JP2015526307A - Cutting method for fine machining using fine particle knife - Google Patents

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    • B24C1/045Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for treating only selected parts of a surface, e.g. for carving stone or glass for cutting

Abstract

本発明は微粒子ナイフを用いて微細加工を行う切削方法に関し、1.ワークピースを作業台に固定するステップと、2.微粒子ナイフをワークピースに置くステップと、3.ワークピースにマッチングする必要な数値になるように液圧装置を調節するステップと、4.視覚拡大システムをオンにするステップと、5.噴射口が微粒子ナイフに向けるまでマイクロジェットノズルを移動させるステップと、6.バルブを開くと、微粒子ナイフが環状流内に位置し、且つ環状流により捕集されるステップと、7.ワークピースの加工位置にまで微粒子ナイフを移動し、且つ切削待ちの部位を探すステップと、8.作業台と微粒子ナイフとの相対的な直線移動を制御することにより、ワークピースと微粒子ナイフとの間で設計要求の軌道に従って運動するようにするステップを含む、ことを特徴とする。本発明の利点は、切削方法が簡単であると同時に、操作および実施が容易で、マイクロビームが切削過程で発生したエネルギーを適時に持ち去ることにより、マイクロ切削変形域の寸法効果、不均質ひずみ、およびせん断変形等の影響を低下させ、マイクロ切削の品質と作業効率を保証する。The present invention relates to a cutting method for performing fine processing using a fine particle knife. 1. fixing the workpiece to the workbench; 2. placing a particulate knife on the workpiece; 3. adjusting the hydraulic device to the required value to match the workpiece; 4. turning on the visual magnification system; 5. moving the microjet nozzle until the spray port is directed to the fine particle knife; 6. Opening the valve causes the particulate knife to be located in the annular flow and collected by the annular flow; 7. moving the fine particle knife to the workpiece processing position and searching for a part waiting for cutting; Controlling the relative linear movement of the workbench and the particulate knife to move between the workpiece and the particulate knife according to the design demand trajectory. The advantages of the present invention are that the cutting method is simple and at the same time easy to operate and implement, and the microbeam takes away the energy generated in the cutting process in a timely manner, so that the size effect of the micro cutting deformation area, heterogeneous strain, In addition, it reduces the effects of shear deformation, etc., and guarantees the quality and work efficiency of micro cutting.

Description

本発明は微粒子ナイフを用いて微細加工を行う切削方法に関する。   The present invention relates to a cutting method for performing fine processing using a fine particle knife.

工程技術の発展に従い、各業界のマイクロ部品(特徴サイズがマイクロメートルレベルからミリメートルレベルまでの)に対する需要は日増しに差し迫ってきている。その構造形状の特異化、部品材料の多様化、サイズ及び表面品質の高精度化はマイクロ部品、マイクロ装置及びその加工設備の顕著な特徴となっており、その使用機能、材料特性、構造形状、信頼性等の面に対する要求は益々高くなっている。マイクロ部品の製造技術は、先進製造技術を発展させる重要な方向として、また多領域が交差する科学技術研究の最前線として大いに注目を集めている。   With the development of process technology, the demand for micro parts (feature size from micrometer level to millimeter level) in each industry is increasing day by day. Specificity of the structural shape, diversification of component materials, high precision of size and surface quality are prominent features of microcomponents, microdevices and their processing equipment. The demands on reliability and other aspects are increasing. Micropart manufacturing technology has attracted much attention as an important direction for developing advanced manufacturing technology and as the forefront of scientific and technological research that crosses multiple fields.

目下、マイクロ部品の製造工程は主に材料除去製造工程、付加製造工程、変形製造工程といった三種類に分けられる。材料除去製造工程はレーザー、放電、超音波、高エネルギービーム等を手段とする特殊製造工程と各種のマイクロ切削機械により完成するマイクロ切削加工工程を含む。付加製造工程は各種の堆積製造工程、迅速成形及びマイクロ組立製造工程等を含む。変形製造工程はマイクロ押出、射出成形、スライドパンチ及びマイクロコイル製造工程等を含む。これらの製造工程において、マイクロ切削加工工程は効率が高く、加工材料の適応性が強い等の特徴を有していることから、代替不可能な優位性を持つ。   Currently, the manufacturing process of micro parts is mainly divided into three types: material removal manufacturing process, addition manufacturing process, and deformation manufacturing process. The material removal manufacturing process includes a special manufacturing process using laser, electric discharge, ultrasonic wave, high energy beam and the like and a micro cutting process completed by various micro cutting machines. The additional manufacturing process includes various deposition manufacturing processes, rapid molding, micro assembly manufacturing processes, and the like. The deformation manufacturing process includes a micro extrusion, injection molding, a slide punch, a micro coil manufacturing process, and the like. Among these manufacturing processes, the micro-cutting process has advantages such as high efficiency and strong adaptability of the processing material.

通常のマイクロ切削加工工程は主にマイクロターニング加工工程とマイクロミーリング加工工程等を有しているが、これらの切削工程は切削カッターのサイズと幾何形状の制限を受けるため、マイクロ切削加工を行う時に様々な困難が存在しており、ナノメートルレベルに対する加工は更に実現しにくい。   The normal micro cutting process mainly has a micro turning process and a micro milling process, but these cutting processes are limited by the size and geometry of the cutting cutter. Various difficulties exist, and it is even more difficult to achieve processing at the nanometer level.

本発明が解決しようとする技術問題は上述した従来技術の現状を鑑み、工程が簡単で実現し易い微粒子ナイフを用いて微細加工を行う切削方法を提供することにある。   The technical problem to be solved by the present invention is to provide a cutting method for performing microfabrication using a fine particle knife that is simple and easy to realize in view of the current state of the prior art described above.

上述した技術問題を解消するため、本発明が採用した技術案は以下の通りである。   In order to solve the technical problems described above, the technical solutions adopted by the present invention are as follows.

微粒子ナイフを用いて微細加工を行う切削方法であって、当該切削方法で使用される微粒子ナイフはナイフ本体とナイフヘッドとを備える。前記ナイフヘッドは、凸状の尖形状に設計され、外側に突出するようにナイフ本体の外表面に設けられ、前記ナイフヘッドの幾何サイズは10nm〜1mmである。前記ナイフ本体内には、さらに前記ナイフヘッダを終始下向きに偏向させるカウンタウェイトブロックが設けられる。かつ、前記微粒子ナイフの外径は一つの環状流の内径に対応し、前記環状流は底部に噴射口を備えたマイクロジェットノズルにより形成され、当該マイクロジェットノズルは噴射液体を供給する液圧装置の出液管路に連通している噴射室を有し、さらに、切削方法に必要な視覚拡大システムが配置されている。前記切削方法は、具体的に下記のステップ、即ち、
1.先ず、ワークピースを前記マイクロジェットノズルの下方に位置する作業台に固定するステップ、
2.前記微粒子ナイフを前記ワークピースに置くステップ、
3.前記環状流の圧力、スピード、流量及び前記マイクロジェットノズルから加工面までの距離がそれぞれワークピースに対応する必要な数値になるように前記液圧装置を調節するステップ、
4.次いで、前記視覚拡大システムをオンにするステップ、
5.前記視覚拡大システムのガイドの下で、前記マイクロジェットノズルの噴射口が前記微粒子ナイフに照準が合うまで前記マイクロジェットノズルを移動させるステップ、
6.前記液圧装置のバルブを開き、前記マイクロジェットノズルから環状流を噴出し、前記微粒子ナイフが前記環状流内に位置し、且つ当該環状流により捕集されるステップと、
7.前記マイクロジェットノズルを移動することにより、ワークピースの加工位置にまで前記微粒子ナイフを移動させ、且つ切削待ちの部位を探すステップ、
および、
8.前記作業台と微粒子ナイフとの間の相対的な直線移動を制御することにより、ワークピースと微粒子ナイフとの間で設計要求の軌道に従って運動するようにし、予定形状の加工を完成するまでナイフヘッドが下向きの前記微粒子ナイフがワークピースを切削するステップ、
を含むことを特徴とする。
A cutting method for performing fine processing using a fine particle knife, and the fine particle knife used in the cutting method includes a knife body and a knife head. The knife head is designed to have a convex point shape and is provided on the outer surface of the knife body so as to protrude outward, and the geometric size of the knife head is 10 nm to 1 mm. A counterweight block for deflecting the knife header downward is provided in the knife body. And the outer diameter of the fine particle knife corresponds to the inner diameter of one annular flow, the annular flow is formed by a micro jet nozzle having an injection port at the bottom, and the micro jet nozzle supplies a jet liquid. And a visual enlargement system required for the cutting method is disposed. Specifically, the cutting method includes the following steps:
1. First, fixing the workpiece to a workbench located below the micro jet nozzle,
2. Placing the particulate knife on the workpiece;
3. Adjusting the hydraulic device so that the pressure, speed, flow rate of the annular flow and the distance from the microjet nozzle to the machining surface are respectively the required numerical values corresponding to the workpiece;
4). Then turning on the visual magnification system;
5. Moving the microjet nozzle under the guide of the visual magnification system until the nozzle of the microjet nozzle is aimed at the particulate knife;
6). Opening a valve of the hydraulic device, ejecting an annular flow from the microjet nozzle, the fine particle knife being located in the annular flow, and being collected by the annular flow;
7). Moving the micro-jet nozzle to move the fine particle knife to a workpiece processing position and searching for a part waiting for cutting;
and,
8). By controlling the relative linear movement between the workbench and the fine particle knife, the workpiece and the fine particle knife are moved according to the trajectory of the design requirement, and the knife head is completed until the predetermined shape is processed. Cutting the workpiece by the particulate knife having a downward direction;
It is characterized by including.

