CN102554589B - 一种提高微细流道加工质量的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高微细流道加工质量的系统和方法，所述系统包括：微细流道加工装置、待加工工件、至少一面由所述待加工工件组成的检测腔体、与所述检测腔体密封连接的恒压流体产生装置、以及加工微细流道时固定所述待加工工件的夹具；所述微细流道加工装置，用于在待加工工件上，从检测腔体外侧向检测腔体内侧加工微细流道；所述恒压流体产生装置，用于在加工微细流道过程中，向检测腔体内充满恒定压力的流体；其中，腔内流体恒定压力高于加工侧所属环境的压力。本发明在非加工侧施加一个正压力，保证在加工过程中产生的加工碎屑不会进入微流道的内部，从而避免了加工碎屑影响加工质量的问题。

Description

一种提高微细流道加工质量的系统和方法

技术领域

本发明涉及微细精密加工和检测领域，尤其涉及一种提高微细流道加工质量的系统和方法。

背景技术

随着机械和电子技术的不断发展，越来越多的机械或者冷却装置上需要加工出微细的流道，譬如微通道或者微射流结构以及微通道或者微射流阵列结构，主要采用特征尺寸在0.5mm下的微孔或者微槽，这样的微细流道的加工质量尤其是出口的加工质量往往决定着加工和使用效果的好坏。

采用精密机械加工（钻削或者铣削等）、电加工、化学腐蚀加工或者激光加工微细流道，一般往往难以克服的一个问题是必然产生小的残留碎屑，随着加工伴随产生，这些较大的碎屑很容易由于重力和机械力的作用进入并积存在流道内部，镶嵌或者阻塞在流道内，难以甚至无法清除，尤其是在加工完成之后，这些碎屑必然影响流道的流通能力，常常造成机械或者冷却装置性能大幅度降低直至完全失效。

另外，如果不能在加工过程中对这些精细加工的质量进行检测，待加工完成后，通过其它方式进行检测，当质量不合格时，一般就只能造成废品，因为加工量极其微小，装卡的精密程度又特别高，很难进行再次重新装卡，即使可以重新加工，花费的时间和精力也是巨大的。因此，这种微孔或者微槽的大量加工成品率一般都很低。

一般情况下，对这种精细加工的质量检测多半是通过尺寸测量，但是这种微小尺寸的测量比较困难，而流道内部尺寸更是无法测量。

发明内容

本发明提供一种提高微细流道加工质量的系统和方法，用以解决现有技术中加工碎屑易堵塞微细流道，影响微细流道加工质量的问题。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种提高微细流道加工质量的系统，包括：微细流道加工装置、待加工工件、至少一面由所述待加工工件组成的检测腔体、与所述检测腔体密封连接的恒压流体产生装置、以及加工微细流道时固定所述待加工工件的夹具；其中：

所述微细流道加工装置，用于在所述待加工工件上，从所述检测腔体外侧向检测腔体内侧加工微细流道；

所述恒压流体产生装置，用于在加工微细流道过程中，向所述检测腔体内充满恒定压力的流体；其中，腔内流体恒定压力高于加工侧所属环境的压力。

优选地，本发明所述系统还包括：流量监测装置和加工控制装置；

所述流量监测装置，布置在所述恒压流体产生装置与检测腔体间的流体连接通道上，用于在加工得到微细流道时，实时检测所述微细流道外溢流体的瞬时流量；

所述控制装置，用于判断所述流量监测装置监测的流量值是否达到设定的标准值，若是，则向所述微细流道加工装置发送继续加工当前微细流道的命令指示；否则，向所述微细流道加工装置发送加工下一微细流道的命令指示。

进一步地，本发明所述系统中所述恒压流体产生装置具体包括：

压力流体产生源，用于产生压力流体；

压力调节和稳定装置，用于控制产生的所述压力流体以恒定的压力输出至所述检测腔体内。

进一步地，本发明所述系统中，当所述待加工工件为腔体结构时，所述检测腔体为所述待加工工件的内部腔体；当所述待加工工件为非腔体结构时，所述检测腔体为所述待加工工件与定制的壳体密封组合后得到的腔体。

进一步地，本发明所述系统中，所述流体为液体或者气体；所述微细流道的加工方式包括机械加工、电学加工、化学加工或者激光束加工。

其中，当所述流体为液体时，所述液体包括冷却剂和/或润滑剂；当所述流体为气体时，所述气体包括干燥压缩空气。

另一方面，本发明还提供一种提高微细流道加工质量的方法，包括：

步骤1，将待加工工件固定在夹具上；

步骤2，利用恒压流体产生装置向至少一面由所述待加工工件组成的检测腔体内充满恒定压力的流体；

步骤3，利用微细流道加工装置在所述待加工工件上，从所述检测腔体外侧向检测腔体内侧加工微细流道；

步骤4，当加工得到微细流道时，利用所述检测腔体内外存在压力差，通过流体将所述微细流道内加工产生的残渣带出。

优选地，本发明所述方法中，所述步骤4后还包括：

步骤5，利用布置在所述恒压流体产生装置与检测腔体间流体连接通道上的流量监测装置实时检测所述微细流道外溢流体的瞬时流量；

步骤6，利用控制装置判断流量监测装置监测到的流量值是否达到设定的标准值，若是，则向所述微细流道加工装置发送继续加工当前微细流道的命令指示；否则，向所述微细流道加工装置发送加工下一微细流道的命令指示。

