CN103302596A - 真空离心微加工装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种真空离心微加工装置及方法，包含一真空腔、至少一真空泵、加工移动平台及至少一离心加工机构，其中，该真空腔连结真空泵，以将该真空腔内压力控制于-100托(TORR，mmHg)以下的负压环境，该加工移动平台设于该真空腔内，供至少一工件安置及使该工件进行至少一轴向方向的移动，该离心加工机构设于真空腔内，经由上方输入微粉粒磨料，以让离心加工机构借由旋转离心力将该微粉粒磨料于真空负压环境下集中抛射向该工件表面，以对工件冲击切削加工，以构成一种可在负压值环境下对工件进行微粉粒离心力抛射微加工的装置及方法。

Description

真空离心微加工装置及方法

技术领域

本发明是关于一种真空离心微加工装置及方法，特别是应用于用于工件微加工，以及在于负压值的真空腔中，以离心力将微粉粒磨料抛射微加工工件的装置及方法。

背景技术

现有以颗粒为磨料的微加工装置，应用于工件的细部加工，利用金刚砂、氧化铝、碳化硅、铁砂或其它硬质材料颗粒为主要磨料，经由加压该磨料，使该磨料由微加工装置喷嘴喷出射向工件进行微加工，然而，上述现有以颗粒为磨料的微加工装置，其操作环境皆在于1大气压力或略低于1大气压力之-1～-5托(在相对压力条件下，例如：1大气压等于0托时，真空度为0％，100％绝对真空度时为-760托)间压力值下，致使该颗粒磨料在撞击工件前，易受大气压力中气流干扰影响而产生乱流，减缓磨料的速度及切削力，同时磨料随乱流形成粉尘飘移弥漫与需另外设置集尘设备的缺点，如磨料粒径更小(例如：粒径在20微米以下)且质量更轻时，受大气压力的气流阻力抵消，根本无法产生切削工件表面的力量，而直接随空气气流变成粉尘，使工件微细部的微加工效果与功能受到大幅的限制。

此外，在相关的先前专利文献方面，如中国台湾专利公报第I284075号「磨料螺旋研抛装置及其方法」发明专利案，则揭示在于工件研磨加工螺杆中设置容纳磨料的本体，以随螺杆螺旋时将磨料螺旋抛出撞击研磨工件表面，以修饰去除工件加工后的毛边，但无法对工件进行选择性的局部细微加工，如精密打孔、开槽、切割等细微加工方式与功能。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题在于，克服现有技术存在的上述缺陷，而提供一种真空离心微加工装置及方法，特别是具有不需额外集尘设备，不会形成气流阻力，且可以旋转离心力抛射极小粒径的磨料进行工件细部微加工功能与效果的装置及方法，以解决现有以颗粒为磨料的微加工装置需额外设置集尘设备，以及，无法以更小粒径磨料(例如：粒径在20微米以下)进行工件细部微加工功能限制的缺点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种真空离心微加工装置，包含一真空腔、至少一真空泵、加工移动平台及至少一离心加工机构，其中，该真空腔连结真空泵，以将该真空腔内压力控制于-100托以下之负压环境，该加工移动平台设于该真空腔内，供至少一工件安置及使该工件进行至少一轴向方向的移动，该离心加工机构设于真空腔内，经由上方输入微粉粒磨料，以让离心加工机构借由旋转离心力将该微粉粒磨料于真空负压环境下集中抛射向该工件表面，以对工件冲击切削加工，以在于负压值环境下对工件进行微粉粒离心力抛射冲击切削微加工。

