台30上作两自由度的活动。切削头10有一个高压流体喷咀12，和一个高压增强器13连通。增压器在本技艺领域中已属常见;其一种为美国专利第3，811，795号的主题，该发明已转授给本发明的同受授人，其内容本文引用作为参考。

喷咀12形成一个诸如水等的高速喷流，直径约为0.026至0.36毫米，速度约为76.2米/秒。喷流是切削放在喷咀下面的工件的介质。在图1中，加工工件是印刷电路板材的母板（masterboard）。

母板放在一个大致平坦的矩形平板14上，在喷咀下方约2.54至63.5毫米。有若干这种平板14，轮流由架体2支承。

每块平板14支承一个加工板15，在图1中仅示出最左侧的平板14。加工板15上有四个孔15a-d，平板的上表面，在孔中露出。四个孔围成切削区，利用轴向伸出的分度销17，按技艺领域中的已知方法，把四块母板分别放在切削区上。

在图1中，示出两对分度销17，分别和孔15a，15d相邻。有两对额外的分度销，也相似与孔15b，15c相邻，但在图中被一条侧轨33遮住。销17紧密插在母板上的有精确位置的孔中。

虽然，在图1中，为了观看清楚仅绘出一个喷咀12，但本技艺领域 中的擅长者可以认识到，图中的加工装置，常和四个同时动作的切削头配合使用。在这种多喷咀装置中，为了作调正，各喷咀可以单独动作，然后共同活动，同时切削四个母板。

有一个收集器31，放在图中喷咀12的下面，在平板14的另一侧。收集器一般是一个上面开口的器皿，收集废切削液和切削材料，并把喷流的剩余能量消散。

在一次切削作业中，把一块母板放在图示的输送系统一端的、带平板的加工板15上。然后母板由微处理器控制下的输送装置，输送到喷咀12下方的位置上。输送装置的细节超出本申请书的范围，为求文字简洁故不详述。

母板一旦送到喷咀12下的位置上，喷咀由微处理器促动，产生喷流。X-Y台10随微处理器控制器反应，把喷咀沿台板行程的方向移动，并在这方向上横向移动，在基板上作一次或多次切削。

喷流的切削路径，由微处理器识读的数据限定。在实质上，数据就是关于切削板上的一个想象的覆盖格栅上、切削路径交叉点的坐标信息。坐标系可采用直角坐标，极坐标等等。因此，任何任意的路径，只需规定路径所用的坐标，便可予以跟踪。

虽然分度销17可以把工件作相对于覆盖坐标系的精确定位，但必须留意的是：要保证喷咀位置的坐标尽可能和程序坐标接近。这种精确性在母板上的元件密度大时尤为必须。

当电子印刷电路板大规模生产时，在把母板分切成单独的印刷电路板前，最好先进行尽可能多次的工序。因此，在把母板分切以前，最好把电子元件插入并焊接，然后进行全部的清理工序。现在印刷电路板上的元件密度已有令人难以置信的增高。为了避免在分切操作中损坏电子元件，所以实际的坐标和程序坐标必须尽可能接近。

一旦母板分切完成，喷咀12由微处理器静化（deactivate），承载 切割母板的台板在微处理器控制下，被转移到下一工位上去。然后在下一块母板上再进行切削工序。

对本技艺领域擅长的人将能看出，在X-Y台上可以安装多个切削喷咀，并可和图示的喷咀12连接，随同作一个方向或两个方向的活动。此外，还可以有附加的切削喷咀，在一个或两个方向上独立运转。

为了使喷咀位置和理想位置作精确的协调，本发明提出了一种装置，在开始切削以前，把喷咀位置在参考点上调零。参见图2，该图示出图中的分度销17的一个分解侧视剖面。销17是一个大致的管形体，其上端向内尖削。销17的底部牢固插在加工板15中，如本技艺领域中所见。

有一种按本发明制造的调正器100，有一个大致的圆柱形体104，其内径尺寸适合于把加工板15的预选定的销17，以可滑动的方式插入。圆柱形体104向喷咀12轴向伸出。圆柱形体的接近喷咀的端部是一个封闭端，仅有一个通孔形式的靶孔106，轴向放在喷咀12和销17之间。

靶孔106的轴线，确定一个参考位置，通过把喷流的轴线和靶孔轴线作共轴对准，把喷咀作对准参考位置的调零。图中的靶孔106的轴线108，已和销的轴线110调正，然而擅长本技艺者能理解到这并不是必须的。