好ましくは、前記第8ステップにおいて、前記作業台は必要に応じて直線移動を行い、前記マイクロジェットノズルと捕集された微粒子ナイフは固定して動かない。   Preferably, in the eighth step, the work table moves linearly as necessary, and the microjet nozzle and the collected particulate knife are fixed and do not move.

さらに好ましくは、前記第8ステップにおいて、前記作業台は固定して動かず、前記マイクロジェットノズルと捕集された微粒子ナイフは必要に応じて直線移動を行う。   More preferably, in the eighth step, the work table is fixed and does not move, and the microjet nozzle and the collected fine particle knife perform linear movement as necessary.

さらに好ましくは、前記第8ステップにおいて、前記作業台とマイクロジェットノズルは同時に必要に応じて相反方向に沿って直線移動を行う。   More preferably, in the eighth step, the work table and the microjet nozzle simultaneously perform linear movement along the reciprocal direction as necessary.

安定的な環状流を形成すると同時に、加工と組立を容易にするため、好ましくは、前記マイクロジェットノズルはノズルベースとスプレーヘッドとを含み、前記ノズルベースには軸方向に沿って貫通する貫通孔が設けられ、前記スプレーヘッドは前記ノズルベースの底部に連結され、前記スプレーヘッドには前記貫通孔に対応する位置で周方向に沿ってリング状に分布された複数の噴射小孔が設けられ、当該複数の噴射小孔が前記噴射口を形成する。   Preferably, the microjet nozzle includes a nozzle base and a spray head to form a stable annular flow while facilitating processing and assembly, and the nozzle base has a through-hole penetrating along the axial direction. The spray head is connected to the bottom of the nozzle base, the spray head is provided with a plurality of injection small holes distributed in a ring shape along the circumferential direction at a position corresponding to the through hole, The plurality of injection small holes form the injection port.

好ましくは、前記切削方法は下記のステップを採用して実現してもよい。   Preferably, the cutting method may be realized by employing the following steps.

当該切削方法で使用される微粒子ナイフはナイフ本体とナイフヘッドを備える。前記ナイフヘッドは、凸状の尖形状に設計され、且つ、外側に突出するようにナイフ本体の外表面に設けられ、前記ナイフヘッドの幾何サイズは10nm〜1mmである。かつ、前記微粒子ナイフの外径は一つの環状流の内径に対応し、前記環状流は底部に噴射口を備えたマイクロジェットノズルにより形成され、当該マイクロジェットノズル内には噴射液体を供給する液圧装置の出液管路に連通している噴射室を有し、さらに、切削方法に必要な視覚拡大システムが配置されている。前記切削方法は具体的に下記のステップ、即ち、
1.先ず、ワークピースを前記マイクロジェットノズルの下方に位置する作業台に固定するステップ、
2.前記微粒子ナイフを前記ワークピースに置くステップ、
3.前記環状流の圧力、スピード、流量及び前記マイクロジェットノズルから加工面までの距離がそれぞれワークピースに対応する必要な数値になるように前記液圧装置を調節するステップ、
4.次いで、前記視覚拡大システムをオンにするステップ、
5.前記視覚拡大システムのガイドの下で、前記マイクロジェットノズルの噴射口が前記微粒子ナイフに照準が合うまで前記マイクロジェットノズルを移動させるステップ、
6.前記液圧装置のバルブを開き、前記マイクロジェットノズルから環状流を噴出し、前記微粒子ナイフが、前記環状流内に位置し、この際、微粒子ナイフの重心線と環状流の中心線が重なり合うことで当該環状流により捕集されるステップと、
7.前記マイクロジェットノズルを移動することにより、ワークピースの加工位置まで前記微粒子ナイフを移動させ、且つ切削待ちの部位を探すステップ、
8.続いて、前記微粒子ナイフの重心線を前記環状流の中心線から離れるように設置し、環状流の作用により、微粒子ナイフを回転させ、この際、前記微粒子ナイフとマイクロジェットノズルの間では下記の初期条件を満たしているステップ、

Figure 2015526307
上式において、kは作用係数で、rは前記微粒子ナイフの重心からマイクロジェットの当該微粒子ナイフにおける作用点までの間の距離で、ρはマイクロジェット液体の密度で、v0はマイクロジェットの前記マイクロジェットノズルの噴射口における速度で、gは重力加速度で、hは前記マイクロジェットノズルの底部からマイクロジェットと前記微粒子ナイフの接触点までの高さで、fは静摩擦係数で、mは前記微粒子ナイフの質量で、θはマイクロジェットの微粒子ナイフに対する垂直分力の作用点から円心までの連結線と微粒子ナイフの垂直方向外径の間の夾角である。
および、
9.予定形状の加工を完了するまで前記回転させられる微粒子ナイフがワークピースを切削するステップ、
を含む。 The fine particle knife used in the cutting method includes a knife body and a knife head. The knife head is designed to have a convex cusp shape and is provided on the outer surface of the knife body so as to protrude outward, and the geometric size of the knife head is 10 nm to 1 mm. In addition, the outer diameter of the fine particle knife corresponds to the inner diameter of one annular flow, and the annular flow is formed by a micro jet nozzle having an injection port at the bottom, and a liquid for supplying an injection liquid into the micro jet nozzle. It has an injection chamber that communicates with the liquid discharge line of the pressure device, and a visual magnification system necessary for the cutting method is arranged. Specifically, the cutting method includes the following steps:
1. First, fixing the workpiece to a workbench located below the micro jet nozzle,
2. Placing the particulate knife on the workpiece;
3. Adjusting the hydraulic device so that the pressure, speed, flow rate of the annular flow and the distance from the microjet nozzle to the machining surface are respectively the required numerical values corresponding to the workpiece;
4). Then turning on the visual magnification system;
5. Moving the microjet nozzle under the guide of the visual magnification system until the nozzle of the microjet nozzle is aimed at the particulate knife;
6). The valve of the hydraulic device is opened, an annular flow is ejected from the micro jet nozzle, and the fine particle knife is positioned in the annular flow, and at this time, the center line of the fine particle knife and the center line of the annular flow overlap. The step of being collected by the annular flow at
7). Moving the micro-jet nozzle to move the fine particle knife to a workpiece processing position and searching for a portion waiting for cutting;
8). Subsequently, the center line of gravity of the fine particle knife is set away from the center line of the annular flow, and the fine particle knife is rotated by the action of the annular flow. At this time, the following between the fine particle knife and the micro jet nozzle: Steps that meet the initial conditions,
Figure 2015526307
Where k is the coefficient of action, r is the distance from the center of gravity of the particle knife to the point of action of the microjet in the particle knife, ρ is the density of the microjet liquid, and v 0 is the microjet's density. The velocity at the injection port of the micro jet nozzle, g is the acceleration of gravity, h is the height from the bottom of the micro jet nozzle to the contact point between the micro jet and the fine particle knife, f is the coefficient of static friction, and m is the fine particle. The mass of the knife, θ is the depression angle between the connecting line from the point of action of the vertical component force on the microjet fine particle knife to the circle center and the vertical outer diameter of the fine particle knife.
and,
9. Cutting the workpiece with the rotated fine particle knife until the machining of the predetermined shape is completed;
including.