进一步地，本发明所述方法中，当所述待加工工件为腔体结构时，所述检测腔体为所述待加工工件的内部腔体；当所述待加工工件为非腔体结构时，所述检测腔体为所述待加工工件与定制的壳体密封组合后得到的腔体。

进一步地，本发明所述方法中，所述流体为液体或者气体，所述液体包括冷却剂和/或润滑剂；所述气体包括干燥压缩空气；

所述微细流道的加工方式包括机械加工、电学加工、化学加工和激光束加工。

与现有技术相比，本发明有益效果如下：

首先、本发明所述系统和方法，在非加工侧施加一个正压力，从而保证在加工过程中产生的加工碎屑不会进入微流道的内部，总是被正压力作用向外挤压，直至排出到外部，从而避免了加工碎屑影响加工质量的问题；

其次、本发明所述系统和方法，通过流量监测装置实时检测被加工出的微细流道中流出的瞬时流量，直到达到合格的标准才停止加工，因此大批量加工出的需加工的工件或者被加工出的微细流道一致性非常好，进一步提高了加工质量；

第三、本发明所述系统和方法，当采用机械加工方式时，在非加工侧施加一个正压力可以使被加工部分在压力作用下凸向加工刀具，加工更加方便和快捷，可明显缩短加工时间，从而提高了一定流通能力的微细流道的生产效率；

第四、本发明所述系统和方法，当采用机械加工方式时，在被加工件背部施加一定压力流体还可以在加工中起到辅助冷却和润滑等作用，只要微细流道出口被加工成为贯通，即使还没有达到需要的加工质量，流体可以立刻冷却机械加工中高速运转而发热的刀具；

第五、本发明所述系统和方法，当采用激光加工方式时，在被加工件背部施加一定压力流体的方法还可以在加工中起到防止被加工部分的材料熔化向微细流道内流动等作用，被加工部分的材料熔化向微细流道外流动则很容易被观察到，也便于处理。

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一简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明系统实施例一提供的一种提高微细流道加工质量的系统的结构示意图；

图2为本发明系统实施例一提供的又一种提高微细流道加工质量的系统的结构示意图；

图3为本发明系统实施例二提供的一种提高微细流道加工质量的系统的结构示意图；

图4为本发明方法实施例提供的一种提高微细流道加工质量的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种提高微细流道加工质量的系统和方法，所述系统和方法能够在工件的外表面加工微小精密的孔、槽等作为流体的出口，可以保证加工高速快捷，不在流道内部残留难以清除的碎屑，并且可以同步检测该流体出口的通畅性和一定条件下的流通能力，便于在线修理不合格品直至达到合格要求。

下面分别从系统和方法两个方面对本发明所述的技术方案进行阐述。

系统实施例一

本实施例提供一种提高微细流道加工质量的系统，如图1所示，所述系统包括：待加工工件110、至少一面由所述待加工工件110组成的检测腔体120、与所述检测腔体120密封连接的恒压流体产生装置130、加工微细流道的微细流道加工装置140、以及加工微细流道时固定所述待加工工件的夹具150，其中：

待加工工件110为准备加工微细流道的工件，在进行微细流道加工时，其固定在夹具150上。

检测腔体120在待加工工件110为腔体结构时（即待加工工件具有内部空间），为待加工工件110内部的腔体，如图1中所示的检测腔体结构；检测腔体120在待加工工件110为非腔体结构时（即待加工工件不具有内部空间），为待加工工件110与定制壳体160密封组合后得到的腔体，其结构如图2所示。

恒压流体产生装置130，用于在加工微细流道过程中，向检测腔体120内充满恒定压力的流体；其中，所述腔内流体恒定压力高于加工侧（即检测腔体外侧）所属环境的压力，从而形成正压力；所述流体可以为液体或者气体，只需要瞬时流量对压力和流通截面积比较敏感即可。具体的，当采用液体流体时，本发明可以给出以下优选方案：所述流体可以为待加工工件110在实际被使用时所使用的流体；或者，可以为一种或几种液体的混合体，便于实现冷却（冷却剂）和辅助润滑（润滑剂）作用；当采用气体流体时，可以但不限于为干燥压缩空气。

