CN108857689B - 一种精密石英晶体谐振器的倒边倒弧加工的装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种精密石英晶体谐振器的倒边倒弧加工的装置，包括：加工平台；设于所述加工平台上的承载晶片的研磨盘；驱动所述研磨盘转动的驱动机构；扣压固定在所述晶片上的晶片扣，所述晶片扣包括沉孔；以及按压在所述晶片扣上的按压机构；其中，所述按压机构包括可插入所述沉孔与所述晶片扣插接固定的顶针以及驱动所述顶针转动的第一转动机构。本发明提供一种精密石英晶体谐振器的倒边倒弧加工的装置，能够保证晶片研磨曲面稳定，保证设计符合性及外形对称性。并且可调节控制支撑杆、顶针以及晶片水平面等三者之间的相互垂直及固定关系，实现了晶片在研磨过程中始终保持研磨重心不变。

Description

一种精密石英晶体谐振器的倒边倒弧加工的装置

技术领域

本发明涉及晶体元器件加工工艺领域，特别是一种精密石英晶体谐振器的倒边倒弧加工的装置。

背景技术

石英晶体谐振器是利用具有压电效应的石英晶片而制成的谐振元件，也是构成晶体振荡器的关键组件。由于石英晶体谐振器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率稳定度优良等一系列优异特点，被广泛应用于通信、医疗、航空航天、武器装备等行业及领域中。

倒边或倒弧设计及加工是精密石英谐振器产品的核心技术之一，通过对产品内部的石英晶片轮廓进行倒边、倒弧修整，以抑制耦合增强谐振，改善谐振器产品性能。其中，倒边加工工艺是将晶片在设计要求曲度的凹球面R碗磨具上进行研磨，倒去晶片边缘棱角，并研磨出宽度均匀对称且尺寸符合设计要求的光滑宽边。倒弧加工工艺是将晶片在设计要求曲度的凹球面R碗上进行研磨，使晶片表面加工为符合设计要求曲度的球面形状。现有的倒边倒弧工艺，通常沿用传统的曲轴摆臂研磨机，容易变心和变轨，具有诸多不足。

发明内容

为解决上述问题至少一个，本发明采用下述技术方案：

本发明实施例提供一种精密石英晶体谐振器的倒边倒弧加工的装置，包括：

加工平台；

设于所述加工平台上的承载晶片的研磨盘；

驱动所述研磨盘转动的驱动机构；

扣压固定在所述晶片上的晶片扣，所述晶片扣包括沉孔；以及

按压在所述晶片扣上的按压机构；

其中，所述按压机构包括可插入所述沉孔与所述晶片扣插接固定的顶针以及驱动所述顶针转动的第一转动机构。

优选地，所述驱动机构包括：

结合在在所述加工平台下表面的固定调节座套件以及驱动所述固定调节座套件转动的电机，所述固定调节座套件结合固定在所述研磨盘的中心。

优选地，所述第一转动机构包括一端连接在所述顶针上的第一支撑杆以及固定在所述第一支撑杆另一端的第一转动电机。

优选地，所述按压机构还包括第二转动机构，所述第二转动机构包括：

一端结合固定在所述第一支撑杆远离所述顶针的一端的第二支撑杆，以及固定在所述第二支撑杆另一端的转动轴，所述转动轴通过第三支撑杆结合固定在所述加工平台上。

优选地，所述转动轴通过第二转动电机驱动。

优选地，所述第一转动电机和第二转动电机与控制机构连接，所述控制机构可输出用于驱动所述第一转动电机和第二转动电机的控制命令。

优选地，所述顶针为球状，所述沉孔为尺寸及张角角度与所述顶针相匹配的圆锥形。

优选地，所述第一支撑杆连接所述第一转动电机的位置还固定有第一配重，所述第一转动电机结合在所述第一配重上。

优选地，所述第二支撑杆连接所述第二转动电机的位置还固定有第二配重，所述第二转动电机结合在所述第二配重上。

本发明的有益效果如下：

本发明提供一种精密石英晶体谐振器的倒边倒弧加工的装置，能够保证晶片研磨曲面稳定，保证设计符合性及外形对称性。并且可调节控制支撑杆、顶针以及晶片水平面等三者之间的相互垂直及固定关系，实现了晶片在研磨过程中始终保持研磨重心不变，从而晶片外形成形曲面的中心保持不变，因此很好的保证了晶片实际加工外形的设计符合性及对称性。同时提高了晶片加工控制能力，具有较好的晶片加工控制能力，并进一步保障设计符合性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为现有典型方法加工运动方式及研磨重心变化示意图。