好ましくは、前記第8ステップにおいて、前記作業台は必要に応じて直線移動を行い、前記マイクロジェットノズルは固定して動かない。   Preferably, in the eighth step, the work table moves linearly as necessary, and the micro jet nozzle is fixed and does not move.

さらに好ましくは、前記第8ステップにおいて、前記作業台は固定して動かず、前記マイクロジェットノズルは必要に応じて直線移動を行う。   More preferably, in the eighth step, the work table is fixed and does not move, and the microjet nozzle performs linear movement as necessary.

さらに好ましくは、前記第8ステップにおいて、前記作業台とマイクロジェットノズルは同時に必要に応じて相反方向に沿って直線移動を行う。   More preferably, in the eighth step, the work table and the microjet nozzle simultaneously perform linear movement along the reciprocal direction as necessary.

好ましくは、前記マイクロジェットノズルはノズルベースとスプレーヘッドとを含み、前記ノズルベースには軸方向に沿って貫通する貫通孔が設けられ、前記スプレーヘッドは前記ノズルベースの底部に連結され、前記スプレーヘッドには前記貫通孔に対応する位置で周方向に沿ってリング状に分布された複数の噴射小孔が設けられ、当該複数の噴射小孔が前記噴射口を形成する。上述したマイクロジェットノズルの構造は安定的な環状流を形成できると同時に、加工と組立が容易である。   Preferably, the microjet nozzle includes a nozzle base and a spray head, and the nozzle base is provided with a through-hole penetrating along an axial direction, and the spray head is connected to a bottom portion of the nozzle base, and the spray base is provided. The head is provided with a plurality of injection small holes distributed in a ring shape along the circumferential direction at a position corresponding to the through hole, and the plurality of injection small holes form the injection port. The structure of the microjet nozzle described above can form a stable annular flow, and at the same time is easy to process and assemble.

既存の技術に比べ、本発明は以下の利点がある。微粒子ナイフ(刃先がナノメートルレベル又はミリメートルレベルに達する)を切削カッターとし、マイクロジェットとにより、微粒子ナイフを回転駆動し、又は、微粒子ナイフを固定して“挟む”ことで、ナノメートルレベルのマイクロ切削加工を実現する。このように、マイクロジェットにより、微粒子ナイフを回転駆動し又は微粒子ナイフを固定して“挟む”加工工程は、これまでの切削カッターのように微粒子ナイフを工作機械の主軸に取付け、主軸の回転により駆動させる必要がないことから、当該切削方法を採用する装置は、主軸が不要で全体構造がより簡単であると同時に、操作及び実施が容易である。また、当該切削工程過程で、マイクロビームが切削過程で発生したエネルギーを適時に持ち去ることにより、熱−構造カップリング作用により生成される不均一変形場を大幅に減少させ、マイクロ切削変形域の寸法効果、不均質ひずみ、および転位等のせん断変形応力とせん断変形等に対する影響を低下させ、マイクロ切削の品質と作業効率が保証される、一種の新型のマイクロ切削方法である。   Compared with existing technology, the present invention has the following advantages. A fine particle knife (the cutting edge reaches the nanometer level or millimeter level) is used as a cutting cutter, and the fine particle knife is rotationally driven by a micro jet, or the fine particle knife is fixed and “sandwiched” to make a micrometer of a nanometer level. Realize cutting. In this way, the micro-jet rotates the particle knife or fixes the particle knife and “pinches” the machining process by attaching the particle knife to the spindle of the machine tool and rotating the spindle as in the conventional cutting cutter. Since it is not necessary to drive, the apparatus which employ | adopts the said cutting method does not require a main axis | shaft and the whole structure is simpler, At the same time, operation and implementation are easy. In addition, in the cutting process, the microbeam takes away the energy generated in the cutting process in a timely manner, thereby greatly reducing the non-uniform deformation field generated by the thermo-structural coupling action and reducing the size of the micro cutting deformation area. This is a kind of new micro-cutting method that reduces the effect on shear deformation stress and shear deformation, such as effects, heterogeneous strain, and dislocation, and guarantees the quality and work efficiency of micro-cutting.

本発明の実施例に係る微粒子ナイフの構造図である。1 is a structural diagram of a fine particle knife according to an embodiment of the present invention. 図1に示す微粒子ナイフの立体断面図である。It is a three-dimensional sectional view of the fine particle knife shown in FIG. 図1に示す微粒子ナイフを採用した切削装置である。2 is a cutting device employing the fine particle knife shown in FIG. 1. 本発明の実施例に係る微粒子ナイフの応力解析図である。It is a stress-analysis figure of the fine particle knife which concerns on the Example of this invention. 本発明の実施例に係る微粒子ナイフのジェット作用下の有効作用面積計算図である。It is an effective action area calculation figure under the jet action of the fine particle knife concerning the example of the present invention. 本発明の実施例に係る切削装置のノズル断面図である。It is nozzle sectional drawing of the cutting device which concerns on the Example of this invention. 図6に示すノズルの底面図である。It is a bottom view of the nozzle shown in FIG.

以下、図面及び実施例と合わせて、本発明を更に詳しく説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings and examples.

本発明に係る実施例はマイクロ切削方法である。マイクロ切削は通常の切削とは異なり、マイクロ切削を行う際の切削の深さは通常、マイクロメートルレベルからナノメートルレベルまでである。一般材料の結晶粒子の大きさは数ナノメートルであるので、これはマイクロ切削が結晶粒子の内部で行われ、切削過程は一つ一つの結晶粒子を切削していることを意味している。これは必然的に単位面積の切削応力の急激な増大をもたらし、これにより、刃の単位面積あたりにかなり大きな熱量が発生し、刃先の温度が上昇し、高温、高応力の作業状態になってしまう。   An embodiment according to the present invention is a micro cutting method. Micro cutting is different from normal cutting, and the depth of cutting when performing micro cutting is usually from the micrometer level to the nanometer level. Since the size of the crystal grain of the general material is several nanometers, this means that micro cutting is performed inside the crystal grain, and the cutting process cuts each crystal grain. This inevitably results in a sharp increase in cutting stress per unit area, which generates a significant amount of heat per unit area of the blade, increasing the temperature of the cutting edge, resulting in high temperature, high stress working conditions. End up.