进一步地，在具体实施上，该恒压流体产生装置130具体包括：压力流体产生源131和压力调节和稳定装置132；其中：压力流体产生源131，用于产生压力流体；该压力流体产生源131可以为各种形式的机械压缩装置，也可以为已经预先充灌一定压力的压力容器；压力调节和稳定装置132，用于控制产生的所述压力流体以恒定的压力输出至检测腔体120内。该压力调节和稳定装置132进一步包括压力流体入口压力测量仪表1321和压力流体出口压力测量仪表1322，分别监测输入压力调节和稳定装置132的流体压力值和输出压力调节和稳定装置132的流体压力值。

微细流道加工装置140，用于在待加工工件110上，从检测腔体120外侧向检测腔体120内侧加工微细流道；

其中，微细流道加工装置加工微细流道的方式包括但不限于为机械加工、电学加工、化学加工或者激光束加工。

综上所述，本发明实施例所述系统进行微细流道加工时，在非加工侧通过恒压流体产生装置130为需加工的工件110背面施加一个合适的恒定的正压力，使得在加工侧对需加工的工件110进行机械或者其它方式的加工时，一旦加工到需加工的工件110贯通，由于检测腔体120内外存在压力差，腔体内的压力流体可以从被加工出的微细流道（微孔或者微槽）中流出，并一直保持一定内部压力向外流出，从而保证加工过程中产生的碎屑不在流道内部残留。

系统实施例二

本实施例提供一种提高微细流道加工质量的系统，如图3所示，本实施例所述系统包括实施例一所述系统的所有结构，进一步地，本实施例所述系统还包括流量监测装置和加工控制装置，也就是说本实施例是对实施例一的进一步扩展，所以对于实施例一已描述的结构组成本实施例不再赘述，但为了表述清楚，将实施例一中的各装置的标号与图3相适应。

下面对本实施例扩展的功能模块进行详细描述，本发明实施例所述的系统还包括：

流量监测装置370，用于在加工得到微细流道时，实时检测所述微细流道外溢流体的瞬时流量；

需要说明的是，流量监测装置370优选的布置在恒压流体产生装置330与检测腔体320间的流体传输通道上，所述流体传输通道可以为检测腔体320与压力调节和稳定装置332间的传输通道，也可以为压力调节和稳定装置332与压力流体产生源331间的传输通道上。

加工控制装置380，用于判断流量监测装置370监测的流量值是否达到设定的标准值，若否，则向微细流道加工装置340发送继续加工当前微细流道的命令指示；若是，则向微细流道加工装置340发送加工下一微细流道的命令指示。

也就是说，本实施例，通过流量监测装置370对加工得到的微细流道的质量进行测量，使得当存在微细流道不符合规格时，可以在当前加工位置未变的前提下继续对不合格的微细流道进行加工，直到符合规格为止，这样不仅实现了各微细流道的一致性，而且极大的提高了微细流道的合格率。

综上所述，本实施例所述的系统进行微细流道加工时，在非加工侧通过恒压流体产生装置330为需加工的工件310背面施加一个合适的恒定的正压力，使得在加工侧对需加工的工件310进行机械或者其它方式的加工，一旦加工到需加工的工件310贯通，检测腔体内的压力流体可以从被加工出的微细流道中流出，并一直保持一定内部压力向外流出，从而保证加工过程中产生的碎屑不在流道内部残留。

另外，本实施例中，当需加工的工件310贯通后，流量监测装置370随时检测被加工出的微细流道中流出的流体的瞬时流量，直到流通能力达到合格要求。其中，检测瞬时流量的目的是：由于充满一定压力流体的检测腔体420的压力恒定，出口外的压力为大气压，也为恒定，所以只要加工合格，加工得到的微细流道的流通能力也是一定值。所以，当流量监测装置370检测被加工出的微细流道中流出的流体的瞬时流量符合规格时，可移动微细流道加工装置340到新的加工位置，继续加工；然而，当流量监测装置370检测被加工出的微细流道中流出的流体的瞬时流量不符合规格时，此时，由于被加工的工件310的位置未改变，即相对加工位置未发生任何变化，所以可以继续利用微细流道加工装置340继续一次或者多次加工，直至达到合格要求。

当一件需加工的工件310上所有的微细流道都加工完成之后，需要加工下一件工件时，卸下固定待加工工件310的夹具350，取下加工合格的工件，更换为另一件需加工的工件，安装固定好夹具350，重复上述操作，就可以进行下一件工件的加工。

方法实施例

本实施例提供一种提高微细流道加工质量的方法，该方法应用在上述实施例一、二所述的系统中，如图4所示，所述方法包括：

步骤S401，将待加工工件固定在夹具上；

步骤S402，利用恒压流体产生装置向至少一面由所述待加工工件组成的检测腔体内充满恒定压力的流体；

其中，当所述待加工工件为腔体结构时，所述检测腔体为所述待加工工件的内部腔体；当所述待加工工件为非腔体结构时，所述检测腔体为所述待加工工件与定制的壳体密封组合后得到的腔体；