所述真空离心微加工装置，其中，该真空腔为真空罩。

所述真空离心微加工装置，其中，该真空泵控制真容腔内的负压值范围为-100托至-760托。

所述真空离心微加工装置，其中，该加工移动平台为步进马达所组成可数字控制的加工平台。

所述真空离心微加工装置，其中，该加工移动平台为伺服马达所组成可数字控制的加工平台。

所述真空离心微加工装置，其中，该加工移动平台设于真空腔内部一侧。

所述真空离心微加工装置，其中，该离心加工机构包含：

至少一驱动马达，设于该真空腔的底端，该驱动马达的转轴可作顺时针方向旋转或逆时针方向旋转；

至少一转盘，结合于该驱动马达的转轴上，受该驱动马达的驱动而作顺时针或逆时针方向旋转，该转盘上设有若干隔板，各隔板间分别形成一槽；及

至少一进料单元，设于该转盘的上方，且该进料单元内容置有数个微粉粒磨料，该进料单元并控制该微粉粒磨料向下落入该转盘中的进料动作，使该微粉粒磨料由上而下落入该转盘中，以借转盘旋转而令该微粉粒磨料依离心力带动至转盘的槽，再由转盘离心力的切线方向与路径抛射射出。

所述真空离心微加工装置，其中，该离心加工机构包含：

至少一驱动马达，设于该真空腔的外部，该驱动马达的转轴穿入该真空腔内，该驱动马达的转轴可作顺时针方向旋转或逆时针方向旋转；

至少一转盘，结合于该驱动马达的转轴上，受该驱动马达的驱动而作顺时针或逆时针方向旋转，该转盘上设有若干隔板，各隔板间分别形成一槽；及

至少一进料单元，设于该转盘的上方，且该进料单元内容置有数个微粉粒磨料，该进料单元并控制该微粉粒磨料向下落入该转盘中的进料动作，使该微粉粒磨料由上而下落入该转盘中，以借转盘旋转而令该微粉粒磨料依离心力带动至转盘的槽，再由转盘离心力的切线方向与路径抛射射出。

所述真空离心微加工装置，其中，该离心加工机构结合一移动装置，该移动装置带动该离心加工机构作至少一轴向方向的位移移动。

本发明更进一步提供一种真空离心微加工方法，其步骤包括：

(A)微加工设备设置，于一真空腔中设置一离心加工机构，该离心加工机构为具微粉粒磨料借旋转离心力抛射切削功能的加工机构，该真空腔内设置一加工移动平台，该加工移动平台供一工件安置与进行至少一轴向方向的移动；

(B)真空腔形成负压，由步骤A的真空腔连结一真空泵，借该真空泵将该真空腔内压力抽吸形成-100托以下负压值的负压环境；

(C)形成旋转离心力抛射微粉粒磨料，由步骤A的离心加工机构旋转产生离心力，以将该离心加工机构内的微粉粒磨料进行旋转，以形成旋转离心力，使微粉粒磨料借由该离心力以切线方向抛射出离心加工机构外；

(D)对工件进行微加工，由该步骤C的离心加工机构所高速抛射射出的微粉粒磨料对步骤A的加工移动平台上的工件进行高速撞击磨削微加工，并由加工移动平台以至少一轴向方向移动，而令该离心加工机构所高速抛射的微粉粒磨料对工件整体作选择性局部或全面材料去除微加工。

本发明的真空离心微加工装置及方法的功效，在于利用该真空腔内形成的负压几近于无气流阻力环境，以及，该离心加工机构内所产生的旋转离心力，让微粉粒磨料由离心加工机构高速抛射撞击切削该加工移动平台的工件，以对该工件进行微加工处理，而得以在真空负压值环境及离心力加速抛射中进行工件的微粉粒磨料撞击切削微加工操作时，大幅降低大气压力的气流阻力干扰，以维持微粉粒磨料的冲击速度及不会产生乱流，因此不需另设集尘设备，且可使该微粉粒磨料不受限于粒径与质量条件，例如：粒径细如灰尘的微粉末磨料，皆可应用于该工件的切削加工，以达到微米级的细微加工，尤其是该真空腔内的真空度越高效果越好，可完全消弭现有颗粒磨料微加工机构所易于产生的粉尘弥漫与受限磨料粒径、质量的问题与缺点。