上述したマイクロ切削過程における問題を解決するため、本発明に係わる実施例では新たな切削方法を示している。先ず、図1、図2に示されているように、本実施例の切削方法では通常のカッターの代わりに微粒子ナイフを採用して切削を実現する。当該微粒子ナイフ1はナイフ本体11とナイフヘッド12を備え、ナイフヘッド12は凸状の尖形状に設計されている。ナイフ本体11の外表面には間隔を空けて分布された一つ又は複数のナイフヘッド12を設置することができる。ナイフ本体11の幾何サイズはミリメートルレベル又はマイクロメートルレベルである。ナイフヘッド12は外側に突出するようにナイフ本体11の外表面に設置され、ナイフヘッド12の幾何サイズは10nm〜1mm(マイクロメートルレベルまたはナノメートルレベル)である。そのうち、ナイフ本体11は規則的な立体幾何形状の構造、例えば球状(図1参照)又は楕円形等であってもよく、ナイフ本体11は非規則的な他の立体幾何形状、例えば、非規則的な結晶構造等であってもよい。   In order to solve the above-described problems in the micro-cutting process, a new cutting method is shown in the embodiment according to the present invention. First, as shown in FIGS. 1 and 2, in the cutting method of this embodiment, a fine particle knife is used instead of a normal cutter to realize cutting. The fine particle knife 1 includes a knife body 11 and a knife head 12, and the knife head 12 is designed to have a convex pointed shape. One or a plurality of knife heads 12 distributed at intervals can be installed on the outer surface of the knife body 11. The geometric size of the knife body 11 is a millimeter level or a micrometer level. The knife head 12 is installed on the outer surface of the knife body 11 so as to protrude outward, and the geometric size of the knife head 12 is 10 nm to 1 mm (micrometer level or nanometer level). Among them, the knife body 11 may have a regular solid geometric structure, for example, a spherical shape (see FIG. 1) or an ellipse, and the knife body 11 may have other irregular solid shapes, for example, irregular shapes. A typical crystal structure may be used.

図3、図6と図7に示されているように、本実施例の切削方法は下記のような切削装置により実現される。当該切削装置は切削作業台3、当該作業台3の上方に位置するマイクロジェットノズル4と、マイクロジェットノズル4に噴射液体を供給できる液圧装置を備える。マイクロジェットノズル4には噴射室が設けられ、噴射室の頂部には入液口が設置され、入液口は液出装置の出液管路に連結されている。噴射室の底部には噴射口が設置され、当該噴射口では環状流が形成され、微粒子ナイフ1の外径は当該環状流の内径に対応する。マイクロジェットノズル4はノズルベース41とスプレーヘッド42を含み、ノズルベース41には軸方向に沿って貫通する貫通孔411が設けられ、スプレーヘッド42はノズルベース41の底部に連結され、スプレーヘッド42には貫通孔に対応する位置で周方向に沿ってリング状に分布する複数の噴射小孔421が設けられる。切削装置にはさらに切削方法に必要な視覚拡大システム(図示せず)が配置される。当該視覚拡大システムは常用の技術で、既存技術における各種の装置を採用して実現することができるため、ここでは説明を省略する。   As shown in FIG. 3, FIG. 6, and FIG. 7, the cutting method of the present embodiment is realized by the following cutting apparatus. The cutting apparatus includes a cutting work table 3, a micro jet nozzle 4 located above the work table 3, and a hydraulic device capable of supplying a jet liquid to the micro jet nozzle 4. The micro jet nozzle 4 is provided with an injection chamber, and a liquid inlet is provided at the top of the injection chamber, and the liquid inlet is connected to the liquid outlet line of the liquid outlet. An injection port is installed at the bottom of the injection chamber, an annular flow is formed at the injection port, and the outer diameter of the fine particle knife 1 corresponds to the inner diameter of the annular flow. The micro jet nozzle 4 includes a nozzle base 41 and a spray head 42. The nozzle base 41 is provided with a through hole 411 penetrating along the axial direction. The spray head 42 is connected to the bottom of the nozzle base 41, and the spray head 42 Are provided with a plurality of small injection holes 421 distributed in a ring shape along the circumferential direction at positions corresponding to the through holes. The cutting device is further provided with a visual magnification system (not shown) necessary for the cutting method. The visual magnifying system is a commonly used technology and can be realized by employing various devices in the existing technology, and thus description thereof is omitted here.

本実施例における切削方法の操作過程において、カッター(微粒子ナイフ)の取り付けは下記の二種類の方式を採用して実現することができる。第一は、マイクロジェットにより微粒子ナイフを挟む方式でマイクロ切削を行う。第二は、マイクロジェットにより微粒子ナイフを回転駆動させる方式でマイクロ切削を行う。   In the operation process of the cutting method in the present embodiment, the attachment of the cutter (fine particle knife) can be realized by adopting the following two types of methods. First, micro cutting is performed by a method in which a fine particle knife is sandwiched between micro jets. Second, micro-cutting is performed by a method in which a fine particle knife is rotationally driven by a micro jet.

マイクロジェットにより微粒子ナイフを挟む方式でマイクロ切削を行う際、切削方法は具体的に下記のステップを含む。   When micro-cutting is performed by sandwiching a fine particle knife with a micro-jet, the cutting method specifically includes the following steps.

1.先ず、ワークピースをマイクロジェットノズル4の下方に位置する作業台3に固定するステップ。   1. First, the work piece is fixed to the work table 3 located below the micro jet nozzle 4.

2.微粒子ナイフ1をワークピースに置くステップ。   2. The step of placing the particulate knife 1 on the workpiece.

3.環状流の圧力、スピード、流量及びマイクロジェットノズル4から加工面までの距離(標的距離H)がそれぞれワークピースに対応する必要な数値になるように液圧装置を調節するステップ。   3. Adjusting the hydraulic device so that the pressure, speed, flow rate of the annular flow, and the distance from the microjet nozzle 4 to the processing surface (target distance H) are respectively the required values corresponding to the workpiece.

4.次いで、視覚拡大システムをオンにするステップ。   4). Then turning on the visual magnification system.

5.前記視覚拡大システムのガイドの下で、マイクロジェットノズル4の噴射口が微粒子ナイフ1に照準が合うまでマイクロジェットノズル4を移動させるステップ。   5. Moving the microjet nozzle 4 under the guide of the visual magnifying system until the nozzle of the microjet nozzle 4 is aimed at the fine particle knife 1;

6.液圧装置のバルブを開き、マイクロジェットノズル4から環状流を噴出し、微粒子ナイフ1が前記間環状流内に位置し、且つ、当該環状流により捕集されるステップ。   6). A step of opening a valve of the hydraulic device, ejecting an annular flow from the microjet nozzle 4, and the fine particle knife 1 is positioned in the annular flow and collected by the annular flow.

7.マイクロジェットノズル4を移動することにより、ワークピースの加工位置にまで微粒子ナイフ1を移動させ、且つ切削待ちの部位を探すステップ。   7). A step of moving the micro-jet nozzle 4 to move the fine particle knife 1 to the processing position of the workpiece and searching for a part waiting for cutting.

8.作業台3と微粒子ナイフ1の間の相対的な直線移動を制御することにより、ワークピースと微粒子ナイフ1との間で設計要求の軌道に従って運動するようにし、予定形状の加工が完成するまで、ナイフヘッドが下向きの上述の微粒子ナイフ1がワークピースを切削するステップ。   8). By controlling the relative linear movement between the work table 3 and the fine particle knife 1, the workpiece and the fine particle knife 1 are moved according to the trajectory of the design request until the planned shape is completed. The above-mentioned fine particle knife 1 with the knife head facing downward cuts the workpiece.

上述の第8ステップにおいて、作業台3と微粒子ナイフ1の間の相対的な直線移動は下記の二種類の方式により実現することができる。1つは、作業台3が必要に応じて直線移動し、マイクロジェットノズル4および捕集された微粒子ナイフは固定して動かない方式である。もう1つは、作業台3が固定して動かず、マイクロジェットノズル4および捕集された微粒子ナイフ1が必要に応じて直線移動を行う方式である。   In the above-described eighth step, the relative linear movement between the work table 3 and the fine particle knife 1 can be realized by the following two methods. One is a system in which the work table 3 moves linearly as necessary, and the microjet nozzle 4 and the collected fine particle knife are fixed and do not move. The other is a system in which the work table 3 is fixed and does not move, and the microjet nozzle 4 and the collected fine particle knife 1 move linearly as necessary.

