CN109702487A - 一种微型表面结构加工的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微型表面结构加工的设备，包括表面抛磨装置、激光刻蚀装置、器件固定装置悬挂架及台座；所述表面抛磨装置及所述激光刻蚀装置依次设置在所述悬挂架上；所述台座支撑所述悬挂架；所述表面抛磨装置包括抛磨头，所述抛磨头用于对待处理器件进行表面抛磨；所述抛磨头通过第一驱动机构控制升降；所述激光刻蚀装置包括激光头，所述激光头用于对所述待处理器件进行激光刻蚀；所述激光头通过第二驱动机构控制升降；所述器件固定装置用于固定所述待处理器件。经过本发明提供的技术手段处理的器件，即可在具有所述的表面完整性的同时，得到表面微结构。本发明同时还提供了一种具有上述有益效果的微型表面结构加工的方法。

Description

一种微型表面结构加工的设备及方法

技术领域

本发明涉及材料表面加工领域，特别是涉及一种微型表面结构加工的设备及方法。

背景技术

表面完整性作为工件加工评价的一个重要的工艺参数。表面完整性与机械零件的配合性质、耐磨性、疲劳强度、接触刚度、震动和噪声等有密切关系，对机械产品的使用性能和可靠性有重要影响。

近年来，随着技术的发展，人们对材料的表面性质要求越来越高，从过去的单纯对表面完整性的要求，从而体现出材料本身的性质之外，还渐渐要求材料的表面包括一些微型结构，进而通过微型结构为材料本身带来新的性质。比如一些具有特殊的微型结构表面能够很大程度上提高工件的寿命、疲劳强度。

现有技术中，通过物理打磨，可以使工件具有合适的表面完整性，但物理打磨不能对工件表面进行精细加工，得到所需的微型结构；另一方面，现有技术中的微型结构，多为刻蚀形成，但刻蚀工艺大多无法保证所加工工件的表面完整性，因此，如何既能保证工件表面完整性又能在工件表面形成微型结构，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种微型表面结构加工的设备及方法，以解决现有技术中工件的表面完整性与工件表面的微型结构不可兼得的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种微型表面结构加工的设备，所述微型表面结构加工的设备包括表面抛磨装置、激光刻蚀装置、器件固定装置悬挂架及台座；