本发明的有益效果是，其是具有不需额外集尘设备，不会形成气流阻力，且可以旋转离心力抛射极小粒径的磨料进行工件细部微加工功能与效果的装置及方法，以解决现有以颗粒为磨料的微加工装置需额外设置集尘设备，以及，无法以更小粒径磨料(例如：粒径在20微米以下)进行工件细部微加工功能限制的缺点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的真空离心微加工装置的第一实施例图；

图2为图1中的离心加工机构的立体外观结构图；

图3为一俯视图，显示本发明的真空离心微加工装置的较佳应用例；

图4为本发明的真空离心微加工装置的第二实施例图；

图5为本发明的真空离心微加工装置的第三实施例图；

图6为本发明的真空离心微加工方法的流程图。

图中标号说明：

100    微加工装置            10    真空腔

20     真空泵                21    进气口

22     排气口                30    加工移动平台

40     离心加工机构          41    驱动马达

411    转轴                  42     转盘

421    隔板                  422    槽

43     进料单元              431    微粉粒磨料

44     移动装置              200    工件

X      切线                  P      负压值

300    微加工设备设置        310    真空腔形成负压

320    形成旋转离心力抛射    330    对工件进行微加工

       微粉粒磨料

具体实施方式

请参阅图1及图2所示，为本发明的真空离心微加工装置100的第一实施例，其中，该微加工装置100包含一真空腔10，该真空腔10为一可密封成真空负压环境的腔体，例如：真空罩，至少一真空泵20，具有抽出真空腔10内气体，使真空腔内形成负压的功能，且具有至少一进气口21及排气口22，该进气口21穿入该真空腔10内部，以将该真空腔10内部的空气快速与大量抽出，并经由该排气口22排出，使该真空腔10内部形成-100托以下的负压的负压值P，该负压值P在本发明中，以-100托(在相对压力条件下，例如：1大气压等于0托时，真空度为0％，100％绝对真空度时为-760托)以下为例，其范围值在-100托～-760托之间。

至少一加工移动平台30，设于真空腔10内部，在本发明中列举设于真空腔10的一侧，该加工移动平台30供一工件200安置，并可带动该工件200作至少一轴向方向的位移移动，在本发明中系列举如CNC(计算机化数值控制)移动平台型态的加工移动平台30，亦可以为步进或伺服马达所组成可数字控制的加工平台，以带动工件200作多轴向方向的移动位移，其它如球形坐标、多轴向直角坐标的等效功能的加工移动平台，亦不脱本发明的主张范畴。

至少一离心加工机构40，设于该真空腔10内部，在本发明中列举于该移动加工平台30的一侧，该离心加工机构40的型式不限，在本发明的第一实施例中，列举包括至少一驱动马达41、转盘42及进料单元43构成为例，其中，该驱动马达41设于该真空腔10的底端，该驱动马达41的转轴411可作顺时针方向旋转或逆时针方向旋转，该转盘42结合于该驱动马达41的转轴411上，受该驱动马达41的驱动而作顺时针或逆时针方向旋转，该转盘42上设有若干隔板421，各隔板421间分别形成一槽422，该进料单元43设于该转盘42的上方，且该进料单元43内部容置有数个微粉粒磨料431，该微粉粒磨料431粒径系列举在20微米以下的微粉粒磨料为例，该进料单元43并控制该微粉粒磨料431可借重力向下落入该转盘42中的进料动作，使该微粉粒磨料431可以在-100托以下负压几乎无气流干扰的状态下，以自由落体重力方式落入该转盘42中，而该微粉粒磨料431落入该转盘42的方向及位置，并不以此种由上而下的自由落体方式与方向为限，其它如由转盘42侧面的微粉粒磨料431进料方式，亦不脱本发明的范畴。

上述的转盘42结合于驱动马达41的转轴411的方式不限，在本发明中以转轴411朝上的方式结合该转盘42，亦可为整组颠倒方式组合，即驱动马达41及转轴411朝下，由该转轴411向下结合该转盘42。

