CN102528291B - 一种降低摆片激光切割损伤的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种降低摆片激光切割损伤的方法，通过制作切割辅助装置、安装、加热、激光切割等步骤降低了摆片激光加工过程中切割损伤。本发明通过独特的切割辅助装置精确定位，同时在摆片加热状态下进行激光切割，既可以实现高的定位精度，又可以降低激光切割的损伤，提高产品质量；本发明切割辅助装置通过内外支撑环和中心支撑台对摆片进行支撑，使摆片加工过程中支撑稳定，提高了安装的可靠性和切割图形与摆片设计结构的位置符合性；本发明在加工过程中同时加热切割辅助装置和安装于切割辅助装置上的摆片，使摆片在高温下进行切割，以降低所采用激光束的能量，同时减小切缝处的温度梯度，起到减少残余应力的目的。

Description

一种降低摆片激光切割损伤的方法

技术领域

本发明涉及一种摆片的激光切割方法，具体涉及一种降低激光切割损伤的方法，属于加速度计摆片激光切割生产技术领域。

背景技术

摆片作为加速度计的重要组成部分，其结构及加工质量直接影响加速度计的性能。加速度计摆片的结构复杂，其生产工艺属于精密体加工范畴，由于其通常采用石英玻璃加工而成，属硬脆性材料，机械加工效果差，因此除研磨、抛光、切割、清洗等玻璃行业的工艺方法之外，还用到激光切割等精密加工方法以实现摆片精密的结构形式。

在现有技术中，摆片激光切割过程中使用的装置有简单的定位和找正功能，支撑结构不稳定，切割精度低。此外，由于激光切割是局部热加工，切割时的温度梯度会造成切缝处应力集中，较大的残余应力使加工后的工件容易产生裂纹等损伤，导致硬脆的结构件破坏失效。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种在激光加工过程中安装可靠性、切割图形与摆片设计结构的位置符合性高并且消除局部残余应力造成的损伤的摆片激光切割方法。

本发明的技术解决方案：一种降低摆片激光切割损伤的方法，通过以下步骤实现：

第一步，制作切割辅助装置，

切割辅助装置为圆柱体整体加工而成，包括外支撑环、基准标记线、中心支撑台、内散热通孔、外散热通孔、定位孔、内支撑环和本体，外支撑环为环形台阶结构，形成上、中、下三个表面，其中台阶上表面与本体上表面等高，台阶下表面为封闭圆环，内支撑环位于外支撑环内部，为“C”形圆弧结构，中心支撑台位于内支撑环内部，内支撑环、中心支撑台的上表面与外支撑环的台阶中表面等高，内支撑环和外支撑环之间的台阶下表面上加工外散热通孔，在内支撑环和中心支撑台之间的台阶下表面上加工内散热通孔，在外支撑环外侧的本体上加工定位孔，外支撑环与切割辅助装置的中心重合，在切割辅助装置的中心加工基准标记线，内支撑环的两个端面共面，并与切割辅助装置水平向的中心线平行；

第二步，将待加工的摆片安装在切割辅助装置中，

将待加工的摆片放置在外支撑环上，外支撑环的周向定位待加工的摆片，内支撑环、中心支撑台和外支撑环的台阶中表面支撑待加工的摆片；

第三步，将安装了待加工的摆片的切割辅助装置安装在激光机工作台上，通过定位孔将切割辅助装置定位在激光机工作台上，调整位置使切割辅助装置的基准标记线与激光机的中心十字线对齐，调整激光机激光头高度使激光焦点位于待加工的摆片厚度的1/3～1/2处；