マイクロジェットによる微粒子ナイフを“挟む”ことでマイクロ切削を行う第一種の方式を採用する際、微粒子ナイフ1のナイフ本体11内には更にカウンタウェイトブロック2が設けられ、当該カウンタウェイトブロック2はナイフ本体11にあるナイフヘッド12が終始下向きに偏向し、且つ切削加工面に接触するようにする。加工時、液体を媒体とし、マイクロジェットノズル4のスプレーヘッドでは環状流が形成され、当該環状流は微粒子ナイフ1の表面に作用し、微粒子ナイフ1の表面に内側向きの水平分力と下向きの垂直分力を生成する。内側向きの水平分力は微粒子ナイフ1に対し“挟む”作用があり、まるでピンセットのようにマイクロジェットノズル4の下方にある微粒子ナイフ1をしっかりと“挟む”。下向きの垂直分力とカウンタウェイトブロックが共に微粒子ナイフ1に作用することにより、ナイフヘッド12が終始下を向くようにし、作業台3とマイクロジェットノズル4の間で相対的な直線移動を行うことで、ワークピースに対する切削を実現することができる。   When adopting the first type of method of performing micro cutting by “sandwiching” a fine particle knife by a micro jet, a counter weight block 2 is further provided in the knife body 11 of the fine particle knife 1, and the counter weight block 2 is The knife head 12 in the knife body 11 is deflected downward all the time and is brought into contact with the cutting surface. At the time of processing, a liquid is used as a medium, and an annular flow is formed in the spray head of the micro jet nozzle 4, and the annular flow acts on the surface of the fine particle knife 1, and the surface of the fine particle knife 1 has an inward horizontal component force and a downward force. Generate vertical component force. The inward horizontal component force has the effect of “pinching” the fine particle knife 1 and firmly “pinches” the fine particle knife 1 below the microjet nozzle 4 as if it were tweezers. The downward vertical component force and the counterweight block both act on the fine particle knife 1 so that the knife head 12 faces downward all the time, and a relative linear movement is performed between the work table 3 and the micro jet nozzle 4. Thus, cutting of the workpiece can be realized.

マイクロジェットにより微粒子ナイフを回転駆動させることでマイクロ切削を行う際、切削方法は具体的に下記のステップを含む。   When micro-cutting is performed by rotating the fine particle knife with a micro-jet, the cutting method specifically includes the following steps.

1.先ず、ワークピースをマイクロジェットノズル4の下方に位置する作業台3に固定するステップ。   1. First, the work piece is fixed to the work table 3 located below the micro jet nozzle 4.

2.微粒子ナイフ1をワークピースに置くステップ。   2. The step of placing the particulate knife 1 on the workpiece.

3.環状流の圧力、スピード、流量及びマイクロジェットノズル4から加工面までの距離(標的距離H)がそれぞれワークピースに対応する必要な数値になるように液圧装置を調節するステップ。   3. Adjusting the hydraulic device so that the pressure, speed, flow rate of the annular flow, and the distance from the microjet nozzle 4 to the processing surface (target distance H) are respectively the required values corresponding to the workpiece.

4.次いで、視覚拡大システムをオンにするステップと;
5.前記視覚拡大システムのガイドの下で、マイクロジェットノズル4の噴射口が微粒子ナイフ1に照準が合うまでマイクロジェットノズル4を移動させるステップ。
4). Then turning on the visual magnification system;
5. Moving the microjet nozzle 4 under the guide of the visual magnifying system until the nozzle of the microjet nozzle 4 is aimed at the fine particle knife 1;

6.液圧装置のバルブを開き、マイクロジェットノズル4から環状流を噴出し、微粒子ナイフ1が、前記環状流内に位置し、この際、微粒子ナイフ1の重心線と環状流の中心線が重なり合うことで当該環状流により捕集されるステップ。   6). The valve of the hydraulic device is opened, an annular flow is ejected from the micro jet nozzle 4, and the fine particle knife 1 is positioned in the annular flow. At this time, the center line of the fine particle knife 1 and the center line of the annular flow overlap. Steps collected by the annular flow.

7.前記マイクロジェットノズル4を移動することにより、ワークピースの加工位置にまで微粒子ナイフ1を移動させ、且つ切削待ちの部位を探すステップ。   7). A step of moving the microjet nozzle 4 to move the fine particle knife 1 to a workpiece processing position and searching for a part waiting for cutting;

8.続いて、微粒子ナイフ1の重心線を環状流の中心線から離れるように設置し、環状流の作用によって微粒子ナイフ1を回転させ(作業台3は固定して動かなくても、必要に応じて直線運動を行ってもよい)、この際、微粒子ナイフ1とマイクロジェットノズル4の間では下記の初期条件を満たしているステップ。

Figure 2015526307
上記式において、kは作用係数で、rは前記微粒子ナイフの重心からマイクロジェットの当該微粒子ナイフにおける作用点までの間の距離で、ρはマイクロジェット液体の密度で、v0はマイクロジェットの前記マイクロジェットノズルの噴射口における速度で、gは重力加速度で、hは前記マイクロジェットノズルの底部からマイクロジェットと前記微粒子ナイフの接触点までの高さで、fは静摩擦係数で、mは前記微粒子ナイフの質量で、θはマイクロジェットの微粒子ナイフに対する垂直分力の作用点から円心までの連結線と微粒子ナイフの垂直方向外径の間の夾角である。 8). Subsequently, the center of gravity of the fine particle knife 1 is set away from the center line of the annular flow, and the fine particle knife 1 is rotated by the action of the annular flow (the work table 3 does not need to be fixed and moved as necessary. In this case, the following initial conditions are satisfied between the fine particle knife 1 and the microjet nozzle 4.
Figure 2015526307
In the above equation, k is the coefficient of action, r is the distance from the center of gravity of the particle knife to the point of action of the microjet in the particle knife, ρ is the density of the microjet liquid, and v 0 is the microjet's density. The velocity at the injection port of the micro jet nozzle, g is the acceleration of gravity, h is the height from the bottom of the micro jet nozzle to the contact point between the micro jet and the fine particle knife, f is the coefficient of static friction, and m is the fine particle. The mass of the knife, θ is the depression angle between the connecting line from the point of action of the vertical component force on the microjet fine particle knife to the circle center and the vertical outer diameter of the fine particle knife.

9.予定形状の加工を完成するまで、回転させられる微粒子ナイフ1がワークピースを切削するステップ。   9. The step of cutting the workpiece by the rotated fine particle knife 1 until the processing of the planned shape is completed.

前記ステップ8における初期条件は下記の力学分析により導き出される。微粒子ナイフの形状をほぼ球状体に設定し、この微粒子ナイフを導出対象とすれば、応力分布は図4に示される通りである。   The initial conditions in step 8 are derived from the following dynamic analysis. If the shape of the fine particle knife is set to a substantially spherical body, and this fine particle knife is the target of derivation, the stress distribution is as shown in FIG.

静止時、微粒子ナイフは平衡状態にあり、

Figure 2015526307

により、

Figure 2015526307

Figure 2015526307

Figure 2015526307

を得ることができ、
運動量モーメント定理

Figure 2015526307

により、もし、微粒子ナイフが回転すると、α>0でなければならず、即ち、

Figure 2015526307

式(2)、式(3)、式(4)を式(6)に代入して解くと、

Figure 2015526307

が得られる。もし、Fyが存在するならば、sinθ−f >0でなければならず、即ち、

Figure 2015526307

微粒子ナイフが回転する初期状態の時、Fx=0で、式(7)を下記のように単純化する。

Figure 2015526307

ジェットが微粒子ナイフに突き当たる時、図3に示されているように、微粒子ナイフの表面で形成された圧力は

Figure 2015526307

である。
When stationary, the fine particle knife is in equilibrium,

Figure 2015526307

By

Figure 2015526307

Figure 2015526307

Figure 2015526307

Can get the
Momentum moment theorem

Figure 2015526307

If the fine particle knife rotates, α> 0 must be satisfied, ie

Figure 2015526307

Substituting equation (2), equation (3), and equation (4) into equation (6),

Figure 2015526307

Is obtained. If F y is present, sin θ−f> 0 must be satisfied, ie

Figure 2015526307

In the initial state where the fine particle knife rotates, with F x = 0, Equation (7) is simplified as follows.

