可调节的固定装置制造方法

可调节的固定装置制造方法
【专利摘要】所描述的实施方案涉及可调节的固定装置。可以利用多个可调节长度的圆柱形销来形成与具有许多变化的工件一致的适形支撑结构。至少三个固定长度销具有小于可调节长度销的高度，该至少三个固定长度销可以散布在可调节长度的圆柱形销之间来界定支撑工件被保持的方向。由于可调节长度销具有高于固定长度销的未压缩的高度，因此当工件被压缩而抵靠固定长度销时，每一个可调节长度销可以被压缩为与工件的下表面一致。以这种方式，可以形成适形的支撑结构以在机械加工操作期间支撑工件。
【专利说明】可调节的固定装置

【技术领域】
[0001]描述的实施方案一般涉及固定装置。具体而言，公开了可调节的固定装置。

【背景技术】
[0002]固定薄板使得至少一侧可以被精确地机械加工而没有任何固定装置(fixture)或者不存在机械加工引入的变形，可能是困难的。当前最佳的做法是加倍用盘打磨板，使得板在经济上合理的范围内可以尽可能平坦，并且之后机械加工所述板。然而，成本和所实现的最终精度(平坦度)可以得到改进。例如，在半导体工业中通常使用扁销(Pin)夹头(chuck)来支撑硅晶圆，同时使得硅晶圆能够通过真空来保持，因此晶圆的上表面可以被加工。平坦度是被极度关注的，并且销顶部被研磨平坦而成为平面。销夹头通常具有矩形横截面，使得它们能够被布置成阵列。遗憾的是，研磨每个销夹头至精确的高度所涉及的时间和劳力可能既是耗时的也是昂贵的。


【发明内容】

[0003]该文章描述了有关用于对工件进行机械加工操作的装置和方法的各种实施方案。
[0004]公开了一种固定工件的方法。该方法包括至少以下的步骤:将多个圆柱形销放置在平坦表面上，所述多个圆柱形销包括至少三个固定长度销和多个可调节长度销；按压工件以抵靠每一个圆柱形销的上表面，直到工件的下表面直接接触每一个固定长度销；施加横向压力至多个圆柱形销，直到可调节长度销被压缩为六边形紧密聚集的阵列，其中来自相邻销的摩擦力将每一个可调节长度销锁定在对应于工件的下表面的高度；并且在机械加工操作期间抵靠多个圆柱形销来稳固工件。
[0005]公开了一种用于在机械加工操作期间支撑工件的固定装置。该固定装置至少包括以下:外壳，所述外壳包括多个界定空腔的壁；横向夹钳，所述横向夹钳设置在所述空腔内；以及多个销，所述多个销设置在所述空腔内，所述销中的至少三个为固定长度销并且其余的为可调节长度销。当横向夹钳在可调节长度销上施加横向力时，可调节长度销被锁定在与工件的下表面一致的高度。
[0006]公开了一种用于在机械加工操作期间将工件固定在适当位置上的固定设备。该固定设备至少包括以下:外壳，所述外壳包括多个侧壁和下壁，所述多个侧壁和下壁合作界定了空腔，所述多个侧壁的上边缘部分合作界定了上开口 ；弹性片，所述弹性片覆盖所述上开口的一部分，所述弹性片包括尺寸和形状与所述工件一致的工件开口 ；多个销，所述多个销沿着所述下壁的内表面布置，所述多个销包括至少三个固定长度销和多个可调节长度销；以及横向夹钳机构，所述横向夹钳机构在机械加工操作期间将横向力施加至所述多个销，所述横向力被配置为将所述多个销锁定在与所述工件的下表面相对应的高度。
[0007]通过下面结合所附附图进行的具体描述，本发明的其他方面和优点将变得明显，所述附图以示例的方式示出所描述的实施方案的原理。

【专利附图】

【附图说明】
[0008]通过参考下面的说明书和所附附图可以更好地理解所描述的实施方案。此外，通过参考下面的说明书和所附附图可以更好地理解所描述的实施方案的优点，在所附附图中:
[0009]图1A-图1B示出描绘固定设备的外壳的透视图；
[0010]图2示出适合于与在图1A-图1B中描绘的外壳一起使用的可调节销的透视图；
