CN109968206A - 一种掩膜板辅助射流加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种掩膜板辅助射流加工方法，涉及机械加工方法领域；具体步骤如下：（a）将掩膜板夹具安装到机床工作台上；（b）将工件放在掩膜板夹具中；（c）将掩膜板放在工件上方；（d）利用掩膜板夹具将掩膜板紧贴在工件上；（e）开启射流系统，射流流体从射流系统的喷嘴射到掩膜板上进行射流加工；（f）加工完毕后，操作掩膜板夹具将掩膜板从工件上取下来，然后取走加工好的工件；本发明成本低。
Description
技术领域
本发明属于机械加工方法领域，特别涉及一种掩膜板辅助射流加工方法。
背景技术
为提升光学系统性能或实现特殊的功能要求，光学元件被设计加工成阶梯深度表面、锥形表面、阵列结构表面，或在光学元件表面加工出微小沟槽等。随着产业发展，人们对光学系统的功能要求越来越多，系统的精度要求也越来越高。如此大规模、高精度复杂表面光学元件的需求，对超精密光学元件的加工提出了非常大的挑战，也为开发新的超精密抛光加工装备和加工工艺提供了机遇。现有技术往往采用离子术抛光，设备成本和加工辅助成本非常高。
中国专利授权公告号CN104907894B，授权公开日20171124，公开了离子束抛光方法，该发明应用的离子束抛光设备包括：工件台、离子束发生器和运动控制系统。其中，工件放置于工件台上，离子束发生器发出形状和大小实时可控的离子束束斑(2)；运动控制系统驱动工件台和/或离子束发生器运动，离子束束斑(2)在工件表面移动，实现对工件的抛光；该发明虽然可控性好，精度高，但是采用的离子束发生器市面上价格高昂，导致加工成本非常大。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术加工成本高的缺点，提出一种辅助掩膜板对工件进行射流加工，成本低的掩膜板辅助射流加工方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种掩膜板辅助射流加工方法，具体步骤如下：（a）将掩膜板夹具安装到机床工作台上；（b）将工件放在掩膜板夹具中；（c）将掩膜板放在工件上方；（d）利用掩膜板夹具将掩膜板紧贴在工件上；（e）开启射流系统，射流流体从射流系统的喷嘴射到掩膜板上进行射流加工；（f）加工完毕后，操作掩膜板夹具将掩膜板从工件上取下来，然后取走加工好的工件。掩膜板在化学蚀刻、半导体加工等生产过程中得到广泛应用。其原理是用选定的图像、图形或物体，对待处理的工件进行遮挡，从而控制图像处理的区域或处理过程，掩膜板可以是金属材料的，也可以是多分子材料的。射流系统运用流体增压的原理，将射流流体加压，高压的射流流体从喷嘴射出来，射到掩膜板上，掩膜板下的工件在高压的射流流体冲击下被抛光。另外，通过选择不同大小的喷嘴，可以获得直径毫米级大小的去除效果，因而适用于较小尺度复杂形貌特征的加工。射流加工技术与离子束抛光技术原理相似，但是由于其采用射流流体取代离子束进行材料的去除加工。相比其它确定性抛光加工方式，搭建射流系统所需的配置相比简单，辅助装置需求少，因而整套装备实现成本较低。