靶孔的尺寸比喷流的直径大0.102毫米。当喷流和靶孔同轴对准后，便可无干扰地喷出。假如喷流在轴向上没有对准，那么喷流在图示的调正件上表面上的折流，便会造成大量的飞溅。

调正件100用直径12.7毫米的300号不锈圆钢制成，长度为12.7毫米。圆钢中钻与外径同心的孔，并钻相对孔供销17插入。喷流直径为2.54毫米，加工销的直径为6.325毫米。

操作时在加工销上放一个帽，然后促动喷咀，压力最好低于切削要求。用手工或微处理器控制器调节喷咀位置，直到通过靶孔106的喷流有最少的，或没有飞溅。喷流通过靶孔后，从管形销的内通道中经过， 进入收集器31（见图1）。然后把帽除去，开始切削作业。

图3A及3B示本发明的第二实施方案，特别适用于分度销17为非管形时。有一个大致为平面的调正板200，用铝钻模板制成。调正板200有若干通孔202，尺寸适宜于牢固插入加工板15上的分度销17（图1），并可从分度销上面除去。

图示的调正板200还有四个调正帽204，在相应的钻孔中固定。帽204相对于插销通孔202放置，位于一对参考坐标上，作喷咀12的调正。图示的板200有四个帽204，有利于调正一个四喷咀切削系统。

帽204用火焰淬火钢制造，和图2中的调准件100相似。

图4为本发明另一实施方案的放大部视，其分度销本身上设有一个靶孔。销17′的顶部有一个通道300，尺寸与上文所述的靶孔一致。销的其余部分为管形，内径大于靶孔通道。

虽然上文所述的细节有助于擅长本技艺者实施本发明，但应认识到叙述为解说性质，凡擅长本技艺者借助解说，可以作出许多修改和变化乃属显然之事。例如，帽的尺寸可以改为适合插入在加工夹具上形成的孔中。此外，还可以用各种尺寸的孔，进行初始的调节和以后的微调，最终将喷流和上述的略大直径的孔最后调正。

因此，本发明人的目的，仅以后附的权利要求书作为本发明界限，而权利要求书应按先有技术容许的最实限度作解释。

Claims (7)

1、一种调正喷流切削系统喷出的喷流的精确位置和限定所述位置的编程坐标系的方法，其特征在于包括如下步骤：

1)把支承装置置入加工区域内，一个加工板装置把工件精确定位在支承装置上，

2)把一个靶孔在与喷流喷嘴有轴向距离并对应于参考坐标系的参考位置上放置，靶孔至少有一个轴向伸展的部分，其有效截面略大于喷流的截面，

3)把喷嘴设置在编程参考坐标系内，

4)调节喷流喷嘴和靶孔部分之间的相对位置，使产生压力比切削要求低的流体喷流通过这部分时有最少的间断，

5)切削作业参考最少间断的位置。

2、如权利要求1之方法，其特征在于，调节步骤前，把一个靶孔形成件以可拆除的方式安装在加工板装置上。

3、如权利要求2之方法，其特征在于，在切削作业开始前，调节步骤以后，把靶孔形成件从加工板装置上拆去。

4、一种喷流切削系统中，包括形成轴向喷流的喷嘴，被切削工件的支撑装置，把工件在上述支撑装置上精确定位的装置，在至少几个坐标系限定的工作区域内根据指令使喷嘴通过一系列坐标位置从而切削工作的程序装置和精确定位喷嘴的调正装置，其特征在于，调正装置包括形成一个靶隙的装置，靶隙的有效截面略大于喷流截面，并有安装装置保持靶隙离开参考位置上的喷嘴的轴向间距。

5、根据权利要求4所述调正装置，其特征在于包括一个基本上圆柱形体，其一端与一个销体滑配，而另一端开有一个其有效截面略大于喷流截面的准直孔。

6、根据权利要求4所述的调正装置，其特征在于被切削工件的支撑装置包括配合在工件上的对应孔中的定位销体，使工件在支撑装置上的精确定位，一块板有销接入件，用于把板精确定位在工件支撑装置上，板上至少有一个通孔，其截面略大于喷流的截面。

7、根据权利要求4所述的调正装置，其特征在于包括一个基本上圆柱形体，其一端适合插入定位孔，而另一端大致封闭，但有一通孔，其截面略大于喷流的截面。

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