请再配合图3所示，为本发明的微加工装置100的较佳应用例图，其中，显示当该图1及图2中的离心加工机构40中的进料单元43将该微粉粒磨料431由上而下落入转盘42时，由于转盘42处于转旋状态，使该微粉粒磨料431被转盘42旋转离心力先逐一带往各隔板421间的槽422内，而当转盘42转动至该离心力相对应抛射路径的切线X方向时，该槽422内的微粉粒磨料431则沿该切线X方向与路径抛射，使该微粉粒磨料431抛射撞击切削该加工移动平台30的工件200，再由该加工移动平台30沿至少一轴向方向位移移动，而达成该工件200的微加工操作。

上述的微粉粒磨料431自该转盘42抛射的切线X路径与方向，可由该进料单元43对应该转盘42的进料位置、转盘42旋转方向与该加工移动平台30、工件200设置的相对应位置而定，而该微粉粒磨料431沿切线X路径与方向抛射向加工移动平台30的工件200的撞击切削力道与成束或成面的微加工方式，则可由该驱动马达41转速、转向与转盘42的隔板421数量、密度而定。

请配合图4所示，为本发明的微加工装置100的第二实施例，其中，显示该离心加工机构40的驱动马达41设于该真空腔10外部，该驱动马达41的转轴411穿过入该真空腔10内部连结该转盘42，使该驱动马达41可置于真空腔10外部，可进一步作真空容器10内部空间的应用与驱动马达41进一步的控制应用。

请再参阅图5所示，为本发明的微加工装置100的第三实施例，其中，显示该离心加工机构40的驱动马达41结合一移动装置44，该移动装置44可作至少一轴向方向的位移移动，以使该离心加工机构40除可借离心力抛射微粉粒磨料431撞击研磨工件200外，更进一步可以让整个离心加工机构40因应工件200微加工部位的需要，而作对应加工方向与位置的位移移动，而该移动装置44带动离心加工机构40的位移移动模式，可以与该加工移动平台30一同作相对应的运动，或者；离心加工机构40的移动装置44与加工移动平台30两者，仅由其中任一者为位移移动，而另一者为静止状态。

请再配合图6所示，为本发明的真空离心微加工方法的流程图，其步骤包括步骤300～330，其中：

(300)微加工设备设置，于该真空腔10中设置一离心加工机构40，该离心加工机构40为具微粉粒磨料431借旋转离心力抛射切削功能的加工机构，该真空腔10内设置一加工移动平台30，该加工移动平台30供一工件200安置与进行至少一轴向方向的移动；

(310)真空腔形成负压，由步骤300的真空腔10连结一真空泵20，借该真空泵20将该真空腔10内压力抽吸形成-100托以下负压值P的负压环境；

(320)形成旋转离心力抛射微粉粒磨料，由步骤300的离心加工机构40旋转产生离心力，以将该离心加工机构40内的微粉粒磨料431进行旋转，以形成旋转离心力，使微粉粒磨料431借由该离心力抛射切线X方向与路径抛射出离心加工机构40外；

(330)对工件进行微加工，由该步骤320的离心加工机构40所高速抛射射出的微粉粒磨料对步骤300的加工移动平台30上的工件200进行高速撞击切削微加工，并由加工移动平台30以至少一轴向方向移动，而令该离心加工机构40所高速抛射的微粉粒磨料431对工件200整体作选择性局部或全面材料去除切削微加工。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种真空离心微加工装置，其特征在于，包括：

一真空腔，为一可密封成真空负压环境的腔体；

至少一具有抽真空负压功能的真空泵，且具有至少一进气口及排气口，该进气口穿入该真空腔内部，以将该真空腔内部的空气快速与大量抽出，并经由该排气口排出，使该真空腔内部形成-100托以下的负压值的环境；