[0011]图3示出填充有多个销的外壳的顶视图；
[0012]图4A-图4D示出在支撑工件之前和在支撑工作期间固定长度销和可调节长度销的横截面侧视图；
[0013]图5A-图5B示出具有被配置为密封与工件协作的固定装置的外壳的空腔部分的裙部的固定装置的顶视图；
[0014]图6A示出包括多个隔板以改进设置在固定装置内的可调节长度销的刚性的固定装置的透视图；
[0015]图6B示出在图6A中描绘的固定装置的顶视图；
[0016]图7示出根据所描述的实施方案处理的工件的上表面的平坦度的图；以及
[0017]图8示出说明用于在机械加工操作期间固定工件的方法的框图。

【具体实施方式】
[0018]根据本申请的方法和装置的代表应用在该部分中进行描述。这些示例被单独提供以添加背景并且有助于理解所描述的实施方案。因此对于本领域技术人来说明显的是所描述的实施方案可以在没有一些或者所有这些特定细节的情况下实施。在其它实例中，为了避免不必要地干扰所描述的实施方案，没有详细描述众所周知的处理步骤。其他的应用也是可能的，因此下面的示例不应当被视为限制性的。
[0019]在下面的详细说明中，对形成说明书的一部分并且在其中通过例证示出了根据所描述的实施方案的特定实施方案的所附附图进行参考。尽管这些实施方案以足够的细节进行描述，以使本领域技术人员能够实施所描述的实施方案，但是应当理解，这些示例不是限制性的，因此可以使用其他的实施方案，并且可以在不脱离所描述的实施方案的精神和范围的情况下作出变化。
[0020]在制造过程中使用挤压(extruded)的金属的一个优点为所述挤压的金属的横截面形状可以自定义。遗憾的是，在后挤压淬火过程中，挤压的形状通常变得扭曲。让事态更糟的是，扭曲量对于任意给定部分在实质上可能是不同的。用于消除这些类型的扭曲的通常手段包括复杂的机制，其中工件的两侧同时进行机械加工。之前对使用固定装置来校正这种类型的扭曲所做的尝试是不成功的，这是由于在设计为使部件的表面平坦的机械加工操作期间，当部件被保持时固定装置有使部件变形的倾向。当处理具有特别细小的几何形状的工件时是特别有问题的。当部件从固定装置中释放时，工件有再回到(reassume)它的先前形状的倾向，使得平坦的表面仍然是扭曲的。
[0021]该问题的一个解决方案是创建具有符合工件的下表面的几何形状的表面的固定装置。以这种方式，工件被稳固时所抵靠的表面在机械加工操作期间不让工件变形。通过利用这样的支撑表面，机械加工操作可以应用于使工件的表面平坦，然后工件的表面在工件被释放之后保持平坦。这是有效的，因为在工件从固定装置中释放时基本上不存在要缓解(relieve)的残留压力。自定义用于工件的表面可能是耗时的且昂贵的，尤其是在部件之间存在相当大的样本变化(variat1n)时。
[0022]产生适形的(conformable)表面的一种经济的方法是使用利用多个可调整长度销的固定装置。固定装置可以包括多个销，这些销合作来生成用于工件的可调节的支撑表面。至少三个销为固定长度销，其定义了工件可以安置在上面的平面。其余的销为可调整长度销，其最初高于固定长度销，但是一旦工件接触到固定长度销则可调整长度销被压缩。在一个实施方案中，可调节长度销可以是弹簧承载的销，其容易被压缩并且不可能施加足够损坏工件的力。应当注意的是，任何可压缩销构件可以被利用来在遇到工件时提供标称量(nominal amount)的力。在一个实施方案中,其中工件的下表面已经基本上是平坦的,经压缩的可调节长度销基本上与固定长度销为相同的高度。然而，在拥有具有变化的几何形状或者大量扭曲的下表面的工件中，可调节销的高度可能大不相同，以容纳工件中的变化。