所述表面抛磨装置及所述激光刻蚀装置依次设置在所述悬挂架上；所述台座支撑所述悬挂架；

所述表面抛磨装置包括抛磨头，所述抛磨头用于对待处理器件进行表面抛磨；所述抛磨头通过第一驱动机构控制升降；

所述激光刻蚀装置包括激光头，所述激光头用于对所述待处理器件进行激光刻蚀；所述激光头通过第二驱动机构控制升降；

所述器件固定装置用于固定所述待处理器件。

可选地，在所述微型表面结构加工的设备中，所述器件固定装置底部装有滑动装置，所述滑动装置可使所述器件固定装置平稳地在水平方向上移动。

可选地，在所述微型表面结构加工的设备中，所述滑动装置包括定位装置，所述定位装置可将所述器件固定装置固定在相对于所述表面抛磨装置和/或激光刻蚀装置的预设位置。

可选地，在所述微型表面结构加工的设备中，所述滑动装置为滑轮及滑轨；所述滑轮可固定在所述滑轨上沿滑轨方向移动。

可选地，在所述微型表面结构加工的设备中，所述第一驱动机构及第二驱动机构为气动泵。

可选地，在所述微型表面结构加工的设备中，所述表面抛磨装置为砂带磨削装置。

本发明还提供了一种微型表面结构的加工方法，包括：

提供待处理器件；

对所述待处理器件进行表面抛磨；

对经过表面抛磨的待处理器件进行激光刻蚀，得到具有预设图案的成品器件。

可选地，在所述微型表面结构加工的方法中，所述表面抛磨为多角度表面抛磨。

可选地，在所述微型表面结构加工的方法中，所述表面抛磨为砂带磨削。

可选地，在所述微型表面结构加工的方法中，所述对所述待处理器件进行表面抛磨包括：

对所述待处理器件进行表面的粗磨；

对经过粗磨的待处理器件进行表面的精磨；

对经过精磨的待处理器件进行表面的抛光。

本发明所提供的微型表面结构加工的设备，包括表面抛磨装置、激光刻蚀装置、器件固定装置悬挂架及台座；所述表面抛磨装置及所述激光刻蚀装置依次设置在所述悬挂架上；所述台座支撑所述悬挂架；所述表面抛磨装置包括抛磨头，所述抛磨头用于对待处理器件进行表面抛磨；所述抛磨头通过第一驱动机构控制升降；所述激光刻蚀装置包括激光头，所述激光头用于对所述待处理器件进行激光刻蚀；所述激光头通过第二驱动机构控制升降；所述器件固定装置用于固定所述待处理器件。本发明通过将表面抛磨装置与激光刻蚀装置集成在同一台设备上，实现对工件表面完整性保证的同时，又可在工件表面形成微型结构。本发明提供的设备在工作时，先通过表面抛磨装置对待处理器件进行表面抛磨，使待处理器件获得所需的表面完整性，再对待处理器件进行激光刻蚀，激光刻蚀对工件加工的速度快、变形小、热影响区小、没有机械应力且不损伤材料表面，是在待处理器件表面获得微型结构的优选手段，经过本发明提供的技术手段处理的器件，即可在具有所述的表面完整性的同时，得到表面微结构，实现待处理器件的表面形貌可控。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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为本发明提供的微型表面结构加工的设备的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明提供的微型表面结构加工的设备的一种具体实施方式的激光头的结构示意图；

图3为本发明提供的微型表面结构加工的设备的另一种具体实施方式的砂带磨头的结构示意图；

图4为本发明提供的微型表面结构加工的方法的一种具体实施方式的流程示意图；

图5为本发明提供的微型表面结构加工的方法的表面多角度抛磨过程中及多角度抛磨后的待处理器件的表面示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。

本发明的核心是提供一种微型表面结构加工的设备，其中的一种具体实施方式的结构示意图如图1所示，称其为具体实施方式一，上述微型表面结构加工的设备包括表面抛磨装置5、激光刻蚀装置6、器件固定装置2悬挂架3及台座1；

上述表面抛磨装置5及上述激光刻蚀装置6依次设置在上述悬挂架3上；上述台座1支撑上述悬挂架3；

上述表面抛磨装置5包括抛磨头，上述抛磨头用于对待处理器件进行表面抛磨；上述抛磨头通过第一驱动机构控制升降；

上述激光刻蚀装置6包括激光头，上述激光头用于对上述待处理器件进行激光刻蚀；上述激光头通过第二驱动机构控制升降；

上述器件固定装置2用于固定上述待处理器件；

上述器件固定装置2底部装有滑动装置4，上述滑动装置4可使上述器件固定装置2平稳地在水平方向上移动；

上述滑动装置4为滑轮及滑轨；上述滑轮可固定在上述滑轨上沿滑轨方向移动。

更进一步地，上述滑动装置4包括定位装置，上述定位装置可将上述器件固定装置2固定在相对于上述表面抛磨装置5和/或激光刻蚀装置6的预设位置；上述定位装置可为锁扣。

更进一步地，上述第一驱动机构及第二驱动机构为气动泵；当然，也可以第一驱动机构为气动泵，第二驱动机构不为气动泵；或第一驱动机构不为气动泵，第二驱动机构为气动泵。

图2为本具体实施方式的激光头的结构示意图及经过激光刻蚀的上述待处理器件表面的示意图。

上述激光刻蚀装置6通过聚焦透镜将激光聚焦在待处理器件上形成局部高温，可以通过改变激光输出额定功率的时间、光束直径、激光功率及激光频率等参数来达到对上述待处理器件的表面进行微型结构加工的目的；上述激光刻蚀装置6包括激光发生器，上述的激光发生器包括激励系统、激光物质、光学振腔三部分；上述激励系统是光、电、化学能的装置，激励系统提供能量，使激光物质里的大多数电子吸收能量跳到原子的外层轨道上去，为之后放出激光创造条件；上述激光物质是能够产生激光的物质。包括红宝石、氖气、氮气、半导体等；上述光学振腔能够加强输出激光的亮度，调节和选定光的波长和方向。