作为优选，步骤（a）中的掩膜板夹具包括底座，所述底座固接到机床工作台上，所述工件摆放在底座上，所述底座上设有若干导向柱，所述导向柱底端固接在底座上，所述导向柱顶端均套设有导向套，所述导向套与导向柱滑动连接，所述导向柱从其一端到另一端设有第一通孔，所述底座上设有抽气孔及第一气道，所述抽气孔通过第一气道与第一通孔连接，所述导向套包括第二通孔，所述导向柱顶端从第二通孔底端插入，所述掩膜板搁在导向套顶端从而使得第二通孔顶端成为封闭端，所述掩膜板位于工件上方，所述抽气孔与一个真空泵连接，当真空泵工作时，第一通孔与第二通孔内的气压减小，在大气压的作用下，掩膜板贴紧在导向套顶端，导向套在导向柱上向底座方向滑动，最终掩膜板贴紧在工件上。底座固定在机床工作台上，工件摆放在底座上，底座上固接有若干导向柱，导向套套设在导向柱上并且可以上下滑动，抽气孔连接真空泵，将工件放在底座上，将掩膜板放在导向套上，开启真空泵，第一通孔、第二通孔、第一气道内的气压减小，由于掩膜板放在导向套上，此时在大气压作用下，掩膜板被吸附在导向套上，同时导向套沿着导向柱向下滑动，掩膜板同步向下运动，最终掩膜板贴紧在工件上，利用该掩膜板夹具将掩膜板贴紧在工件上后，掩膜板靠近喷嘴的一侧没有掩膜板夹具的结构露出来，掩膜板靠近喷嘴的一侧的射流面为一个平面，射流场不受到干扰，射流精度好。
作为优选，底座在靠近工件的一侧设有吸附孔，所述底座内设有第二气道，所述抽气孔通过第二气道与吸附孔连接，工件放在吸附孔上，当真空泵工作时，吸附孔内的气压减小，在大气压的作用下，工件被吸附在底座上。真空泵工作，第二气道与吸附孔压力减小，在大气压作用下，工件被吸附在吸附孔上，增加工件在底座上的稳定性。
作为优选，吸附孔附近设有增稳槽，所述增稳槽与吸附孔之间设有气槽，所述增稳槽通过气槽与吸附孔连接。当真空泵工作的时候，增稳槽的气压也会减小，增加工件的吸附面，进一步增加了工件在底座上的稳定性。
作为优选，步骤（e）中的射流系统还包括隔膜泵及搅拌器，所述搅拌器内设有射流流体，所述搅拌器与隔膜泵连接，所述隔膜泵与喷嘴连接。搅拌器搅拌射流流体，使得射流流体呈悬浮状态，隔膜泵为射流流体加压，加压后的射流流体从喷嘴喷出。
作为优选，步骤（e）中的喷嘴上方设有Z向推动装置，所述喷嘴一侧设有X向推动装置，所述机床工作台与一个Y向推动装置连接，所述射流系统还包括控制卡，所述X向推动装置、Y向推动装置及Z向推动装置均与控制卡电连接。Z向推动装置可以控制喷嘴上下移动，X向推动装置可以控制喷嘴X向移动，Y向推动装置可以控制机床工作台Y向移动，从而可以使得喷头可以在工件上各个位置进行加工，根据掩膜板和加工路径，编写加工程序；通过控制卡控制喷头与机床工作台的移动，实现自动加工。
作为优选，射流系统还包括安全阀，所述隔膜泵通过安全阀与喷嘴连接。当隔膜泵到喷嘴的管子堵塞的时候，利用安全阀可以泄压，保证安全。
作为优选，步骤（e）中的射流流体为混有硬质颗粒的抛光液。硬质颗粒可以增加冲击力，增加抛光效果。
本发明的有益效果是：（1）本发明搭建射流系统所需的配置相比简单，辅助装置需求少，因而整套装备实现成本较低；（2）利用掩膜板夹具将掩膜板贴紧在工件上后，掩膜板靠近喷嘴的一侧没有掩膜板夹具的结构露出来，掩膜板靠近喷嘴的一侧的射流面为一个平面，射流场不受到干扰，射流精度好；（3）编写加工程序；通过控制卡控制喷头与机床工作台的移动，实现自动加工。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为掩膜板夹具的结构示意图；
图3为掩膜板夹具放上工件和掩膜板之后的结构示意图；
图4为图3的俯视图；
图5为图4的A-A剖视图；
图6为图4的B-B剖视图。