Figure 2015526307

When the jet strikes the particle knife, the pressure created on the surface of the particle knife is as shown in Figure 3

Figure 2015526307

It is.

図5に示されているように、ハッチング部分はジェットの微粒子ナイフに対して最大に作用する面積で、即ち、1/4の球面で、図中では半円で表されるが、この時の作用効果が最も良い。   As shown in FIG. 5, the hatched portion is the area that acts most on the fine particle knife of the jet, that is, a 1/4 spherical surface, which is represented by a semicircle in the figure, Best effect.

仮に、ジェットの微粒子ナイフに対する作用面積がSであるとすれば、

Figure 2015526307

Figure 2015526307
で、式(12)を式(9)に代入すると、

Figure 2015526307
になる。式(13)は微粒子ナイフが回転し、且つ切削加工を行う初期条件である。そのうち、π、r、ρ、g、f、mは既知であり、k、v0、h、θは変化するパラメータである。 If the area of action of the jet against the fine particle knife is S,

Figure 2015526307

Figure 2015526307
And substituting equation (12) into equation (9),

Figure 2015526307
become. Expression (13) is an initial condition for rotating the fine particle knife and performing cutting. Among them, π, r, ρ, g, f, and m are known, and k, v 0 , h, and θ are changing parameters.

以下、kとθの関係を確定する。   Hereinafter, the relationship between k and θ is determined.

ジェットが微粒子ナイフに突き当たる時、その作用面積(相互に接触する面積)の投影は弓形である。理論力学の教材に基づき、その面積Sは

Figure 2015526307
であることが分かる。
When the jet strikes the fine particle knife, the projection of its working area (the area in contact with each other) is arcuate. Based on the teaching materials of theoretical mechanics, the area S is

Figure 2015526307
It turns out that it is.

式(11)と式(14)をまとめると、

Figure 2015526307
となり、整理して
Figure 2015526307

が得られる。kとθは互いに関連する変数で、ジェット、微粒子のサイズ、両者間の相対的な位置等に関連している。図4によると、θの値の範囲は

Figure 2015526307
で、式(17)を式(16)に代入してkの値域は

Figure 2015526307

となる。上述のように、微粒子ナイフが回転し、且つ切削を行う初期条件は

Figure 2015526307

である。上述した式(1)から式(19)における符号の定義は下記の通りである。
Fx:微粒子ナイフに対する液体の水平分力
Fy:微粒子ナイフに対する液体の垂直合力
Ff:微粒子ナイフとワークピース表面の摩擦力
FN:微粒子ナイフに対するワークピース表面の支持力
f:静摩擦係数
r:微粒子ナイフの半径
m:微粒子ナイフの質量
g:重力加速度
e:Fy作用点から微粒子ナイフ円心までの水平距離
J:微粒子ナイフの重心に対する回転慣性
P:微粒子ナイフの表面に対するジェットの圧力
h:ノズルの底部からジェット及び微粒子ナイフの接触点までの高さ
k:作用係数
S:微粒子ナイフに対するジェットの作用面積
ρ:ジェット液体の密度
θ:Fyの作用点と円心を結ぶ連結線と垂直方向の夾角
α:角加速度
v0:ジェットのノズル出口における速度
よって、回転トルクの存在を維持すれば、微粒子ナイフは停止せずに回転し、これにより微粒子ナイフの水による回転を実現することができる。言い換えれば、微粒子ナイフの回転は風が風車を回すように、ジェットの圧力が微粒子ナイフに作用することで回転トルクが生成され、これにより、微粒子ナイフが回転する。現実に風力が風車に対する作用と類似し、微粒子ナイフつまり“風車”は、ジェット水流により生成された“風”の作用により回転する。また、微粒子ナイフの回転方向は、その水ポテンシャルにおける初期位置と微粒子ナイフそのものの形状によって決められる(初期位置は、水ポテンシャルが微粒子ナイフを捕集するのに成功した瞬間の、微粒子ナイフの水ポテンシャルにおける位置)。 Summarizing Equation (11) and Equation (14),

Figure 2015526307
Be organized
Figure 2015526307

Is obtained. k and θ are variables related to each other, and are related to the jet, the size of the fine particles, the relative position between the two, and the like. According to Fig. 4, the range of the value of θ is

Figure 2015526307
Then, substituting equation (17) into equation (16), the range of k is

Figure 2015526307

It becomes. As described above, the initial condition for rotating and cutting the fine particle knife is

Figure 2015526307

It is. The definitions of the symbols in the above formulas (1) to (19) are as follows.
F x : Horizontal component force of liquid against fine particle knife
F y : normal force of liquid against fine particle knife
F f : Friction force between fine particle knife and workpiece surface
F N : Support force of workpiece surface against fine particle knife
f: Static friction coefficient
r: Radius of the particle knife
m: Mass of fine particle knife
g: Gravity acceleration
e: Horizontal distance from F y action point to the particle knife circle center
J: Rotational inertia with respect to the center of gravity of the fine particle knife
P: Pressure of the jet against the surface of the fine particle knife
h: Height from the bottom of the nozzle to the contact point of the jet and fine particle knife
k: coefficient of action
S: active area of the jet with respect to particulate Knife [rho: the density of the jet liquid theta: F included angle connecting line and in the vertical direction connecting the working point and the circle center of the y alpha: angular acceleration
v 0 : Velocity at the jet nozzle exit If the presence of the rotational torque is maintained, the fine particle knife rotates without stopping, and thereby the fine particle knife can be rotated by water. In other words, the rotation of the fine particle knife produces a rotational torque by the jet pressure acting on the fine particle knife so that the wind turns the windmill, thereby rotating the fine particle knife. In reality, wind power is similar to the action on a windmill, and the fine particle knife or “windmill” rotates due to the action of “wind” generated by the jet stream. The rotation direction of the particle knife is determined by the initial position of the water potential and the shape of the particle knife itself (the initial position is the water potential of the particle knife at the moment when the water potential succeeds in collecting the particle knife). Position).

本実施例の切削方法は水により微粒子ナイフを挟む又は水により微粒子ナイフを回転駆動させる方式でマイクロ切削を行う。作業台は微粒子ナイフに相対して直線移動を行うことができる。マイクロジェットの存在により、マイクロジェットノズルから噴出するマイクロビームが適時に切削過程で生成される熱量を持ち出すことができることによって、熱−構造カップリング作用により生成される不均一変形場を大幅に減少させ、マイクロ切削変形域の寸法効果、不均質ひずみ、および転位等のせん断変形応力とせん断変形エネルギーの影響を低下させ、切削効率と品質を向上させている。また、このような切削方法を採用すると、これまでの切削工具のように微粒子ナイフを主軸に取付ける必要がないため、切削装置全体の構造がより簡単になり、より操作し易い。   In the cutting method of this embodiment, micro-cutting is performed by a method in which the fine particle knife is sandwiched with water or the fine particle knife is rotationally driven with water. The workbench can move linearly relative to the particulate knife. Due to the presence of the micro jet, the micro beam ejected from the micro jet nozzle can take out the amount of heat generated in the cutting process in a timely manner, thereby greatly reducing the non-uniform deformation field generated by the thermo-structural coupling action. The effect of shear deformation stress and shear deformation energy such as dimensional effects, inhomogeneous strain, and dislocations in the micro-cut deformation region is reduced, and cutting efficiency and quality are improved. Further, when such a cutting method is adopted, it is not necessary to attach a fine particle knife to the main shaft as in the case of conventional cutting tools, so that the structure of the entire cutting apparatus becomes simpler and easier to operate.