[0023]一旦销已经与工件一致(conform)，则横向力可以被施加到销上。横向力使得销被压缩而以六边形的紧密聚集(pack)的阵列的方式抵靠彼此。该横向力有效地将可调节销锁定为对应于工件的下表面的长度。在机械加工操作期间，一旦可调节销全部锁定在适当位置上，可以施加直空抽吸(vacuum suct1n)以将工件固定至所建立的固定装置的适形(conformal)表面。以这种方法，一旦工件从固定装置中释放，工件的最终几何形状可以是基本上相同的。应当注意的是，在所讨论的实施方案很好地适合如上所述的机械加工挤压金属的同时，所讨论的固定装置还可以适用于支撑和稳固具有不同尺寸和形状的工件。
[0024]下面参考图1A-图8讨论这些和其他的实施方案；然而，本领域技术人员将理解，本文中关于这些附图所给出的具体说明仅出于解释的目的，并不应当被解释为限制性的。
[0025]图1A-图1B示出描绘适合与本文中所描述的实施方案一起使用的固定设备的外壳100的透视图。图1A示出外壳100的顶透视图。外壳100包括在空腔102，在空腔102内可以布置多个销。外壳100还包括可以呈现为平坦的板的横向夹钳104，该平坦的板构造为在设置在空腔102内的销上给予横向力。在该特定描述中，外壳100还包括螺钉106。螺钉106可以构造为推进横向夹钳104直到期望量的横向力施加到设置在空腔102内的销上。当螺钉106单向施加横向力时，许多其他的实施方案也是可能的，例如，横向夹钳可以通过压缩带、液压、弹簧或者多个弹簧，或者楔体来实现。一般地，横向夹钳应当构造为施加大约10in-1bs (英寸磅)的力到销上。图1B示出移除了下板构件的外壳100的底视图，以更清楚地示出空腔102。图1B还示出侧端口 108，其可以构造为调整在机械加工操作期间在空腔102内的压力。抽吸系统可以耦接到侧端口 108以从空腔102排泄空气。外壳100可以包括多个用于调整空腔102内的压力的端口。在冷却液被引入到空腔102中的实施方案中，各端口可以被用于使冷却液循环进以及循环出空腔102。
[0026]图2示出可调节销200的透视图。在该描绘中，可调节销200是包括多个元件的可调节弹簧销。弹簧202被罩在销体204中。仅描绘了销体204的一半，使得可以描绘可调节销200的内部元件。销体204可以是薄壁的不锈钢销体204。销体204的薄壁可以允许销体204变形，由此增加了聚集密度和相邻聚集的销之间的摩擦力。在一个特定实施方案中，弹簧202可以构造为使得通过弹簧施加至工件的力将工件的挠曲(deflect1n)限制为大约3微米。可调节销200还包括两个端盖206和208。端盖206可以由没有明显比其被构造来支撑的工件硬的材料制成。在一个特定实施方案中，端盖206和208可以由阳极化铝形成，并且可调节销200在完全压缩的状态中总的纵向长度可以是大约4.5英寸。端盖206和208还可以构造为轴向地稳定弹簧202。应当注意的是，虽然端盖206和208被描绘为具有圆柱形几何形状，但是替代的形状也是可能的，例如圆顶的形状。在一个特定实施方案中，端盖206可以具有子弹形状的或者凸的几何形状。在另一个实施方案中，端盖206和208两者连同销体204可都具有界定非圆形(例如六边形横截面)的几何形状的外表面。具有六边形几何形状的可调节销可以仍然允许可调节销在被压缩到一起时呈现六边形紧密聚集的阵列。其他的几何形状也是可能的，并且被认为在该公开的范围内。
