專利名稱：旋轉(zhuǎn)拋磨式準(zhǔn)分子激光微細(xì)加工方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
旋轉(zhuǎn)拋磨式準(zhǔn)分子激光微細(xì)加工方法及系統(tǒng)屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及微型軸對稱零部件的加工。
傳統(tǒng)的機械研磨方式如外圓磨床研磨、旋轉(zhuǎn)平面拋光機拋光、超聲磨削等，雖然對于宏觀機械零件的表面能夠很好的拋光，但是在涉及到微小器件領(lǐng)域時，其依靠機械力接觸式的研磨方式，不僅無法達(dá)到加工要求而且會嚴(yán)重?fù)p害工件使其變形甚至破裂。因此在微觀領(lǐng)域中提高微器件的表面質(zhì)量成為了一個難題，為此我們提出了這種非接觸、無應(yīng)力的光研磨技術(shù)，利用準(zhǔn)分子激光冷加工的特性實現(xiàn)微小器械表面的光潔度的提高，并能達(dá)到鏡面效果。
1、本發(fā)明的一種旋轉(zhuǎn)拋磨式準(zhǔn)分子激光微細(xì)加工方法，通過計算機控制準(zhǔn)分子激光器和工作臺，使激光束經(jīng)過傳輸和聚焦后作用在被加工工件的表面上去除多余材料，其特征在于，先將被加工工件7通過準(zhǔn)軸調(diào)節(jié)裝置8固定在旋轉(zhuǎn)工作臺9上，旋轉(zhuǎn)工作臺9固定在位移工作臺10上；然后通過準(zhǔn)軸調(diào)節(jié)裝置8調(diào)整工件7的旋轉(zhuǎn)軸線與旋轉(zhuǎn)工作臺9的旋轉(zhuǎn)軸線重合；啟動準(zhǔn)分子激光器2并調(diào)整位移工作臺10，使激光束依次經(jīng)過反射鏡3、反射鏡4、反射鏡5、聚焦物鏡7后聚焦在與工件7所需加工處的旋轉(zhuǎn)半徑相切處；轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)工作臺9并移動位移工作臺10使工件7上所需去除材料依次經(jīng)過激光束的聚焦點后被刻蝕掉，未去除部分成型為所需形狀。
本發(fā)明的一種旋轉(zhuǎn)拋磨式準(zhǔn)分子激光微細(xì)加工的系統(tǒng)，包括有計算機1及由其控制的準(zhǔn)分子激光器2、可繞垂直于Y-Z平面的軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)工作臺9、可沿X、Y、Z軸移動的位移工作臺10，其特征在于還包括有激光束依次經(jīng)過的反射鏡3、反射鏡4，反射鏡5，聚焦物鏡6，用于裝卡工件且調(diào)整工件旋轉(zhuǎn)軸線與旋轉(zhuǎn)工作臺9旋轉(zhuǎn)軸線重合的固定在旋轉(zhuǎn)工作臺9上的準(zhǔn)軸調(diào)節(jié)裝置。
旋轉(zhuǎn)拋磨式準(zhǔn)分子激光微細(xì)加工方法，其基本原理為利用準(zhǔn)分子激光冷加工熱影響小的特性，并借鑒機械加工中車削的概念，配合工件的旋轉(zhuǎn)，對微型零部件進行微去除，達(dá)到成型目的；當(dāng)采用較低的激光能量，并調(diào)節(jié)成型后的工件邊緣與激光聚焦處相切時，可以降低刻蝕率從而實現(xiàn)非接觸、無應(yīng)力研磨拋光的加工狀態(tài)。
本發(fā)明在刻蝕微型零部件上多余材料時能夠得到光潔平整的表面及高的加工精度，并且消除了拋光過程中工件易損壞的問題。
圖4用本發(fā)明的加工方法及系統(tǒng)加工的電噴質(zhì)譜生物芯片的噴尖實例圖本發(fā)明的工作過程如下首先將工件通過準(zhǔn)軸調(diào)節(jié)裝置8裝卡在旋轉(zhuǎn)工作臺9上，旋轉(zhuǎn)工作臺9的旋轉(zhuǎn)軸線垂直于Y-Z平面，利用準(zhǔn)軸調(diào)節(jié)裝置8上的調(diào)整部件調(diào)整工件的旋轉(zhuǎn)軸線與旋轉(zhuǎn)工作臺9的旋轉(zhuǎn)軸線重合；然后啟動準(zhǔn)分子激光器2，其發(fā)出的激光束經(jīng)過反射鏡3、反射鏡4、反射鏡5、聚焦物鏡6后在工件表面聚焦；移動位移工作臺10，帶動工件在X、Y、Z軸方向運動，使激光束的聚焦點與工件