图中：掩膜板夹具1、机床工作台2、工件3、喷嘴4、底座5、导向套6、第一通孔7、抽气孔8、第一气道9、第二通孔10、吸附孔11、第二气道12、增稳槽13、气槽14、隔膜泵15、搅拌器16、Z向推动装置18、X向推动装置20、Y向推动装置21、控制卡22、安全阀23、掩膜板24、导向柱25。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细阐述：
图1至图6展示了一种掩膜板辅助射流加工方法，具体步骤如下：（a）掩膜板夹具1包括底座5，所述底座5固接到机床工作台2上，所述底座5上设有若干导向柱25，所述导向柱25底端固接在底座5上，所述导向柱25顶端均套设有导向套6，所述导向套6与导向柱25滑动连接，所述导向柱25从其一端到另一端设有第一通孔7，所述底座5上设有抽气孔8及第一气道9，所述抽气孔8通过第一气道9与第一通孔7连接，所述导向套6包括第二通孔10，所述导向柱25顶端从第二通孔10底端插入，所述掩膜板24搁在导向套6顶端从而使得第二通孔10顶端成为封闭端，所述掩膜板24位于工件3上方，所述抽气孔8与一个真空泵连接；底座5在靠近工件3的一侧设有吸附孔11，所述底座5内设有第二气道12，所述抽气孔8通过第二气道12与吸附孔11连接，吸附孔11附近设有增稳槽13，所述增稳槽13与吸附孔11之间设有气槽14，所述增稳槽13通过气槽14与吸附孔11连接；首先将掩膜板夹具1安装到机床工作台2上；（b）将工件3放在底座5的吸附孔11上；（c）将掩膜板24放在导向套6上面，工件3上方；（d）打开真空泵，在大气压的作用下，掩膜板被吸附在导向套顶端，同时，导向套沿着导向柱向下滑动，最终掩膜板贴紧在工件上；（e）射流系统包括隔膜泵15、安全阀23及搅拌器16，所述搅拌器16内设有射流流体，射流流体采用混有硬质颗粒的抛光液；所述搅拌器16与隔膜泵15连接，所述隔膜泵15通过安全阀23与喷嘴4连接；喷嘴4上方设有Z向推动装置18，所述喷嘴4一侧设有X向推动装置20，所述机床工作台2与一个Y向推动装置21连接，所述射流系统还包括控制卡22，所述X向推动装置20、Y向推动装置21及Z向推动装置18均与控制卡22电连接；根据掩膜板和加工路径，编写加工程序；开启射流系统，射流流体从射流系统的喷嘴4射到掩膜板24上，控制卡22控制喷头4与机床工作台2的移动，进行自动射流加工；（f）加工完毕后，关闭真空泵，掩膜板从导向套顶端松开，将掩膜板24从工件3上面取下来，然后取走加工好的工件3。
掩膜板是用选定的图像、图形或物体，对待处理的工件进行遮挡，从而控制图像处理的区域或处理过程，掩膜板可以是金属材料的，也可以是多分子材料的。射流系统运用流体增压的原理，将射流流体加压，高压的射流流体从喷嘴射出来，射到掩膜板上，掩膜板下的工件在高压的射流流体冲击下被抛光。另外，通过选择不同大小的喷嘴，可以获得直径毫米级大小的去除效果，因而适用于较小尺度复杂形貌特征的加工。射流加工技术与离子束抛光技术原理相似，但是由于其采用射流流体取代离子束进行材料的去除加工。相比其它确定性抛光加工方式，搭建射流系统所需的配置相比简单，辅助装置需求少，因而整套装备实现成本较低。本发明中，掩膜板靠近喷嘴的一侧的射流面为一个平面，射流场不受到干扰，射流精度好。在大气压作用下，工件被吸附在吸附孔及增稳槽上，增加工件在底座上的稳定性。当隔膜泵到喷嘴的管子堵塞的时候，利用安全阀可以泄压，保证安全。硬质颗粒可以增加冲击力，增加抛光效果。
Claims (8)