图2为现有典型方法晶片研磨轨迹示意图。

图3为本发明实施例的晶片加工运动方式及研磨重心固定示意图。

图4为本发明实施例的晶片研磨运动轨迹示意图。

图5为本发明实施例提供的一种精密石英晶体谐振器的倒边倒弧加工的装置结构示意图。

图5中的附图标记为：101-R碗驱动同轴电机、102-R碗固定调节座套件、104-固定柱、103-R碗、105-调节锁座、106-水平支撑杆、107-顶针驱动微型高速同轴电机、108-微型高速电机固定座、109-顶针驱动轴杆套件，110-顶针，111-晶片扣。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

现有倒边倒弧工艺，通常沿用传统的曲轴摆臂研磨机，当倒边倒弧研磨加工时，设备摆臂末端垂直安装固定的铁笔，其球状末端嵌入承载有晶片的晶片扣顶部中心沉孔中，将晶片压贴在R碗磨盘表面。当电机转动时，R碗与曲轴因皮带轮相互连接而同时由电机驱动转动，并由曲轴带动连接于曲轴上的的摆臂水平摆动，从而使摆臂末端上的铁笔最终带动晶片，在R碗内随R碗曲面及摆臂摆动范围上下起伏运动。同时运动过程中在R碗上不断添加研磨液，对晶片进行磨削，最终形成需要的表面外形轮廓，该方法及装置形成了变心、变轨，单驱动的加工方式，其具体实施方式及存在的主要问题和缺陷如下：

1)变心-即研磨重心不断移动：在倒边倒弧研磨过程中，铁笔始终保持竖直并垂直于R碗水平面(如图1所示)，且晶片水平面始终贴附R碗表面而随R碗曲面变动，因此在研磨过程中，研磨重心始终沿晶片水平方向不断往复移动(如图1所示)，从而使得晶片曲面中心也在不断变化，引入了曲度变化及不均匀的风险；而且曲度越小，研磨重心移动范围越大，加工难度越大，当曲度小到一定程度时，晶片研磨过程中会发生翻倒报废等状况，制约了产品加工范围；

2)变轨-即晶片研磨轨道不断移动：在倒边倒弧研磨过程中，晶片随摆臂的摆动不断往复穿过R碗中心，从R碗边缘一端摆向边缘另一端，形成穿过R碗中心的弧状轨迹，并同时伴随着R碗自转，晶片的运动轨迹也在不断地变动，最终使晶片轨迹覆盖于整个曲面(如图2所示)。这样一来晶片运动轨迹复杂且随机性强，同时需对R碗整个曲面的曲度精度及均匀性有较高要求，工艺控制难度大；

3)单驱动：即仅R碗由电机驱动转动，而晶片在R碗上研磨过程中则是仅由R碗的同轴自转所作用在晶片圆周切向的摩擦力，产生以铁笔头嵌入点为中心的自转，其转动状态如转速均匀性，连续性、同心度等随砂液的分布状况，铁笔的垂直度，R碗转速，铁笔端及扣孔的配合及磨损程度等因素的影响随机性较大，因此对产品形状的均匀性，加工一致性都有较大影响，并且这种被动的自转方式其自转速度很低，因此晶片加工时间较长，加工效率较低；

因此，现有这种变心、变轨、单驱动的传统倒边倒弧方法及加工，产品加工容易产生倒边宽度不均匀或双面宽度不一致、倒弧曲度偏差大、外形轮廓不对称等问题和不足，晶片外形加工设计符合性及一致性较差。同时现有及方法装置对铁笔的垂直度、R碗曲面的波动程度等关键参数的控制完全依赖装配结构，可调性及可控性较低，因此工艺控制精度较低。

有鉴于此，本发明提供一种精密石英晶体谐振器的倒边倒弧加工的装置，包括：加工平台；设于所述加工平台上的承载晶片的研磨盘；驱动所述研磨盘转动的驱动机构；扣压固定在所述晶片上的晶片扣，所述晶片扣包括沉孔；以及按压在所述晶片扣上的按压机构；其中，所述按压机构包括可插入所述沉孔与所述晶片扣插接固定的顶针以及驱动所述顶针转动的第一转动机构。