所需加工處的旋轉(zhuǎn)半徑相切；通過計算機中的控制程序，設(shè)定激光器產(chǎn)生的激光能量為20KV，激光頻率為3HZ，設(shè)定工件的旋轉(zhuǎn)速度為1轉(zhuǎn)/分鐘，控制激光的通斷與旋轉(zhuǎn)工作臺9的旋轉(zhuǎn)同步，即使旋轉(zhuǎn)工作臺每旋轉(zhuǎn)一周后，激光器2暫停發(fā)射激光束，調(diào)整位移工作臺10在X軸方向上移動30μm，在Y軸方向上移動5μm，再啟動激光器2，使激光束聚焦在下一處所需加工部位，重復(fù)此過程直至加工完整個工件；降低激光器的激光能量為18KV，重復(fù)上述加工過程，可實現(xiàn)對工件表面的研磨與拋光。
由圖4可見，加工后的電噴質(zhì)譜生物芯片的噴尖的表面光潔度和尖銳度比未加工的部分有了顯著的提高。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)拋磨式準(zhǔn)分子激光微細(xì)加工方法，通過計算機控制準(zhǔn)分子激光器和工作臺，使激光束經(jīng)過傳輸和聚焦后作用在被加工工件的表面上去除多余材料，其特征在于，先將被加工工件(7)通過準(zhǔn)軸調(diào)節(jié)裝置(8)固定在旋轉(zhuǎn)工作臺(9)上，旋轉(zhuǎn)工作臺(9)固定在位移工作臺(10)上；然后通過準(zhǔn)軸調(diào)節(jié)裝置(8)調(diào)整工件(7)的旋轉(zhuǎn)軸線與旋轉(zhuǎn)工作臺(9)的旋轉(zhuǎn)軸線重合；啟動準(zhǔn)分子激光器(2)并調(diào)整位移工作臺(10)，使激光束依次經(jīng)過反射鏡(3)、反射鏡(4)、反射鏡(5)、聚焦物鏡(7)后聚焦在與工件(7)所需加工處的旋轉(zhuǎn)半徑相切處；轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)工作臺(9)并移動位移工作臺(10)，使工件(7)上所需去除材料依次經(jīng)過激光束的聚焦點后被刻蝕掉，未去除部分成型為所需形狀。
2.一種旋轉(zhuǎn)拋磨式準(zhǔn)分子激光微細(xì)加工的系統(tǒng)，包括有計算機(1)及由其控制的準(zhǔn)分子激光器(2)、可繞垂直于Y-Z平面的軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)工作臺(9)、可沿X、Y、Z軸移動的位移工作臺(10)，其特征在于還包括有激光束依次經(jīng)過的反射鏡(3)、反射鏡(4)，反射鏡(5)，聚焦物鏡(6)，用于裝卡工件且調(diào)整工件旋轉(zhuǎn)軸線與旋轉(zhuǎn)工作臺(9)旋轉(zhuǎn)軸線重合的固定在旋轉(zhuǎn)工作臺(9)上的準(zhǔn)軸調(diào)節(jié)裝置。
全文摘要
旋轉(zhuǎn)拋磨式準(zhǔn)分子激光微細(xì)加工方法及系統(tǒng)主要涉及微型軸對稱零部件的加工。本發(fā)明首先將被加工工件(7)通過準(zhǔn)軸調(diào)節(jié)裝置(8)、旋轉(zhuǎn)工作臺(9)固定在位移工作臺(10)上；然后調(diào)整工件(7)的旋轉(zhuǎn)軸線與旋轉(zhuǎn)工作臺(9)的旋轉(zhuǎn)軸線重合；啟動準(zhǔn)分子激光器(2)使激光束依次經(jīng)過反射鏡(3)、反射鏡(4)、反射鏡(5)、聚焦物鏡(7)后聚焦在與工件(7)所需加工處的旋轉(zhuǎn)半徑相切處；通過計算機(1)轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)工作臺(9)并移動位移工作臺(10)，使工件(7)上所需去除材料依次經(jīng)過激光束的聚焦點后被刻蝕掉。本發(fā)明在刻蝕微型零部件上多余材料時能夠得到光潔平整的表面及高的加工精度，并且消除了拋光過程中工件易損壞的問題。
文檔編號B23K26/02GK1456414SQ03136180
公開日2003年11月19日 申請日期2003年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月19日
發(fā)明者陳濤, 張瑜, 殷伯華, 左鐵釧 申請人:北京工業(yè)大學(xué)