专利名称：以超声波脉冲加工玻璃基板的方法
技术领域：
本发明涉及玻璃基板加工方法，尤其涉及一种将刀具切削周速度提高，采用非接触式加工玻璃基板方法的以超声波脉冲加工玻璃基板的方法。
背景技术：
触控面板(Touch Panel)手机运用，在i-phone引领下，形成一波时尚热潮，再加上智慧型手机及windows 7操作系统推波助澜下，高阶手机市场快速成长。在触控面板 (Touch panel)手机配置上，玻璃显示面板是最佳选择，高透光度、表面耐磨防刮伤度等都比丙烯酸树脂面板(PMCC)高出许多，因此高阶手机市场都以玻璃面板为主。但玻璃高硬度、易碎性等难加工特性，在3C高科技产业高速、量化需求上，一直无法取得有效、突破性加工方式。其次，如图1所示，为习用玻璃基板的加工制程及所需设备，其至少需要包括三种设备及五道制程，例如制程一是以CNC裂片机或激光裂片机对玻璃开料加工；制二是以仿形机或CNC雕刻机对玻璃外形研磨加工(粗加工)；制程三是以CNC雕刻机对玻璃内孔研磨加工(粗加工)；接着，再在制程四对玻璃外形上下倒角研磨加工(精加工)；制程五则对玻璃内孔上下倒角研磨加(精加工)。但是，上述对于玻璃基板的加工，需要在多组设备及不同刀具的情况下进行，非常耗费时程，不符经济效益。再者，现行加工设备虽有钻石刀具及碳化硼等超高硬度加工刀具使用，但在钻石刀具切削周速度(M.P.M..值)需达3000至4800m/min标准要求上，依现有加工主轴最高转速60000rpm，钻石刀具直径2mm，其加工周速度(Μ. P. M..值=n x2x 60000rpm)约仅377m/ min，有严重不足情况，造成玻璃加工面崩边(chipping)情况严重，超过0. 1mm，甚至有不规则崩边超过0. 2mm以上，不良率60至70%高居不下，因崩边情况会形成应力集中点，造成玻璃龟裂主因，是玻璃面板检验首要重点。传统钻石刀具制程为因应此问题，亡羊补牢，后续再加平磨机打薄制程，以减低崩边情况。钻石刀具在周速度(M.P.M..值)不足情况下， 刀具加工阻力大，钻石力具损耗严重，因无法有效控制刀具寿命，也造成加工不良品主要原因之一。另外切削周速度(M.P.M..值)与进给速率成正比，在不足情况下，其进给速率(F 值)也无法有效提升，传统钻石刀具在粗加工、满刀大进给量加工时，最高仅达0. 4m/min, 在倒角精修、小进给量加工时，最高仅达0.8m/min，加工效率无法满足高速、量化需求。以一台CNC雕刻机日产能约240至300pCS，依现有订单需求日产能约300k计算，至少需1000 台设备以上才能满足大客户大订单需求；因此，良率与效率无法有效提升，是玻璃面板生产最大困难主因！为因应玻璃面板加工量化需求，唯一将钻石刀具加工周速度(Μ. P. M..值)提高至标准要求，从技术基础面彻底解决，方为良策。若以直径2mm钻石刀具计算为例，主轴转速高达470000rpm以上才能符合加工需求，成为不可能任务？另外主轴60000rpm以上高速旋转时，会形成风切效应，冷却冲水无法有效进入加工区，将粘着在钻石刀具上的玻璃粉削带走，造成玻璃磨玻璃的不规则热裂，崩边情况严重。所以，习用的玻璃加工问题，仍有未臻完善之处，因此尚有改进空间，从而针对上述缺点提出解决方案，为本发明所欲解决的课题。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种以超声波脉冲加工玻璃基板的方法，其将刀具切削周速度提高至1200000m/min以上，并非传统CNC加工设备能够达到的加工条件，比现阶段钻石刀具加工，具有加工效率提升三倍以上，且加工良率提升至95%以上的功效。