[0027]图3示出填充有多个销的外壳100的顶视图。销可以包括可调节长度销200和固定长度销302。固定长度销302可以被机械加工为比可调节长度销200未压缩的高度短的预定高度。在一个实施方案中，建立固定长度销302的高度可以在所有的销被装载到外壳100中之后完成。金属板可以被向下压在可调节长度销200上，金属板具有对固定长度销302开口的孔。在该方法中，可调节长度销200可以被压缩为在固定长度销302应当被机械加工到的高度之下。一旦每个固定长度销302被机械加工为具有预定高度，则可以移除金属板。在一些实施方案中，金属板可以操作以收集来自调节固定长度销的高度的任何金属碎片。在该方法中，固定长度销302可以被精确机械加工为在外壳100的底部内表面之上的特定高度。在设定固定长度销的高度之后，每个可调节长度销200可以在工件接触到每个固定长度销302时接合工件的下表面。所描绘的图3的特写图示出当可调节长度销200处于未压缩状态时，固定长度销302如何短于可调节长度销200。
[0028]图4A-图4D示出在支撑工件之前和在支撑工件期间固定长度和可调节长度销的横截面图。图4A示出围绕固定长度销302设置的可调节长度销200。如图所示，可调节长度销200具有基本上大于固定长度销302的高度。在图4A中，工件400设置为就在销之上。在一个实施方案中，可以应用三点真空钳子(gripper)来将工件400降低到固定长度销302上。通过利用三点真空钳子，在工件400被悬挂在销之上时，可以基本上防止工件400的翘曲。这可以有助于防止可调节长度销200中的一些在它们接触到工件400时被不恰当地压缩。在图4B中，示出与固定长度销302完全接触的工件400。在一些实施方案中，一旦工件400与销接触，真空钳子可以使工件400振动，以防止在相邻的销或隔板(bulkhead)之间的摩擦力，以免其阻止销中的一个与工件400恰当地接触。在该特定描绘中，作为工件400的下表面基本上平坦的结果，每个可调节长度销200被压缩到与固定长度销302基本上相同的高度。
[0029]图4C示出替代实施方案，其中工件410包括沿着工件410的下表面的突出特征412。在一些实施方案中，突出特征412可以是工件420的设计的一部分。显示出其中一个可调节长度销200比其他的相邻的可调节销200压缩的更多，由此防止突出部412接受来自任何各销的过量压力。此外，虽然仅单个销显示出取决于突出部412的尺寸和形状的变形，但是许多销可以具有各种压缩量来容纳突出部412。图4D示出另一个替代实施方案，其中工件420的下表面基本上是变化的。工件420包括凹陷部422，其可能导致可调节长度销中的一个具有大于固定长度销302的高度。工件420还可以包括突出部424，其导致可调节长度销中的一些具有如所描述的可变压缩量。在其他实施方案中，样品变化可能导致各个销的压缩的差异。在图4D中示出的另一个差别是圆的端盖426。圆的端盖使得端盖426能够更平滑地与工件420的变化的下表面相互作用。在该方法中，防止了锋利的边缘影响工件420的下表面，从而防止在工件420上过度的磕凿和压力。端盖426还可以包括在端盖中的阻尼元件，以允许可调节长度销200不被锁定的构造。在这样的构造中，阻尼元件可以防止由机械加工操作导致的振动过度地使在未锁定的可调节长度销200内的弹簧元件振动。在另一个实施方案中，端盖426的接触表面可以包括例如橡胶或者氯丁橡胶表面，以助于防止在销和工件之间的划伤或者损坏。
