专利名称：一种提高加速度计摆片激光切割质量的方法
技术领域：
本发明涉及一种提高加速度计摆片激光切割质量的方法，具体涉及一种提高加速度计摆片激光切割质量的方法，属于激光切割技术领域。
背景技术：
摆片是加速度计的重要组成部分，其形状复杂，并且对尺寸精度和表面质量要求高，其加工质量对加速度计性能有直接影响。摆片通常采用石英玻璃加工而成，除研磨、抛光、切割、清洗等玻璃行业的工艺方法之外，传统机械加工方法的适用性较差，因此在摆片生产中常用到激光等局部热加工的技术以实现摆片精密的结构形式。利用激光的能量集中性对摆片进行局部加热，激光照射点的材料在吸收激光能量后温度急剧升高，以至于熔化和气化，并形成孔洞，以实现局部材料去除的目的。随着激光与工件的相对移动，便形成摆片 所要求的结构。在现有技术中，激光照射后气化的材料被一定压力的辅助气流带走，但由于气化后的石英玻璃温度较高(大于1700°C ),随着与辅助气体的接触，气化后的材料会迅速的重新凝结，并且容易凝结在切缝附近形成牢固的挂渣。此夕卜，由于摆片具有一定的厚度，但激光聚焦在一个平面，而且在摆片表面存在散射和反射现象，因此在厚度方向存在能量不均匀，使得切缝在厚度方向有一定锥度，造成摆片的尺寸精度降低。秦淑斌等在先发明的“一种降低摆片激光切割损伤的方法”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。该方法直接加工摆片，容易产生挂渣；该方法要求在激光切割前加热待加工摆片，以降低所采用激光束的能量，同时减小切缝处的温度梯度，虽然可以达到减少残余应力的目的，但是不能解决切缝有锥度的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种减少工件挂渣和切缝锥度、提高摆片切割质量的方法。本发明的技术解决方案，提高摆片激光切割质量的方法，通过以下步骤实现:第一步，制作切割辅助装置，切割辅助装置包括本体、支撑环、基准标记线、定位孔、紧固螺丝和垫片，支撑环为环形台阶结构，形成上、下两个表面，其中台阶上表面与本体上表面等高，台阶下表面为圆环，在支撑环外侧的本体上加工定位孔和基准标记线，在支撑环外侧的本体上安装紧固螺丝和垫片；第二步，将待加工的摆片安装在切割辅助装置中，将牺牲片和摆片坯料放置在支撑环上，使摆片坯料夹在上下牺牲片之间，利用支撑环周向定位摆片坯料和牺牲片，利用支撑环的台阶下表面支撑待加工的摆片和牺牲片，利用紧固螺丝和垫片使摆片和牺牲片紧密贴合；
第三步，将安装了待加工摆片的切割辅助装置安装在激光机工作台上事先安装的振动装置上，该振动装置可在摆片厚度方向以一定频率和幅度上下振动。通过定位孔将切割辅助装置定位在振动装置上，并利用切割辅助装置的基准标记线使切割辅助装置与激光机对准，调整激光机激光头高度使激光焦点位于摆片坯料的上表面；第四步，开启工作台振动装置，使切割辅助装置连同摆片沿摆片厚度的方向进行振动，使激光焦点在摆片厚度内以一定的频率移动；第五步，激光切割，激光切割待加工的摆片，切割程序按照所需的摆片结构进行；第六步，激光切割完成后，关闭振动装置，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和牺牲片从切割辅助装置中取出。第二步中牺牲片与摆片坯料的材质和外圆尺寸相同，厚度根据摆片而定，两片牺牲片与摆片坯料总厚度以不超过1.5mm为宜；所述的牺牲片和摆片坯料都应具有表面粗糙度 Ra < IOnm0第一步中支撑环的台阶高度小于摆片坯料和牺牲片的总厚度Imm 2_。第四步中振动装置以5 50Hz的频率，0.5 Imm的振幅进行振动。本发明与现有技术相比的有益效果:(I)本发明通过辅助装置实现精确定位，并且在激光切割摆片时加入牺牲片，使未被辅助气体带走的残渣粘附在牺牲片上，能消除摆片切缝附近的挂渣缺陷，同时改善玻璃表面对激光的散射等造成的切 口处的锥度。(2)本发明通过在激光切割的同时加入振动，使激光焦点在摆片厚度内上下移动，改善了因激光能量在焦点的集中造成的摆片厚度方向的能量不均匀，起到了减少切缝锥度、提高摆片结构加工精度和双面图形尺寸一致性的目的，使加工合格率提高10%以上。(3)本发明中，振动装置以5 50Hz的频率范围振动时，使激光能量在摆片坯料厚度方向上作用一定的时间，使石英玻璃材料既可以有效的气化，又不至于产生过度烧蚀，从而影响加工精度。振动装置以0.5 1_的振幅进行振动，是根据摆片坯料的厚度设定的，可以实现激光焦点在摆片坯料的内部移动，从而使激光能量集中点在坯料的厚度方向均匀作用，改善在厚度方向吸收能量不均匀造成的切缝锥度。
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为切割辅助装置与振动装置的连接示意图；图4为本发明加工流程图。