本发明的再一目的是提供一种以超声波脉冲加工玻璃基板的方法，其具有超微细、高密度脉冲加工的效能，如使其如同传统刀具的切削刀口，超过现阶段最高阶钻石刀具、K55超微细碳化钨刀具加工特性，明显改善玻璃研磨常态崩边情况，更有利于超高硬度、 易碎性的特殊加工，如钻石、石英、矽晶、陶瓷、超硬工具钢等加工。本发明的又一目的是提供一种以超声波脉冲加工玻璃基板的方法，其是以脉冲无接触式加工法，摒除排削、黏削、挤削等加工问题，明显改善玻璃研磨不规则大面积热裂情况，更有利于金属、非金属的表面镜面的特殊加工。本发明的目的是由以下技术方案实现的。本发明以超声波脉冲加工玻璃基板的方法，其特征在于，包括(a)将一旋转主轴(spindle)及其外壳设在一加工机而位于待加工的玻璃基板上方，且呈可三度空间位移，并令其转速设定在5000rpm以上；(b)将一针对该玻璃基板加工需求设制而成，且具有内缩颈部的成型刀具，设在该旋转主轴底部的加工头；(c)在该旋转主轴带动该成型刀具旋转的同时，以一超高频超声波施加于该旋转主轴，使该成型刀具的切削周速度(M.P.M.值)提高至1200000m/mln以上，使该成型刀具以非接触式的超高频脉冲对该玻璃基板作一次性成型加工完成。前述的以超声波脉冲加工玻璃基板的方法，其中旋转主轴转速由5000rpm调整至 6000rpm 以上。前述的以超声波脉冲加工玻璃基板的方法，其中成型刀具的内缩颈部设成具有上、下倒角构造。前述的以超声波脉冲加工玻璃基板的方法，其中超高频超声波产生方式，包括以一旋转主轴外部的超高频超声波振荡单元(ultrasonic oscillator)，通过一电缆将驱动信号送至一设在该旋转主轴的超声波振子(vibrator)，该超声波振子是设在该旋转主轴底部，该电缆是通过电刷对设在该旋转主轴底周缘的滑环(slipring)的滑接，再经由导线连接至该超声波振子的各面。前述的以超声波脉冲加工玻璃基板的方法，其中超高频超声波振荡单元包括为 17000至45000/HZ振频及400至1000W大功率输出。本发明以超声波脉冲加工玻璃基板的方法的有益效果，本发明所采用的技术手段包括(a)将一旋转主轴(spindle)及其外壳设在一加工机而位于待加工的玻璃基板上方， 且呈可三度空间位移，并令其转速设定在5000rpm以上；(b)将一针对该玻璃基板加工需求设制而成，且具有内缩颈部的成型刀具，设在该旋转主轴底部的加工头；(C)在该旋转主轴带动该成型刀具旋转的同时，以一超高频超声波施加于该旋转主轴，使该成型刀具的切削周速度(M.P.M.值)提高至1200000m/min以上，使该成型刀具以非接触式的超高频脉冲 GAP型式(脉冲间隙)对该玻璃基板作一次性成型加工完成。依据前述发明，该旋转主轴的转速包括由5000rpm调整至6000rpm以上，且该成型刀具的内缩颈部，包括设成具有倒角构造；进一步该超高频超声波包括为17000至45000/ HZ振频及400至1000W大功率输出。又，该超高频超声波的产生方式，包括以一旋转主轴外部的超高频超声波振荡单元(ultrasonic oscillator)，通过一电缆将驱动信号送至一设在该旋转主轴的超声波振子(vibrator)，该超声波振子是设在该旋转主轴底部，该电缆是通过电刷对设在该旋转主轴底周缘的滑环(slipring)的滑接，再经由导线连接至该超声波振子的各面。所以，借助上述技术手段，本发明所揭露的超声波旋转主轴加工，为非接触式加工，不仅无粘削加工问题，更可以确保刀具使用寿命，超高振频脉冲加工也有利于超微细玻璃表面加工，大大降低玻璃崩边、热裂情况，有足够切削周速度，相对提高加工效率，完全符合玻璃面板加工高品质、量化生产需求。