[0030]图5A示出填充有销的外壳100的顶视图。裙部(skirt)502可以放置在一部分的销上。裙部502可以包括在一部分的销上的开口，开口具有与工件506 —致的尺寸和形状。与裙部502合作的工件可以构造为密封空腔102，使得工件可以通过真空抽吸固定在适当位置上。工件的外围部分可以覆盖裙部502的一部分以密封空腔102。在一些实施方案中，裙部502可以由橡胶片以及金属框架形成。在一个特定实施方案中，橡胶片可以是大约1/32英寸厚。金属框架可以构造为当在空腔102内应用抽吸时，将橡胶片稳定在适当位置上。在一个特定实施方案中，可以应用大约0.25atm的抽吸。在又一个实施方案中，裙部502可以是具有尺寸与工件506 —致的开口的金属框架。裙部502可以包括边缘密封件，该边缘密封件构造为接合工件的横向侧以产生密封。图5B示出工件506可以如何覆盖裙部502中的开口。此外，图5B示出可以如何利用对齐基准(alignment datum) 504来相对于机械加工工具来定位工件506。在一个实施方案中，对齐基准504可以螺栓连接(bolted)在外壳100上,从而提供稳固停止件(secure stop),机械加工工具抵靠该稳固停止件可以运用机械加工力。在一些实施方案中，当来自机械加工操作的力指向基准504时，对齐基准504可以降低在给定机械加工操作期间固定工件506所需要的真空抽吸的量。
[0031]图6A示出填充有销和隔板的外壳100的透视图。隔板602可操作以增加可调节长度销200的刚性。随着经压缩的销的面积增加，可调节销的刚性降低。通过在整个空腔102中间隔地放置刚性的隔板602，可调节长度销200的刚性可以增加。在一些实施方案中，可以仅通过相邻的销将隔板602稳固在适当位置上，而在其他实施方案中，隔板602可以稳固至外壳100的下内表面。无论如何，刚性隔板602可以具有低于固定长度销302的高度，使得刚性隔板602不接触到工件的下表面。隔板602相对于销可以是狭窄的，使得在支撑工件时没有实质上的损失。图6B示出外壳100的顶视图。在该图中，可以清楚地看见六边形紧密聚集的销的阵列。该几何形状可以通过每个销的圆柱形几何形状实现。此外，隔板602的长度可以足够短，使得在如在图6B中描绘地横向夹钳104与销接合时，隔板602不直接接触横向夹钳104。尽管描绘了一共五个固定长度销302，但应当理解，所描绘的实施方案在少至三个固定长度销302时也是可行的。
[0032]图7为描绘机械加工操作来使工件的上表面平坦的结果的图。在机械加工操作期间，移除了大约0.012英寸的材料。该图显示出利用所描述的实施方案，在工件的中心部分和工件的外围部分(在图7中用圆形表示的高点和低点)之间的最大差异大约为15微米。
[0033]图8示出显示用于在机械加工操作期间固定工件的方法的框图。在第一步802中，按压工件的下表面以抵靠多个销，直到工件接合至少三个固定长度销。当按压工件以抵靠固定长度销时，多个可调节长度销被压缩并且符合工件的下表面的形状。三个固定长度销每个都具有在预期方向上建立工件的预定高度。在工件抵靠固定长度销就位之后，在步骤804，对着销施加横向力来将可调节长度销锁定在对应于工件的下表面的高度。可以通过界定包围和支撑销的空腔的外壳来施加横向力。在将销锁定在适当位置之后，在步骤806，工件被抽吸以抵靠销，以在机械加工操作期间将工件保持在适当位置上。应当注意的是，在一些实施方案中，外壳的空腔可以被填充有用于在机械加工操作期间从工件消除热量的冷却液。
[0034]所描述的实施方案的各个方面、实施方案、实施方式或者特征可以单独或者以任何组合使用。所描述的实施方案的各个方面可以通过软件、硬件或者硬件和软件的组合来实施。所描述的实施方案还可以体现为在用于控制生产操作的计算机可读媒质上的计算机可读代码或者体现为在用于控制生产线的计算机可读媒质上的计算机可读代码。计算机可读媒质是可以存储数据的任意数据存储设备，其可以在之后通过计算机系统读取。计算机可读媒质的实例包括只读存储器、随机存取存储器、CD-ROM、HDD、DVD、磁带以及光学数据存储设备。计算机可读媒质还可以在网络耦接的计算机系统上分布，使得计算机可读代码得以以分布式方式存储和执行。