第四步，加热，

将待加工的摆片和切割辅助装置一起加热到200～400℃；

第五步，激光切割，

激光切割待加工的摆片，切割过程按照摆片结构从内向外顺序加工，所有圆弧均依照顺时针或逆时针方向切割；

第六步，激光切割完成后，停止加热，自然冷却后，将切割辅助装置从激光机工作台上取下，然后将加工好的摆片从切割辅助装置中取出。

所述第一步中外支撑环的台阶上表面和中表面的距离小于待加工摆片的厚度0.1mm～0.2mm。

所述第一步中内支撑环壁厚小于1.5mm。

所述第五步中激光切割时的压缩空气压力为0.1～0.2MPa。

本发明与现有技术相比的有益效果：

(1)本发明通过独特的切割辅助装置精确定位，同时在摆片加热状态下进行激光切割，既可以实现高的定位精度，又可以降低激光切割的损伤，提高产品质量；

(2)本发明切割辅助装置通过内外支撑环和中心支撑台对摆片进行支撑，使摆片加工过程中支撑稳定，提高了安装的可靠性和切割图形与摆片设计结构的位置符合性；

(3)本发明在加工过程中同时加热切割辅助装置和安装于切割辅助装置上的摆片，使摆片在高温下进行切割，以降低所采用激光束的能量，同时减小切缝处的温度梯度，起到减少残余应力的目的；

(4)本发明激光切割时采用特殊的加工顺序和方向，能有效降低激光机工作台的回程误差，避免切割过程中工作台的误差累计，提高了切割图形的尺寸精度，保证了产品质量的一致性；

(5)本发明采用的切割辅助装置实现了支撑和散热、摆片定位、连接定位的多重功能；

(6)利用本发明的加工方法，在同样的加工水平下，可以有效的降低激光切割加工过程造成的损伤，改善了激光切割可能造成的切缝锥度、边缘挂渣、崩裂等缺陷，保证了摆片产品结构的力学性能和机械性能，加工合格率提高了10％以上。

附图说明

图1为本发明切割辅助装置结构示意图；

图2为图1A-A方向的剖视图；

图3为本发明切割辅助装置另一种结构形式示意图；

图4为图3B-B方向的剖视图；

图5为本发明加工流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明进行详细描述。

本发明如图5所示，通过以下步骤实现：

1、制作切割辅助装置

切割辅助装置如图1～4所示，是一个金属扁圆柱，其上包括精密连接基准、支撑部位和散热结构，以分别行使支撑和散热、摆片定位、连接定位的功能。

精密连接基准包括定位孔6和基准标记线2，定位孔6的中心位于切割辅助装置水平中心线上，基准标记线2位于切割辅助装置中心。定位孔6的数量可以是两个或其他便于辅助装置定位数目，定位孔6的形状为圆孔形或腰形孔形，或者是二者的组合，定位孔6为通孔，便于定位销穿过；基准标记线2可以是一条直线或者两条相互垂直的直线。

支撑部位包括外支撑环1、内支撑环7和中心支撑台3，外支撑环1为环形台阶结构，形成上、中、下三个表面(11～13)，其中台阶上表面11与本体8上表面等高，台阶下表面13为封闭圆环，外支撑环的台阶上表面11与中表面12的距离即台阶深度小于待加工摆片的厚度0.1mm～0.2mm，外支撑环1与切割辅助装置的中心重合；内支撑环7位于外支撑环1内部，为“C”形圆弧结构，内支撑环7的壁厚小于1.5mm，内支撑环的两个端面共面，并与切割辅助装置水平向的中心线平行；中心支撑台3位于内支撑环7内部，其形状可以是圆柱体或其他适合支撑摆片的其他形状。内支撑环7、中心支撑台3的上表面与外支撑环1的台阶中表面12等高，保证安装后摆片水平放置。

散热结构包括外散热通孔5和内散热通孔4，外散热通孔5位于内支撑环7和外支撑环1之间，内散热通孔4位于内支撑环和中心支撑台之间，外散热通孔5和内散热通孔加工在外支撑环1的台阶下表面13上。外散热通孔5可以为四个或其他便于散热的数目，其形状可以为圆形或腰形或其他任意形状；内散热通孔4可以为一个或其他便于散热的数目，其形状可以为圆形或腰形或其他任意形状。

2、将待加工的摆片安装在切割辅助装置中

将待加工的摆片放置在外支撑环1上，外支撑环1的周向定位待加工的摆片，内支撑环7、中心支撑台3和外支撑环1的台阶中表面12共同支撑待加工的摆片。

3、将安装了待加工的摆片的切割辅助装置安装在激光机工作台上，利用定位销穿过切割辅助装置的定位孔6，实现切割辅助装置在激光机工作台上的定位，调整位置使切割辅助装置的基准标记线与激光机的中心十字线对齐，调整激光机激光头高度使激光焦点位于待加工的摆片厚度的1/3～1/2处。