本发明提供一种精密石英晶体谐振器的倒边倒弧加工的装置，能够保证晶片研磨曲面稳定，保证设计符合性及外形对称性。并且可调节控制支撑杆、顶针以及晶片水平面等三者之间的相互垂直及固定关系，实现了晶片在研磨过程中始终保持研磨重心不变，从而晶片外形成形曲面的中心保持不变，因此很好的保证了晶片实际加工外形的设计符合性及对称性。同时提高了晶片加工控制能力，具有较好的晶片加工控制能力，并进一步保障设计符合性。

优选地，所述驱动机构包括：结合在在所述加工平台下表面的固定调节座套件以及驱动所述固定调节座套件转动的电机，所述固定调节座套件结合固定在所述研磨盘的中心。

优选地，所述顶针为球状，所述沉孔为尺寸及张角角度与所述顶针相匹配的圆锥形。

优选地，第一转动机构包括一端连接在所述顶针上的第一支撑杆以及固定在所述第一支撑杆另一端的第一转动电机。所述按压机构还包括第二转动机构，所述第二转动机构包括：一端结合固定在所述第一支撑杆远离所述顶针的一端的第二支撑杆，以及固定在所述第二支撑杆另一端的转动轴，所述转动轴通过第三支撑杆结合固定在所述加工平台上。

所述转动轴通过第二转动电机驱动。所述第一转动电机和第二转动电机与控制机构连接，所述控制机构可输出用于驱动所述第一转动电机和第二转动电机的控制命令。

所述第一支撑杆连接所述第一转动电机的位置还固定有第一配重，所述第一转动电机结合在所述第一配重上。

所述第二支撑杆连接所述第二转动电机的位置还固定有第二配重，所述第二转动电机结合在所述第二配重上。

在具体实施例中，研磨盘为R碗，下面请继续结合图5对本发明实施例进行详细说明，结合图5可以看出：R碗驱动同轴电机101，电机装配安装于工作台面凹槽中心的适当高度位置；进一步的，R碗固定调节座套件102，其座体底部包含联轴器、轴承、传动轴杆等组件(套件包含组件内容为常规机械传动设计，本实施例不再赘述该套件具体实施方式)，其中联轴器一端与R碗驱动同轴电机101的电机轴形成固定连接，另一端通过传动轴杆与轴承连接；进一步的，R碗109，可通过其底座插入R碗固定调节座体顶部尺寸配合的柱孔内，并由分布在座体外侧的通孔螺钉固定在座体上。至此，R碗103与电机之间101通过R碗固定座，形成机械及传动结构连接，实现了电机对R碗的驱动同轴自转。

进一步的，固定导柱104竖直固定于工作台面适当位置上，与水平面保持垂直；进一步的，调节锁座105通过紧密配合的竖向柱孔穿过固定导柱104，锁座可以沿导柱上下滑动，可以以导柱为轴水平转动，并可以由螺钉固定于导柱上；进一步的，水平支撑杆106，穿过调节锁座104侧面旋转柱上紧密配合的专门通孔，水平支撑杆可以在穿过的柱孔内抽拉来调节其伸出的长度，可以通过旋转柱转动使水平支撑杆以旋转柱为轴沿垂直方向转动以便于取放晶片工件，可以通过调节锁座104沿导柱的垂直以水平位置变化而变化，并可通过螺钉最终固定在调节锁座104上；进一步的，顶针驱动微型高速同轴电机107，穿过微型高速电机固定座108上精密配合的通孔，通过螺钉固定被固定座108夹持；进一步的微型高速电机固定座108，通过侧面精密配合的通孔，穿入水平支撑杆前端，并通过螺钉固定连接于水平支撑杆上；进一步的，顶针驱动轴杆套件109，包含有联轴器、轴承、传动轴杆等组件(套件所包含组件内容为常规机械传动设计，本实施例不再赘述该套件具体实施方式)，联轴器一端与微型高速电机107的电机轴连接，另一端通过轴套及轴承与传动轴杆连接；进一步的，顶针110与传动轴杆为可拆卸更换的同轴装配结构，装配固定于顶针驱动轴杆套件109中的传动轴杆末端；进一步的，晶片装入晶片扣111中，紧贴于R碗101表面，将顶针末端(推荐为尺寸匹配的球状末端)嵌入晶片扣顶部中心的沉孔中(推荐为尺寸及张角角度与顶针球状末端尺寸匹配的圆锥形沉孔)，并由水平支撑杆连同顶针驱动电机、轴杆套件直至顶针的所有装配结构的自身总重量(推荐可在水平支撑杆等装配结构合适位置增加配重)，通过顶针施加在晶片扣及晶片上，将晶片紧密贴附在R碗上，实现晶片在顶针电机驱动下，在R碗表面进行电驱动同轴自转。