图1为现有触控面板的玻璃加工制程示意图。图2为本发明使用状态参考图。图3为本发明较佳实施例的剖示图。图4为本发明对玻璃开料加工示意图。图5为本发明对玻璃外形非接触式加工示意图。图6为本发明对玻璃内孔非接触式加工示意图。图中主要标号说明10旋转主轴、11外壳、12加工头、13轴承、14传动机构、20成型刀具、21内缩颈部、22倒角构造、23底尖端部、30超高频超声波振荡单元、31电缆、32超声波振动子、33电刷、34滑环、35导线、40加工机、41载台、42吸盘、50玻璃基板、51外形、 511倒角、52内孔、521倒角。
具体实施例方式首先，参阅图2所示，其揭示本发明一可行实施例，其包括一用以加工玻璃基板50 的加工机40，其是将该玻璃基板50设置在该载台41上方，并利用一吸盘42将其定位；此外，将一旋转主轴10及其外壳11装设在该加工机40上，且该加工机40可以带动该旋转主轴10呈X、Y、Z三度空间位移，以能对该玻璃基板50加工。该加工机40的结构及传动，非本发明的专利标的，容不赞述。同时配合图2、图3所示，其中该图3是图2所示的部分构造剖示放大图，其揭示一成型刀具20被装设在该旋转主轴10底部的加工头12，由于旋转主轴10是属于现有技术(Prior Art)，因此本发明仅示例性质揭示其主要构造，其他细部元件及传动方式，容不一一赘述。然而，熟悉此项技术者都知，旋转主轴10是被轴承13支撑而可在该外壳11内， 经由一传动机构14驱动而旋转，进而带动该底部的成型刀具20转动加工。
承上，本发明的成型刀具20是与传统钻石刀具不同，因本发明是采用非接触式加工，为此，其具有一内缩颈部21，本实施例中，该内缩颈部21包括设成具有上下倒角构造 22，也即上、下具有斜度面，至于斜角可为30度至45度，或60度等，依玻璃加工需求设置。再者，一超高频超声波振荡单元30，是设置在加工机40上或其周边，其通过一电缆31将驱动信号送至一设在该旋转主轴10的超声波振子32，本实施例中，该超声波振子 32是设在该旋转主轴10底部内，该电缆31通过电刷33对设在旋转主轴10底周缘的滑环 34的滑接，再经由数条导线35连接至该超声波振子32的各面。因此，当旋转主轴10高速转动时，该超高频超声波振荡单元30可以将驱动信号送至该超声波振子32。但是，以上信号传递方式仅是本发明的一可行实施例而已，但不限定于此。本发明的主要技术特征，除前述的成型刀具20的构造外，其必须再配合该旋转主轴 10的转速在5000rpm以上，且再加上超高频超声波，三者共同组合成一种非接触式的超声波脉冲加工。其中，该旋转主轴10的转速可由5000rpm调整至6000rpm以上，但不限定于此，至于该超高频超声波振荡单元30是包括17000至45000/HZ振频及400至1000W大功率输出； 此如与传统接触式加工比较，以传统刀具直径2mm，且转速为最大的60000rpm为例计算，其切削周速度(M.P.M.值)=Jix刀具直径χ主轴转速χ单位面积刃口数(约15) = (πχ 2χ 60000rpm χ 15) = 5655m/min。反观本发明以刀具直径2mm，且转速为5000rpm，振频40000/HZ为例计算，其切削周速度=(π χ 2x5000rpm χ 40000/HZ) = 1256640m/min，其超声波旋转主轴加工参数远远超过传统钻石刀具加工参数值近220倍；且如果旋转主轴调整至6000rpm，则其切削周速度=(π x2x6000rpm x40000/HZ) = 1507968m/min，则其加工参数值则超过传统钻石刀具 260 倍。