Claims (10)

微粒子ナイフを用いて微細加工を行う切削方法であって、当該切削方法で使用される微粒子ナイフ(1)はナイフ本体(11)とナイフヘッド(12)とを備え、前記ナイフヘッド(12)は、凸状の尖形状に設計され、外側に突出するように前記ナイフ本体(11)の外表面に設けられ、前記ナイフヘッド(12)の幾何サイズは10nm〜1mmで、前記ナイフ本体(11)内には更に前記ナイフヘッダ(12)を終始下向きに偏向させるカウンタウェイトブロックが設けられ、かつ、前記微粒子ナイフ(1)の外径は一つの環状流の内径に対応し、前記環状流は底部に噴射口を備えたマイクロジェットノズル(4)により形成され、当該マイクロジェットノズル(4)は噴射液体を提供する液圧装置の出液管路に連通している噴射室を有し、さらに、切削方法に必要な視覚拡大システムが配置されており、
微粒子ナイフを用いて微細加工を行う切削方法は、
1.先ず、ワークピースを前記マイクロジェットノズル(4)の下方に位置する作業台(3)に固定するステップと、
2.前記微粒子ナイフ(1)を前記ワークピースに置くステップと、
3.前記環状流の圧力、スピード、流量及び前記マイクロジェットノズル(4)から加工面までの距離がそれぞれワークピースに対応する必要な数値になるように前記液圧装置を調節するステップと、
4.次いで、前記視覚拡大システムをオンにするステップと、
5.前記視覚拡大システムのガイドの下で、前記マイクロジェットノズル(4)の噴射口が前記微粒子ナイフ(1)に照準が合うまで前記マイクロジェットノズル(4)を移動させるステップと、
6.前記液圧装置のバルブを開き、前記マイクロジェットノズル(4)から環状流を噴出し、前記微粒子ナイフ(1)が前記環状流内に位置し、且つ当該環状流により捕集されるステップと、
7.前記マイクロジェットノズル(4)を移動することにより、ワークピースの加工位置にまで前記微粒子ナイフ(1)を移動させ、且つ切削待ちの部位を探すステップと、
8.前記作業台(3)と微粒子ナイフ(1)との間の相対的な直線移動を制御することにより、ワークピースと微粒子ナイフ(1)との間で設計要求の軌道に従って運動するようにし、予定形状の加工を完成するまでナイフヘッド(12)が下向きの前記微粒子ナイフ(1)がワークピースを切削するステップと、
を、含むことを特徴とする、微粒子ナイフを用いて微細加工を行う切削方法。
A cutting method for performing fine processing using a fine particle knife, the fine particle knife (1) used in the cutting method includes a knife body (11) and a knife head (12), the knife head (12) The knife body (11) is designed to have a convex cusp shape and is provided on the outer surface of the knife body (11) so as to protrude outward, and the knife head (12) has a geometric size of 10 nm to 1 mm, and the knife body (11) Further, a counterweight block for deflecting the knife header (12) downward all the time is provided, and the outer diameter of the fine particle knife (1) corresponds to the inner diameter of one annular flow, the annular flow is the bottom Formed by a micro jet nozzle (4) provided with an injection port, and the micro jet nozzle (4) has an injection chamber that communicates with a liquid discharge line of a hydraulic device that provides the injection liquid. The visual magnification system necessary for the cutting method is installed.
The cutting method of performing micromachining using a fine particle knife is
1. First, fixing the workpiece to the work table (3) located below the micro jet nozzle (4),
2. Placing the particulate knife (1) on the workpiece;
3. Adjusting the hydraulic device such that the pressure, speed, flow rate of the annular flow and the distance from the microjet nozzle (4) to the work surface are each a required value corresponding to the workpiece;
4). Then turning on the visual magnification system;
5. Moving the microjet nozzle (4) under the guide of the visual magnification system until the injection port of the microjet nozzle (4) is aimed at the particulate knife (1);
6). Opening the valve of the hydraulic device, ejecting an annular flow from the microjet nozzle (4), the fine particle knife (1) is located in the annular flow, and is collected by the annular flow;
7). By moving the microjet nozzle (4), moving the fine particle knife (1) to a workpiece processing position, and searching for a part waiting for cutting;
8). By controlling the relative linear movement between the workbench (3) and the fine particle knife (1), the work table and the fine particle knife (1) can be moved according to the design required trajectory. Cutting the workpiece with the particulate knife (1) with the knife head (12) facing down until the machining of the shape is completed;
A cutting method for performing microfabrication using a fine particle knife.
前記第8ステップにおいて、前記作業台(3)は必要に応じて直線移動を行い、前記マイクロジェットノズル(4)は固定して動かない、
ことを特徴とする、請求項1に記載の微粒子ナイフ(1)を用いて微細加工を行う切削方法。
In the eighth step, the work table (3) moves linearly as necessary, and the microjet nozzle (4) is fixed and does not move.
A cutting method for performing microfabrication using the fine particle knife (1) according to claim 1, characterized in that:
前記第8ステップにおいて、前記作業台(3)は固定して動かず、前記マイクロジェットノズル(4)は必要に応じて直線移動を行う、
ことを特徴とする、請求項1に記載の微粒子ナイフ(1)を用いて微細加工を行う切削方法。
In the eighth step, the work table (3) is fixed and does not move, and the microjet nozzle (4) moves linearly as necessary.
A cutting method for performing microfabrication using the fine particle knife (1) according to claim 1, characterized in that:
前記第8ステップにおいて、前記作業台(3)とマイクロジェットノズル(4)とは同時に必要に応じて相反方向に沿って直線移動を行う、
ことを特徴とする、請求項1に記載の微粒子ナイフ(1)を用いて微細加工を行う切削方法。
In the eighth step, the work table (3) and the micro jet nozzle (4) simultaneously perform linear movement along the reciprocal direction as necessary.
A cutting method for performing microfabrication using the fine particle knife (1) according to claim 1, characterized in that:
前記マイクロジェットノズル(4)はノズルベース(41)とスプレーヘッド(42)を含み、前記ノズルベース(41)には軸方向に沿って貫通する通孔(411)が設けられ、前記スプレーヘッド(42)は前記ノズルベース(41)の底部に連結され、前記スプレーヘッド(42)は前記通孔(411)に対応する位置で周方向に沿ってリング状に分布された複数の噴射小孔(421)が設けられ、当該複数の噴射小孔(421)が前記噴射口を形成する、
ことを特徴とする請求項1又は2又は3又は4に記載の微粒子ナイフ(1)を用いて微細加工を行う切削方法。
The micro jet nozzle (4) includes a nozzle base (41) and a spray head (42), the nozzle base (41) is provided with a through hole (411) penetrating along the axial direction, the spray head ( 42) is connected to the bottom of the nozzle base (41), the spray head (42) is a plurality of small injection holes distributed in a ring shape in the circumferential direction at a position corresponding to the through hole (411). 421), the plurality of injection small holes (421) form the injection port,
A cutting method for performing microfabrication using the fine particle knife (1) according to claim 1, 2 or 3 or 4.
微粒子ナイフ(1)を用いて微細加工を行う切削方法であって、当該切削方法で使用される微粒子ナイフ(1)はナイフ本体(11)とナイフヘッド(12)とを備え、前記ナイフヘッド(12)は凸状の尖形状に設計され、且つ、外側に突出するようにナイフ本体(11)の外表面に設けられ、前記ナイフヘッド(12)の幾何サイズは10nm〜1mmで、かつ、前記微粒子ナイフ(1)の外径は一つの環状流の内径に対応し、前記環状流は底部に噴射口を備えたマイクロジェットノズル(4)により形成され、当該マイクロジェットノズル(4)内には噴射液体を提供する液圧装置の出液管路に連通している噴射室を有し、さらに、切削方法に必要な視覚拡大システムが配置されており、
微粒子ナイフ(1)を用いて微細加工を行う切削方法は、
1.先ず、ワークピースを前記マイクロジェットノズル(4)の下方に位置する作業台(3)に固定するステップと、
2.前記微粒子ナイフ(1)を前記ワークピースに置くステップと、
3.前記環状流の圧力、スピード、流量及び前記マイクロジェットノズル(4)から加工面までの距離がそれぞれワークピースに対応する必要な数値になるように前記液圧装置を調節するステップと、
4.次いで、前記視覚拡大システムをオンにするステップと、
5.前記視覚拡大システムのガイドの下で、前記マイクロジェットノズル(4)の噴射口が前記微粒子ナイフ(1)に照準が合うまで前記マイクロジェットノズル(4)を移動させるステップと、
6.前記液圧装置のバルブを開き、前記マイクロジェットノズル(4)から環状流を噴出し、前記微粒子ナイフ(1)が、前記環状流内に位置し、この際、微粒子ナイフ(1)の重心線と環状流の中心線が重なり合うことで当該環状流により捕集されるステップと、