至此，全部完成本实施例所提供装置的机械及传动结构的装配及连接，并与电机配套调速控制器进行电气连接，即可实现本实施例所提供装置的倒边倒弧加工功能(也可推荐使用PLC工控模块及人机交互界面模块，对电机运行进行程序编程，进而可实现装置自动控制及运行)。

本申请实施例装置及方法，可实现以定心、定轨、双驱动方式对精密石英晶体谐振器进行倒边倒弧加工：

1)定心-即研磨重心及外形曲度中心固定：在晶片研磨轨道处，调节本实施例所提供装置中的水平支撑杆锁座，使支撑杆固定于水平面的恰当方位，同时钻洞摆杆协同调节连接于水平支撑杆末端的微型高速电机上的传动轴杆和顶针倾斜角度，使用于带动晶片转动的的轴杆和末端顶针，始终垂直于晶片水平表面并指向晶片圆周中心，即同时垂直于轨道球面切向(如图3所示)，形成了水平支撑杆、传动轴杆及末端顶针，晶片水平面等三者之间的相互垂直及固定关系，则实现了晶片在研磨过程中始终保持研磨重心不变，从而晶片外形成形曲面的中心保持不变，因此很好的保证了晶片实际加工外形的设计符合性及对称性；

2)定轨，即研磨轨道限定在一定可控区域范围内：通过调节并固定水平支撑杆位置，使晶片贴附位置固定于R碗外沿一点处(注意晶片外圆轮廓边缘不应超出R碗边缘)。当R碗同轴转动过程中，晶片相对于R碗仅在等高线上运动，因此在R碗上形成一条确定的与R碗同心且与晶片直径等宽的环状研磨轨道(如图4所示)，则只需控制R碗所使用的确定环状轨道区域的曲度精度，并可调节R碗固定座上的分布螺钉螺度，来控制轨道线上的跳动误差，保障晶片加工精度及设计符合性；

3)双驱动：在倒边倒弧加工过程中，R碗和承载有晶片的晶片扣均经过各自独立的电机同时驱动自转，使晶片研磨快速成型，从而保障了晶片外形加工均匀性及设计符合性，并缩短研磨时间，提高生产效率。

本发明的有益效果主要表现为：

1)实现研磨重心即晶片研磨曲面稳定，保证设计符合性及外形对称性。本装置及方法可使晶片在研磨轨道处，调节水平支撑杆锁座，使在晶片研磨轨道处，调节水平支撑杆锁座，并同时用水平仪测量支撑杆水平度，最终将其固定于水平面的恰当方位，同时转动摆杆协同调节连接于水平支撑杆末端的微型高速电机上的传动轴杆和顶针倾斜角度，使用于带动晶片转动的轴杆和末端顶针，始终垂直于晶片水平表面并指向晶片圆周中心。和原有方法及装置产生晶片在研磨过程中的研磨中心不断变换从而造成晶片外形曲面中心不稳定的方式相比较，由于本方法调节控制形成了水平支撑杆、传动轴杆及末端顶针，晶片水平面等三者之间的相互垂直及固定关系，则实现了晶片在研磨过程中始终保持研磨重心不变，从而晶片外形成形曲面的中心保持不变，因此很好的保证了晶片实际加工外形的设计符合性及对称性；