所述流体为液体或者气体，所述液体可以但不限于为冷却剂和/或润滑剂；所述气体可以但不限于为干燥压缩空气。

步骤S403，利用微细流道加工装置在所述待加工工件上，从所述检测腔体外侧向检测腔体内侧加工微细流道；其中，所述微细流道的加工方式包括机械加工、电学加工、化学加工和激光束加工。

步骤S404，当加工得到微细流道时，利用所述检测腔体内外存在压力差，通过流体将所述微细流道内加工产生的残渣带出。

优选地，在所述步骤S404后还包括：

步骤S405，利用布置在所述恒压流体产生装置与检测腔体间流体连接通道上的流量监测装置实时检测所述微细流道外溢流体的瞬时流量；

步骤S406，利用控制装置判断流量监测装置监测到的流量值是否达到设定的标准值，若是，则向所述微细流道加工装置发送继续加工当前微细流道的命令指示；否则，向所述微细流道加工装置发送加工下一微细流道的命令指示。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种提高微细流道加工质量的系统，其特征在于，包括：微细流道加工装置、待加工工件、至少一面由所述待加工工件组成的检测腔体、与所述检测腔体密封连接的恒压流体产生装置、以及加工微细流道时固定所述待加工工件的夹具；

所述微细流道加工装置，用于在所述待加工工件上，从所述检测腔体外侧向检测腔体内侧加工微细流道；

所述恒压流体产生装置，用于在加工微细流道过程中，向所述检测腔体内充满恒定压力的流体；其中，腔内流体恒定压力高于加工侧所属环境的压力。

2.如权利要求1所述的提高微细流道加工质量的系统，其特征在于，所述系统还包括：流量监测装置和加工控制装置；

所述流量监测装置，布置在所述恒压流体产生装置与检测腔体间的流体连接通道上，用于在加工得到微细流道时，实时检测所述微细流道外溢流体的瞬时流量；

所述控制装置，用于判断所述流量监测装置监测的流量值是否达到设定的标准值，若否，则向所述微细流道加工装置发送继续加工当前微细流道的命令指示；若是，则向所述微细流道加工装置发送加工下一微细流道的命令指示。

3.如权利要求1或2所述的提高微细流道加工质量的系统，其特征在于，所述恒压流体产生装置具体包括：

压力流体产生源，用于产生压力流体；

压力调节和稳定装置，用于控制产生的所述压力流体以恒定的压力输出至所述检测腔体内。

4.如权利要求1或2所述的提高微细流道加工质量的系统，其特征在于，

当所述待加工工件为腔体结构时，所述检测腔体为所述待加工工件的内部腔体；当所述待加工工件为非腔体结构时，所述检测腔体为所述待加工工件与定制的壳体密封组合后得到的腔体。

5.如权利要求1或2所述的提高微细流道加工质量的系统，其特征在于，所述流体为液体或者气体；所述微细流道的加工方式包括机械加工、电学加工、化学加工或者激光束加工。

6.如权利要求5所述的提高微细流道加工质量的系统，其特征在于，当所述流体为液体时，所述液体包括冷却剂和/或润滑剂；当所述流体为气体时，所述气体包括干燥压缩空气。

7.一种如权利要求1所述系统提高微细流道加工质量的方法，其特征在于，包括：

步骤1，将待加工工件固定在夹具上；

步骤2，利用恒压流体产生装置向至少一面由所述待加工工件组成的检测腔体内充满恒定压力的流体；

步骤3，利用微细流道加工装置在所述待加工工件上，从所述检测腔体外侧向检测腔体内侧加工微细流道；

步骤4，当加工得到微细流道时，利用所述检测腔体内外存在压力差，通过流体将所述微细流道内加工产生的残渣带出。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤4后还包括：

步骤5，利用布置在所述恒压流体产生装置与检测腔体间流体连接通道上的流量监测装置实时检测所述微细流道外溢流体的瞬时流量；

步骤6，利用控制装置判断流量监测装置监测到的流量值是否达到设定的标准值，若否，则向所述微细流道加工装置发送继续加工当前微细流道的命令指示；若是，则向所述微细流道加工装置发送加工下一微细流道的命令指示。

9.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述方法中：

当所述待加工工件为腔体结构时，所述检测腔体为所述待加工工件的内部腔体；当所述待加工工件为非腔体结构时，所述检测腔体为所述待加工工件与定制的壳体密封组合后得到的腔体。

10.如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述方法中：

所述流体为液体或者气体，所述液体包括冷却剂和/或润滑剂；所述气体包括干燥压缩空气；

所述微细流道的加工方式包括机械加工、电学加工、化学加工和激光束加工。