7.前記マイクロジェットノズル(4)を移動することにより、ワークピースの加工位置まで前記微粒子ナイフ(1)を移動させ、且つ切削待ちの部位を探すステップと、
8.続いて、前記微粒子ナイフ(1)の重心線を前記環状流の中心線から離れるように設置し、環状流の作用により、微粒子ナイフ(1)を回転させ、この時、前記微粒子ナイフ(1)とマイクロジェットノズル(4)の間では下記の初期条件
Figure 2015526307
上式において、kは作用係数で、rは前記微粒子ナイフ(1)の重心からマイクロジェットの当該微粒子ナイフ(1)における作用点までの間の距離で、ρはマイクロジェット液体の密度で、v0はマイクロジェットの前記マイクロジェットノズル(4)の噴射口における速度で、gは重力加速度で、hは前記マイクロジェットノズル(4)の底部からマイクロジェットと前記微粒子ナイフ(1)の接触点までの高さで、fは静摩擦係数で、mは前記微粒子ナイフ(1)の質量で、θはマイクロジェットの微粒子ナイフ(1)に対する垂直分力の作用点から円心までの連結線と微粒子ナイフ(1)の垂直方向外径の間の夾角である、
を満たすステップと、
9.予定形状の加工を完了するまで前記回転させられる微粒子ナイフ(1)がワークピースを切削するステップと、
を含むことを特徴とする、微粒子ナイフ(1)を用いて微細加工を行う切削方法。
A fine cutting method using a fine particle knife (1), the fine particle knife (1) used in the cutting method comprises a knife body (11) and a knife head (12), the knife head ( 12) is designed in the shape of a convex point, and is provided on the outer surface of the knife body (11) so as to protrude outward, the geometric size of the knife head (12) is 10 nm to 1 mm, and The outer diameter of the fine particle knife (1) corresponds to the inner diameter of one annular flow, and the annular flow is formed by a micro jet nozzle (4) having an injection port at the bottom, and the micro jet nozzle (4) has an inside. It has an injection chamber that communicates with the liquid discharge line of the hydraulic device that provides the injection liquid, and further includes a visual magnification system necessary for the cutting method,
The cutting method for performing fine processing using the fine particle knife (1) is as follows:
1. First, fixing the workpiece to the work table (3) located below the micro jet nozzle (4),
2. Placing the particulate knife (1) on the workpiece;
3. Adjusting the hydraulic device such that the pressure, speed, flow rate of the annular flow and the distance from the microjet nozzle (4) to the work surface are each a required value corresponding to the workpiece;
4). Then turning on the visual magnification system;
5. Moving the microjet nozzle (4) under the guide of the visual magnification system until the injection port of the microjet nozzle (4) is aimed at the particulate knife (1);
6). The valve of the hydraulic device is opened, an annular flow is ejected from the micro jet nozzle (4), and the fine particle knife (1) is located in the annular flow, and at this time, the center of gravity line of the fine particle knife (1) And the step of being collected by the annular flow by overlapping the centerline of the annular flow,
7). By moving the microjet nozzle (4), moving the fine particle knife (1) to a workpiece processing position, and searching for a portion waiting for cutting;
8). Subsequently, the center of gravity line of the fine particle knife (1) is set away from the center line of the annular flow, and the fine particle knife (1) is rotated by the action of the annular flow, and at this time, the fine particle knife (1) The following initial conditions between the nozzle and the micro jet nozzle (4)
Figure 2015526307
Where k is the coefficient of action, r is the distance from the center of gravity of the particulate knife (1) to the point of action of the microjet in the particulate knife (1), ρ is the density of the microjet liquid, v 0 is the velocity at the injection port of the microjet nozzle (4), g is the gravitational acceleration, h is from the bottom of the microjet nozzle (4) to the contact point of the microjet and the fine particle knife (1) Where f is the coefficient of static friction, m is the mass of the fine particle knife (1), θ is the connecting line from the point of action of the vertical component force to the fine particle knife (1) to the circle center and the fine particle knife. The depression angle between the vertical outer diameters of (1),
Satisfying the steps,
9. A step of cutting the workpiece by the rotated fine particle knife (1) until the processing of the predetermined shape is completed;
A cutting method for performing microfabrication using a fine particle knife (1), comprising:
前記第8ステップにおいて、前記作業台(3)は必要に応じて直線移動を行い、前記マイクロジェットノズル(4)は固定して動かない、
ことを特徴とする、請求項6に記載の微粒子ナイフ(1)を用いて微細加工を行う切削方法。
In the eighth step, the work table (3) moves linearly as necessary, and the microjet nozzle (4) is fixed and does not move.
A cutting method for performing microfabrication using the fine particle knife (1) according to claim 6, characterized in that:
前記第8ステップにおいて、前記作業台(3)は固定して動かず、前記マイクロジェットノズル(4)は必要に応じて直線移動を行う、
ことを特徴とする、請求項6に記載の微粒子ナイフ(1)を用いて微細加工を行う切削方法。
In the eighth step, the work table (3) is fixed and does not move, and the microjet nozzle (4) moves linearly as necessary.
A cutting method for performing microfabrication using the fine particle knife (1) according to claim 6, characterized in that:
前記第8ステップにおいて、前記作業台(3)とマイクロジェットノズル(4)とは同時に必要に応じて相反方向に沿って直線移動を行う、
ことを特徴とする、請求項6に記載の微粒子ナイフ(1)を用いて微細加工を行う切削方法。
In the eighth step, the work table (3) and the micro jet nozzle (4) simultaneously perform linear movement along the reciprocal direction as necessary.
A cutting method for performing microfabrication using the fine particle knife (1) according to claim 6, characterized in that:
前記マイクロジェットノズル(4)はノズルベース(41)とスプレーヘッド(42)とを含み、前記ノズルベース(41)には軸方向に沿って貫通する貫通孔(411)が設けられ、前記スプレーヘッド(42)は前記ノズルベース(41)の底部に連結され、前記スプレーヘッド(42)には前記貫通孔(411)に対応する位置で周方向に沿ってリング状に分布された複数の噴射小孔(421)が設けられ、当該複数の噴射小孔(421)が前記噴射口を形成する、
ことを特徴とする、請求項6から9のいずれか1項に記載の微粒子ナイフ(1)を用いて微細加工を行う切削方法。
The microjet nozzle (4) includes a nozzle base (41) and a spray head (42), and the nozzle base (41) is provided with a through hole (411) penetrating along the axial direction, and the spray head (42) is connected to the bottom of the nozzle base (41), and the spray head (42) has a plurality of injection nozzles distributed in a ring shape along the circumferential direction at positions corresponding to the through holes (411). A hole (421) is provided, and the plurality of injection small holes (421) form the injection port,
A cutting method for performing fine processing using the fine particle knife (1) according to any one of claims 6 to 9, wherein the fine processing is performed.
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