1.一种掩膜板辅助射流加工方法，其特征在于，具体步骤如下：（a）将掩膜板夹具（1）安装到机床工作台（2）上；（b）将工件（3）放在掩膜板夹具（1）中；（c）将掩膜板（24）放在工件（3）上方；（d）利用掩膜板夹具（1）将掩膜板（24）紧贴在工件（3）上；（e）开启射流系统，射流流体从射流系统的喷嘴（4）射到掩膜板（24）上进行射流加工；（f）加工完毕后，操作掩膜板夹具（1）将掩膜板（24）从工件（3）上取下来，然后取走加工好的工件（3）。
2.根据权利要求1所述的一种掩膜板辅助射流加工方法，其特征在于，步骤（a）中的掩膜板夹具（1）包括底座（5），所述底座（5）固接到机床工作台（2）上，所述工件（3）摆放在底座（5）上，所述底座（5）上设有若干导向柱（25），所述导向柱（25）底端固接在底座（5）上，所述导向柱（25）顶端均套设有导向套（6），所述导向套（6）与导向柱（25）滑动连接，所述导向柱（25）从其一端到另一端设有第一通孔（7），所述底座（5）上设有抽气孔（8）及第一气道（9），所述抽气孔（8）通过第一气道（9）与第一通孔（7）连接，所述导向套（6）包括第二通孔（10），所述导向柱（25）顶端从第二通孔（10）底端插入，所述掩膜板（24）搁在导向套（6）顶端从而使得第二通孔（10）顶端成为封闭端，所述掩膜板（24）位于工件（3）上方，所述抽气孔（8）与一个真空泵连接，当真空泵工作时，第一通孔（7）与第二通孔（10）内的气压减小，在大气压的作用下，掩膜板（24）贴紧在导向套（6）顶端，导向套（6）在导向柱（25）上向底座（5）方向滑动，最终掩膜板（24）贴紧在工件（3）上。
3.根据权利要求2所述的一种掩膜板辅助射流加工方法，其特征在于，所述底座（5）在靠近工件（3）的一侧设有吸附孔（11），所述底座（5）内设有第二气道（12），所述抽气孔（8）通过第二气道（12）与吸附孔（11）连接，工件（3）放在吸附孔（11）上，当真空泵工作时，吸附孔（11）内的气压减小，在大气压的作用下，工件（3）被吸附在底座（5）上。
4.根据权利要求3所述的一种掩膜板辅助射-流加工方法，其特征在于，所述吸附孔（11）附近设有增稳槽（13），所述增稳槽（13）与吸附孔（11）之间设有气槽（14），所述增稳槽（13）通过气槽（14）与吸附孔（11）连接。
5.根据权利要求1所述的一种掩膜板辅助射流加工方法，其特征在于，步骤（e）中的射流系统还包括隔膜泵（15）及搅拌器（16），所述搅拌器（16）内设有射流流体，所述搅拌器（16）与隔膜泵（15）连接，所述隔膜泵（15）与喷嘴（4）连接。
6.根据权利要求1所述的一种掩膜板辅助射流加工方法，其特征在于，步骤（e）中的喷嘴（4）上方设有Z向推动装置（18），所述喷嘴（4）一侧设有X向推动装置（20），所述机床工作台（2）与一个Y向推动装置（21）连接，所述射流系统还包括控制卡（22），所述X向推动装置（20）、Y向推动装置（21）及Z向推动装置（18）均与控制卡（22）电连接。
7.根据权利要求5所述的一种掩膜板辅助射流加工方法，其特征在于，所述射流系统还包括安全阀（23），所述隔膜泵（15）通过安全阀（23）与喷嘴（4）连接。
8.根据权利要求1所述的一种掩膜板辅助射流加工方法，其特征在于，步骤（e）中的射流流体为混有硬质颗粒的抛光液。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20200529 |
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