至少一加工移动平台，设于真空腔内部，该加工移动平台供一工件安置，并可带动该工件作至少一轴向方向的位移移动；及

至少一离心加工机构，设于该真空腔内部，该离心加工机构内部容置有数个微粉粒磨粒，该微粉粒磨料借由该离心加工机构以旋转离心力且沿离心力切线方向与路径高速抛射射出，以令该微粉粒磨料高速撞击切削加工移动平台上的工件，而对该工件进行微加工。

2.根据权利要求1所述的真空离心微加工装置，其特征在于，所述真空腔为真空罩。

3.根据权利要求1所述的真空离心微加工装置，其特征在于，所述真空泵控制真容腔内的负压值范围为-100托至-760托。

4.根据权利要求1所述的真空离心微加工装置，其特征在于，所述加工移动平台为步进马达所组成可数字控制的加工平台。

5.根据权利要求1所述的真空离心微加工装置，其特征在于，所述加工移动平台为伺服马达所组成可数字控制的加工平台。

6.根据权利要求1所述的真空离心微加工装置，其特征在于，所述加工移动平台设于真空腔内部一侧。

7.根据权利要求1所述的真空离心微加工装置，其特征在于，所述离心加工机构包含：

至少一驱动马达，设于该真空腔的底端，该驱动马达的转轴可作顺时针方向旋转或逆时针方向旋转；

至少一转盘，结合于该驱动马达的转轴上，受该驱动马达的驱动而作顺时针或逆时针方向旋转，该转盘上设有若干隔板，各隔板间分别形成一槽；及

至少一进料单元，设于该转盘的上方，且该进料单元内容置有数个微粉粒磨料，该进料单元并控制该微粉粒磨料向下落入该转盘中的进料动作，使该微粉粒磨料由上而下落入该转盘中，以借转盘旋转而令该微粉粒磨料依离心力带动至转盘的槽，再由转盘离心力的切线方向与路径抛射射出。

8.根据权利要求1所述的真空离心微加工装置，其特征在于，所述离心加工机构包含：

至少一驱动马达，设于该真空腔的外部，该驱动马达的转轴穿入该真空腔内，该驱动马达的转轴可作顺时针方向旋转或逆时针方向旋转；

至少一转盘，结合于该驱动马达的转轴上，受该驱动马达的驱动而作顺时针或逆时针方向旋转，该转盘上设有若干隔板，各隔板间分别形成一槽；及

至少一进料单元，设于该转盘的上方，且该进料单元内容置有数个微粉粒磨料，该进料单元并控制该微粉粒磨料向下落入该转盘中的进料动作，使该微粉粒磨料由上而下落入该转盘中，以借转盘旋转而令该微粉粒磨料依离心力带动至转盘的槽，再由转盘离心力的切线方向与路径抛射射出。

9.根据权利要求1所述的真空离心微加工装置，其特征在于，所述离心加工机构结合一移动装置，该移动装置带动该离心加工机构作至少一轴向方向的位移移动。

10.一种真空离心微加工方法，其特征在于，其步骤系包括：

(a)微加工设备设置，于一真空腔中设置一离心加工机构，该离心加工机构为具微粉粒磨料借旋转离心力抛射研磨功能的加工机构，该真空腔内设置一加工移动平台，该加工移动平台供一工件安置与进行至少一轴向方向的移动；

(b)真空腔形成负压，由步骤a的真空腔连结一真空泵，借该真空泵将该真空腔内压力抽吸形成-100托以下负压值的负压环境；

(c)形成旋转离心力抛射微粉粒磨料，由步骤a的离心加工机构旋转产生离心力，以将该离心加工机构内的微粉粒磨料进行旋转，以形成旋转离心力，使微粉粒磨料借由该离心力抛射出离心加工机构外；

(d)对工件进行微加工，由该步骤c的离心加工机构所高速抛射射出的微粉粒磨料对步骤a的加工移动平台上的工件进行高速撞击切削微加工，并由加工移动平台以至少一轴向方向移动，而令该离心加工机构所高速抛射的微粉粒磨料对工件整体作切削微加工。

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