故，本发明是以5000至6000rpm旋转主轴+超高频超声波+特殊成型刀具20，形成一种非接触式的超高频脉冲加工，而有别于传统以钻石刀具直接接触玻璃加工的模式，本发明不仅无粘削加工问题，更可确保成型刀具20的使用寿命。且也有利于超微细玻璃表面加工，大大降低玻璃崩边、热裂情况；再者，有足够切削周速度，相对提高加工效率及产能。如图4至图6所示，是显示本发明在对一玻璃基板50加工的示意图，其可以该成型刀具20对玻璃基板50进行开料加工、外型研磨加工、内孔研磨加工，即如图5所示，可对该玻璃基板50的外形51利用该成型刀具20的内缩颈部21及上、下倒角构造22，以非接触式的超高频脉冲GAP型式(脉冲间隙)一次性加工完成研磨及上、下倒角511。同理，也可如图6所示，以该成型刀具20的底尖端部23先作螺旋扩孔后，再以内缩颈部21伸入该内孔52，不论是长形孔或圆孔，即可对该玻璃基板50的内孔52及其上、下倒角521研磨加工一次性加工完成。所以，本发明借助上述技术手段，可将加工良率提高至95%以上，且超高频脉冲超微细加工，保有0. 02mm以内崩边规范，且非接触式脉冲加工，无刀具损耗及粘削加工问题; 再者，一次性加工到位，制程简化，减少玻璃表面粘伤，且无上下料夹治具对位公差累积等诸多功效增进。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种以超声波脉冲加工玻璃基板的方法，其特征在于，包括(a)将一旋转主轴及其外壳设在一加工机而位于待加工的玻璃基板上方，且呈可三度空间位移，并令其转速设定在5000rpm以上；(b)将一针对该玻璃基板加工需求设制而成，且具有内缩颈部的成型刀具，设在该旋转主轴底部的加工头；(c)在该旋转主轴带动该成型刀具旋转的同时，以一超高频超声波施加于该旋转主轴， 使该成型刀具的切削周速度提高至1200000m/mln以上，使该成型刀具以非接触式的超高频脉冲对该玻璃基板作一次性成型加工完成。
2.根据权利要求1所述的以超声波脉冲加工玻璃基板的方法，其特征在于，所述旋转主轴的转速由5000rpm调整至6000rpm以上。
3.根据权利要求1所述的以超声波脉冲加工玻璃基板的方法，其特征在于，所述成型刀具的内缩颈部设成具有上、下倒角构造。
4.根据权利要求1所述的以超声波脉冲加工玻璃基板的方法，其特征在于，所述超高频超声波的产生方式，包括以一旋转主轴外部的超高频超声波振荡单元，通过一电缆将驱动信号送至一设在该旋转主轴的超声波振子，该超声波振子是设在该旋转主轴底部，该电缆是通过电刷对设在该旋转主轴底周缘的滑环的滑接，再经由导线连接至该超声波振子的各面。
5.根据权利要求4所述的以超声波脉冲加工玻璃基板的方法，其特征在于，所述超高频超声波振荡单元包括为17000至45000/HZ振频及400至1000W大功率输出。
全文摘要
本发明提供一种以超声波脉冲加工玻璃基板的方法，包括(a)将一旋转主轴及其外壳设在一加工机而位于待加工玻璃基板上方，呈可三度空间位移，令其转速设定在5000rpm以上；(b)将一针对玻璃基板加工需求设制而成且具有内缩颈部的成型刀具设在旋转主轴底部加工头；(c)在旋转主轴带动成型刀具旋转同时，以超高频超声波施加于旋转主轴，使成型刀具切削周速度提高至1200000m/mln以上，该成型刀具以非接触式超高频脉冲对玻璃基板作一次性成型加工完成；提高加工效率及加工良率，明显改善玻璃研磨常态崩边情况，利于超高硬度、易碎性的特殊加工。
文档编号C03B33/02GK102336519SQ20101023467
公开日2012年2月1日 申请日期2010年7月23日 优先权日2010年7月23日
发明者罗文益 申请人:易发精机股份有限公司