具体实施例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4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 2所示，其上包括精密连接基准、支撑部位和工件固定结构，以分别行使切割定位、工件支撑和工件固定的功能。 精密连接基准包括定位孔3和基准标记线6。定位孔3的数量是两个或其他便于辅助装置定位的数目，其形状为圆孔形或腰形孔形，或者是二者的组合，定位孔3为通孔，便于定位销穿过；基准标记线6是一条直线或者两条相互垂直的直线。支撑部位包括支撑环2，其为环形台阶结构，形成上、下两个表面，其中台阶上表面12与本体I上表面等高，台阶下表面13为圆环，圆环宽度为0.4_，支撑环的台阶高度(即上下表面的高度差)小于摆片坯料和牺牲片的总厚度0.1_，如图2所示。紧固螺丝和垫圈位于支撑环2外侧的本体I上，垫圈的位置可以压住上牺牲片的边缘而不至于影响激光切割的区域，紧固螺丝和垫圈的数量是2个或者其他可以压紧摆片和牺牲片的数目，垫圈的形状为圆形或者其他可以起到压紧作用的形状。2、将待加工的摆片安装在切割辅助装置中将摆片坯料和牺牲片放置在支撑环2上，使摆片坯料位于上下牺牲片之间，支撑环2周向定位待加工的摆片，通过紧固螺丝和垫片使摆片坯料和上下牺牲片紧密贴合。3、将切割辅助装置安装在事先固定在激光工作台上的振动装置上，该振动装置可在摆片厚度方向以一定频率和幅度上下振动。利用定位销11穿过切割辅助装置的定位孔3，并通过紧固螺丝8，螺母9，垫圈10，将切割辅助装置固定在振动装置上，如图3所示，从而实现切割辅助装置在激光机工作台上的定位。并利用切割辅助装置的基准标记线6使切割辅助装置与激光机对准，调整激光机激光头高度使激光焦点位于摆片坯料的上表面。4、开启工作台上的 振动装置，使切割辅助装置连同摆片沿摆片厚度的方向进行振动，使激光焦点在摆片厚度范围内以50Hz频率和0.7mm振幅进行移动。5、激光切割激光切割待加工的摆片，切割程序按照所需的摆片结构进行。6、激光切割完成后，关闭振动装置，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和牺牲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。
权利要求
1.一种提高加速度计摆片激光切割质量的方法，其特征在于通过以下步骤实现: 第一步，制作切割辅助装置， 切割辅助装置包括本体(I)、支撑环(2)、定位孔(3)、紧固螺丝(4)、垫片(5)和基准标记线(6)，支撑环(2)为环形台阶结构，形成上、下两个表面，其中台阶上表面(12)与本体(I)上表面等高，台阶下表面(13)为圆环，在支撑环(2)外侧的本体上加工定位孔(3)和基准标记线￠)，在支撑环(2)外侧的本体上安装紧固螺丝(4)和垫片(5)； 第二步，将待加工的摆片安装在切割辅助装置中， 将牺牲片和摆片坯料放置在支撑环(2)上，使摆片坯料夹在上下牺牲片之间，利用支撑环(2)周向定位摆片坯料和牺牲片，利用支撑环(2)的台阶下表面支撑摆片坯料和牺牲片，利用紧固螺丝(4)和垫片(5)使摆片坯料和牺牲片紧密贴合； 第三步，将安装了待加工摆片的切割辅助装置(I)安装在激光机工作台上事先安装的振动装置(7)上，通过定位孔(3)将切割辅助装置(I)定位在振动装置(7)上，并利用切割辅助装置(I)的基准标记线(6)使切割辅助装置(I)与激光机对准，调整激光机激光头高度使激光焦点位于摆片坯料的上表面； 第四步，开启工作台上的振动装置(7)，使切割辅助装置(I)连同待加工摆片沿摆片厚度的方向进行振动，使激光焦点在摆片厚度内以一定的频率移动； 第五步，激光切割， 激光切割待加工的摆片，切割程序按照所需的摆片结构进行； 第六步，激光切割完成后，关闭 振动装置(7)，将切割辅助装置(I)从激光机工作台上取下，然后将加工好的摆片和牺牲片从切割辅助装置(I)中取出。
2.根据权利要求1所述的一种提高加速度计摆片激光切割质量的方法，其特征在于:所述的第二步中牺牲片与摆片坯料的材质和外圆尺寸相同，厚度根据摆片而定，两片牺牲片与摆片坯料总厚度不超过1.5mm ;所述的牺牲片和摆片坯料具有表面粗糙度Ra ( 10nm。
3.根据权利要求1所述的一种提高加速度计摆片激光切割质量的方法，其特征在于:所述第一步中支撑环(2)的台阶高度小于摆片坯料和牺牲片的总厚度Imm 2mm。
4.根据权利要求1所述的一种提高加速度计摆片激光切割质量的方法，其特征在于:所述第四步中振动装置(7)以5 50Hz的频率，0.5 Imm的振幅进行振动。
全文摘要
本发明提供一种提高加速度计摆片激光切割质量的方法。通过制作切割辅助装置、安装、固定、振动、激光切割等步骤减少挂渣，改善切口处的锥度问题，从而提高摆片激光切割质量的方法。本发明通过辅助装置实现精确定位，并且可以在激光切割摆片时加入牺牲片，使未被辅助气体带走的残渣粘附在牺牲片上，能消除摆片切缝附近的挂渣缺陷，同时改善玻璃表面对激光的散射等造成的切口处的锥度；本发明通过在激光切割的同时加入振动，使激光焦点在摆片厚度内上下移动，改善了因激光能量在焦点的集中造成的摆片厚度方向的能量不均匀，达到了减少切缝锥度、提高摆片结构加工精度和双面图形尺寸一致性的目的，使加工合格率提高10％以上。
文档编号C03B33/08GK103086597SQ20121041416
公开日2013年5月8日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者秦淑斌, 袁枫, 张兰, 向伟荣, 郭琳瑞, 徐国栋, 周峰, 杨金耋 申请人:航天科工惯性技术有限公司