4、加热

将待加工的摆片和切割辅助装置一起加热到200～400℃。

对待加工的摆片和切割辅助装置进行加热，可以采用在激光机工作台上设置加热设施，也可采用辐射、对流等其他方式进行。

5、激光切割

根据摆片设计的结构编制切割程序，设置激光切割主参数，激光切割主参数的确定需要进行大量的试验，测试的方法、参数确定的原则需要综合评价确定(具体参数设定可参考周岩、杨乐民等著的《激光切割石英摆片的若干问题研究》)。

调用激光切割程序，并开启压缩气体进行摆片切割，激光切割时的压缩空气压力为0.1～0.2MPa，切割过程按照摆片结构从内向外顺序加工，所有圆弧均依照顺时针或逆时针方向切割。

6、激光切割完成后，停止加热，自然冷却后，将切割辅助装置从激光机工作台上取下，然后将加工好的摆片从切割辅助装置中取出。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (4)

1.一种降低摆片激光切割损伤的方法，其特征在于通过以下步骤实现：

第一步，制作切割辅助装置，

切割辅助装置为圆柱体整体加工而成，包括外支撑环(1)、基准标记线(2)、中心支撑台(3)、内散热通孔(4)、外散热通孔(5)、定位孔(6)、内支撑环(7)和本体(8)，外支撑环(1)为环形台阶结构，形成上、中、下三个表面，其中台阶上表面(11)与本体(8)上表面等高，台阶下表面(13)为封闭圆环，内支撑环(7)位于外支撑环(1)内部，为“C”形圆弧结构，中心支撑台(3)位于内支撑环(7)内部，内支撑环(7)、中心支撑台(3)的上表面与外支撑环(1)的台阶中表面(12)等高，内支撑环(7)和外支撑环(1)之间的台阶下表面(13)上加工外散热通孔(5)，在内支撑环(7)和中心支撑台(3)之间的台阶下表面(13)上加工内散热通孔(4)，在外支撑环(1)外侧的本体(8)上加工定位孔(6)，外支撑环(1)与切割辅助装置的中心重合，在切割辅助装置的中心加工基准标记线(2)，内支撑环(7)的两个端面共面，并与切割辅助装置水平向的中心线平行；

第二步，将待加工的摆片安装在切割辅助装置中，

将待加工的摆片放置在外支撑环(1)上，外支撑环(1)的周向定位待加工的摆片，内支撑环(7)、中心支撑台(3)和外支撑环(1)的台阶中表面(12)支撑待加工的摆片；

第三步，将安装了待加工的摆片的切割辅助装置安装在激光机工作台上，通过定位孔(6)将切割辅助装置定位在激光机工作台上，调整位置使切割辅助装置的基准标记线(2)与激光机的中心十字线对齐，调整激光机激光头高度使激光焦点位于待加工的摆片厚度的1/3～1/2处；

第四步，加热，

将待加工的摆片和切割辅助装置一起加热到200～400℃；

第五步，激光切割，

激光切割待加工的摆片，切割过程按照摆片结构从内向外顺序加工，所有圆弧均依照顺时针或逆时针方向切割；

第六步，激光切割完成后，停止加热，自然冷却后，将切割辅助装置从激光机工作台上取下，然后将加工好的摆片从切割辅助装置中取出。

2.根据权利要求1所述的一种降低摆片激光切割损伤的方法，其特征在于：所述第一步中外支撑环(1)的台阶上表面(11)和中表面(12)的距离比待加工摆片的厚度小0.1mm～0.2mm。

3.根据权利要求1所述的一种降低摆片激光切割损伤的方法，其特征在于：所述第一步中内支撑环(7)的壁厚小于1.5mm。

4.根据权利要求1所述的一种降低摆片激光切割损伤的方法，其特征在于：所述第五步中激光切割时的压缩空气压力为0.1～0.2MPa。