本具体实施方式中，上述台座1横置在架子上，上述悬挂架3连接于上述台座1，当然也有其他连接方式，本具体实施方式只是举一例。

图中的一工位和二工位分别代表了上述待处理器件接受表面抛磨和激光刻蚀时，上述器件固定装置2所处的位置；由于上述器件固定装置2不会同时出现在一工位和二工位，因此图中二工位处的器件固定装置2用徐贤表示。

本发明所提供的微型表面结构加工的设备，包括表面抛磨装置5、激光刻蚀装置6、器件固定装置2悬挂架3及台座1；上述表面抛磨装置5及上述激光刻蚀装置6依次设置在上述悬挂架3上；上述台座1支撑上述悬挂架3；上述表面抛磨装置5包括抛磨头，上述抛磨头用于对待处理器件进行表面抛磨；上述抛磨头通过第一驱动机构控制升降；上述激光刻蚀装置6包括激光头，上述激光头用于对上述待处理器件进行激光刻蚀；上述激光头通过第二驱动机构控制升降；上述器件固定装置2用于固定上述待处理器件。本发明通过将表面抛磨装置5与激光刻蚀装置6集成在同一台设备上，实现对工件表面完整性保证的同时，又可在工件表面形成微型结构。本发明提供的设备在工作时，先通过表面抛磨装置5对待处理器件进行表面抛磨，使待处理器件获得所需的表面完整性，再对待处理器件进行激光刻蚀，激光刻蚀对工件加工的速度快、变形小、热影响区小、没有机械应力且不损伤材料表面，是在待处理器件表面获得微型结构的优选手段，经过本发明提供的技术手段处理的器件，即可在具有上述的表面完整性的同时，得到表面微结构，实现待处理器件的表面形貌可控。

在具体实施方式一的基础上，进一步限定表面抛磨的方式，得到具体实施方式二，其砂带磨头的结构示意图如图3所示，包括表面抛磨装置5、激光刻蚀装置6、器件固定装置2悬挂架3及台座1；

上述表面抛磨装置5及上述激光刻蚀装置6依次设置在上述悬挂架3上；上述台座1支撑上述悬挂架3；

上述表面抛磨装置5包括抛磨头，上述抛磨头用于对待处理器件进行表面抛磨；上述抛磨头通过第一驱动机构控制升降；

上述激光刻蚀装置6包括激光头，上述激光头用于对上述待处理器件进行激光刻蚀；上述激光头通过第二驱动机构控制升降；

上述器件固定装置2用于固定上述待处理器件；

上述器件固定装置2底部装有滑动装置4，上述滑动装置4可使上述器件固定装置2平稳地在水平方向上移动；

上述滑动装置4为滑轮及滑轨；上述滑轮可固定在上述滑轨上沿滑轨方向移动；

上述表面抛磨装置5为砂带磨削装置。

本具体实施方式与上述具体实施方式的不同之处在于，本具体实施方式将表面抛磨技术限定为砂带磨削技术，其余结构均与上述具体实施方式相同，在此不再展开赘述。

由于本具体实施方式使用的表面抛磨装置5为砂带磨削装置，因此本具体实施方式中的抛磨头也可以称为砂带磨头。

更进一步地，上述砂带磨削技术所用的砂带包括金刚石砂带、聚酯薄膜研磨砂带及金字塔形砂带，可根据实际应用中对上述待处理器件不同的表面完整性要求选择不同的砂带。

上述砂带磨削技术可通过改变磨削线速度、上述待处理器件进给运动速度、磨削深度等参数对上述待处理器件进行磨削。本具体实施方式中将表面抛磨的方式限定为砂带磨削，砂带磨削能够有效的去除工件表面的粗糙不平的结构，并且磨削效率高、能耗低、磨削表面不易烧伤，表面冷硬程度和残余应力相较其他磨削方式也更小，能得到表面完整性更好的成品器件。