2)实现将晶片研磨轨道及运动轨迹限定在可控的范围内，提高晶片加工控制能力，保障设计符合性。本实施例提供的装置，可通过调节并固定水平支撑杆位置，使晶片贴附位置固定于R碗外沿一点处(晶片外圆轮廓边缘不超出R碗边缘)。当R碗同轴转动过程中，晶片相对于R碗仅在等高线上运动，因此在R碗上形成一条确定的与R碗同心且与晶片直径等宽的环状研磨轨道。与原有装置在研磨过程中不断改变轨道在整个R碗曲面上布满晶片运动轨迹的方式和特点相比较，原有装置及方法的加工精度受整个R碗曲面的曲度准确性影响，加工精度控制难度较大，而本方法只需控制R碗所使用的确定环状轨道区域的曲度精度，同时还可通过顶针式千分表测量轨道线上的跳动程度，并可通过匹配R碗固定座上的分布螺钉螺度，将轨道线上的跳动误差施以一定程度的定量调节和控制，具有较好的晶片加工控制能力，并进一步保障设计符合性；

3)实现晶片与R碗同时进行驱动自转，保障晶片加工外形对均匀性，提高加工效率。在倒边倒弧加工过程中，R碗和承载有晶片的晶片扣均经过各自独立的电机同时驱动自转。与原有装置及方法仅R碗有电机驱动，晶片仅靠摩擦力带动自转，其自转均匀性及连续性随机性高、同心度、稳定性较差的状况相比较，双驱动方式可使晶片以连续的、速度均匀可控、同心度好的自转方式在R碗上快速研磨成型，从而保障了晶片外形加工均匀性及设计符合性，并缩短研磨时间，提高生产效率。

4)机械结构灵活可调，工艺参数定量可控，晶片加工精度高，产品适用范围广。本实施里提供的方法及装置，可根据晶片尺寸、厚度、R碗曲度不同，通过装配结构灵活的调节锁座对水平支撑杆伸出长度、高低、左右等位置进行灵活调整，从而保证产品可调节在在研磨轨道内；可以通过调节匹配R碗固定座上对称分布的螺钉螺度，控制研磨轨道的等高线抖动程度。同时，在调整过程中，可对水平支撑杆的水平度采用水平仪进行精确测量控制，可通过专门的垂直夹具保证轴杆顶针与晶片水平表面的垂直精度，还可通过顶针式千分尺精确测量并控制R碗研磨轨道的等高线抖动程度。和原有方法及装置结构调节程度低、垂直度、R碗抖动程度控制精度较差、小曲率产品加工困难易翻倒报废等状况相比较，本实施例提供的装置及方法，其产品加工精度更高，产品适用范围更加广泛。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (9)

1.一种精密石英晶体谐振器的倒边倒弧加工的装置，其特征在于，包括：

加工平台；

设于所述加工平台上的承载晶片的研磨盘；

驱动所述研磨盘转动的驱动机构；

扣压固定在所述晶片上的晶片扣，所述晶片扣包括沉孔；以及

按压在所述晶片扣上的按压机构；

其中，所述按压机构包括能够插入所述沉孔与所述晶片扣插接固定的顶针以及驱动所述顶针转动的第一转动机构。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述驱动机构包括：

结合在在所述加工平台下表面的固定调节座套件以及驱动所述固定调节座套件转动的电机，所述固定调节座套件结合固定在所述研磨盘的中心。

3.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述第一转动机构包括一端连接在所述顶针上的第一支撑杆以及固定在所述第一支撑杆另一端的第一转动电机。

4.根据权利要求3所述装置，其特征在于，所述按压机构还包括第二转动机构，所述第二转动机构包括：

一端结合固定在所述第一支撑杆远离所述顶针的一端的第二支撑杆，以及固定在所述第二支撑杆另一端的转动轴，所述转动轴通过第三支撑杆结合固定在所述加工平台上。

5.根据权利要求4所述装置，其特征在于，所述转动轴通过第二转动电机驱动。

6.根据权利要求5所述装置，其特征在于，所述第一转动电机和第二转动电机与控制机构连接，所述控制机构能够输出用于驱动所述第一转动电机和第二转动电机的控制命令。

7.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述顶针为球状，所述沉孔为尺寸及张角角度与所述顶针相匹配的圆锥形。

8.根据权利要求3所述装置，其特征在于，所述第一支撑杆连接所述第一转动电机的位置还固定有第一配重，所述第一转动电机结合在所述第一配重上。

9.根据权利要求4所述装置，其特征在于，所述第二支撑杆连接所述第二转动电机的位置还固定有第二配重，所述第二转动电机结合在所述第二配重上。