本发明还提供了一种微型表面结构加工的方法，其一种具体实施方式的流程示意图如图4所示，包括：

步骤S101：提供待处理器件。

步骤S102：对上述待处理器件进行表面抛磨。

更进一步地，上述表面抛磨为多角度表面抛磨；

请参考图5，图5为上述待处理器件在表面多角度抛磨过程中及多角度抛磨后的待处理器件的表面示意图；其中α表示后续抛磨方向与初始抛磨方向的夹角，图5所示的为经过多角度抛磨，并抛光最终得到的光滑表面的待处理器件，当然也可以根据实际需要进行特定的多角度抛磨，如只进行初始抛磨和α角为30度的抛磨；

采用多角度抛磨，能获得表面完整性更复杂的上述待处理器件，扩大了本发明的适用场合。

更进一步地，上述对上述待处理器件进行表面抛磨包括：

对上述待处理器件进行表面的粗磨；

对经过粗磨的待处理器件进行表面的精磨；

对经过精磨的待处理器件进行表面的抛光。

步骤S103：对经过表面抛磨的待处理器件进行激光刻蚀，得到具有预设图案的成品器件。

本发明所提供的微型表面结构加工的方法，包括提供待处理器件。对上述待处理器件进行表面抛磨。对经过表面抛磨的待处理器件进行激光刻蚀，得到具有预设图案的成品器件。本发明通过将表面抛磨装置5与激光刻蚀装置6集成在同一台设备上，实现对工件表面完整性保证的同时，又可在工件表面形成微型结构。本发明提供的方法，先通过表面抛磨装置5对待处理器件进行表面抛磨，使待处理器件获得所需的表面完整性，再对待处理器件进行激光刻蚀，激光刻蚀对工件加工的速度快、变形小、热影响区小、没有机械应力且不损伤材料表面，是在待处理器件表面获得微型结构的优选手段，经过本发明提供的技术手段处理的器件，即可在具有上述的表面完整性的同时，得到表面微结构。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的微型表面结构加工的设备及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种微型表面结构加工的设备，其特征在于，所述微型表面结构加工的设备包括表面抛磨装置、激光刻蚀装置、器件固定装置悬挂架及台座；

所述表面抛磨装置及所述激光刻蚀装置依次设置在所述悬挂架上；所述台座支撑所述悬挂架；

所述表面抛磨装置包括抛磨头，所述抛磨头用于对待处理器件进行表面抛磨；所述抛磨头通过第一驱动机构控制升降；

所述激光刻蚀装置包括激光头，所述激光头用于对所述待处理器件进行激光刻蚀；所述激光头通过第二驱动机构控制升降；

所述器件固定装置用于固定所述待处理器件。

2.如权利要求1所述的微型表面结构加工的设备，其特征在于，所述器件固定装置底部装有滑动装置，所述滑动装置可使所述器件固定装置平稳地在水平方向上移动。

3.如权利要求2所述的微型表面结构加工的设备，其特征在于，所述滑动装置包括定位装置，所述定位装置可将所述器件固定装置固定在相对于所述表面抛磨装置和/或激光刻蚀装置的预设位置。

4.如权利要求3所述的微型表面结构加工的设备，其特征在于，所述滑动装置为滑轮及滑轨；所述滑轮可固定在所述滑轨上沿滑轨方向移动。

5.如权利要求1所述的微型表面结构加工的设备，其特征在于，所述第一驱动机构及第二驱动机构为气动泵。

6.如权利要求1所述的微型表面结构加工的设备，其特征在于，所述表面抛磨装置为砂带磨削装置。

7.一种微型表面结构的加工方法，其特征在于，包括：

提供待处理器件；

对所述待处理器件进行表面抛磨；

对经过表面抛磨的待处理器件进行激光刻蚀，得到具有预设图案的成品器件。

8.如权利要求7所述的微型表面结构的加工方法，其特征在于，所述表面抛磨为多角度表面抛磨。

9.如权利要求8所述的微型表面结构的加工方法，其特征在于，所述表面抛磨为砂带磨削。

10.如权利要求9所述的微型表面结构的加工方法，其特征在于，所述对所述待处理器件进行表面抛磨包括：

对所述待处理器件进行表面的粗磨；

对经过粗磨的待处理器件进行表面的精磨；

对经过精磨的待处理器件进行表面的抛光。