[0035]前面的描述出于说明的目的，使用特定术语来提供对所描述的实施方案的深入了解。然而，对于本领域技术人员来说明显的是不需要所述特定细节来实行所描述的实施方案。因此，前面的特定实施方案的描述是出于例证和说明的目的而提出的。它们并非意图穷举或者将所描述的实施方案限制为所公开的精确形式。对于本领域普通技术人员来说明显的是，鉴于以上教示，许多修改和变化是可能的。
【权利要求】
1.一种用于固定工件的方法，包括: 将多个销放置在外壳的平坦表面上，所述外壳的平坦表面与外壳的其他表面合作以界定空腔，所述多个销包括至少三个固定长度销以及多个可调节长度销； 利用所述工件的下表面压缩所述多个可调节长度销中的至少一部分，直到所述工件的下表面接触所述固定长度销中的至少三个； 施加横向压力至所述多个可调节长度销，直到所述多个可调节长度销被压缩为六边形的紧密聚集的阵列，其中来自相邻的销的摩擦力将每个可调节长度销锁定在与所述工件的下表面相对应的高度；以及 在机械加工操作期间抵靠所述多个销来稳固所述工件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中至少一个固定长度销具有不同于至少另一个固定长度销的高度。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括: 在机械加工操作期间，使冷却液循环通过所述外壳的空腔，以在机械加工操作期间从所述工件的下表面去除热量。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括: 利用裙部覆盖外壳的上开口的一部分，所述裙部具有尺寸与所述工件的下表面一致的开口。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在机械加工操作期间抵靠所述多个销来稳固所述工件包括从所述外壳的空腔抽吸空气，以在机械加工操作期间抵靠所述多个销来保持所述工件。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述固定长度销相对于所述外壳界定所述工件的方向。
7.根据权利要求1所述的方法，其中至少一部分的可调节销中的每一个的上表面是圆形的，以允许所述可调节销符合沿着所述工件的下表面设置的不规则特征。
8.根据权利要求1所述的方法，其中利用所述工件的下表面压缩可调节长度销包括从所述外壳的空腔抽吸空气，所述抽吸使得所述工件压缩所述可调节长度销。
9.一种用于在机械加工操作期间支撑工件的固定装置，所述固定装置包括: 外壳，所述外壳包括多个一体形成的、界定空腔的壁； 横向夹钳，所述横向夹钳设置在所述空腔内；以及 多个销，所述多个销设置在所述空腔内，所述多个销包括至少三个固定长度销以及多个可调节长度销，其中当所述横向夹钳在所述多个可调节长度销上施加横向力时，所述可调节长度销被锁定在与所述工件的下表面一致的高度。
10.根据权利要求9所述的固定装置，进一步包括: 跨所述外壳的上开口设置的裙部，所述裙部具有与所述工件的下表面一致的开口。
11.根据权利要求9所述的固定装置，进一步包括: 多个对齐基准，所述多个对齐基准耦接至所述外壳的上表面，并且被配置为帮助所述工件相对于所述固定装置精确对齐。
12.根据权利要求9所述的固定装置，其中所述固定长度销中的每一个都沿着所述外壳的下壁的内表面固定地放置。
13.根据权利要求10所述的固定装置，进一步包括: 真空装置，所述真空装置被配置为将空气抽出所述空腔，以抵靠所述多个销来稳固所述工件的下表面。
14.根据权利要求9所述的固定装置，其中所述多个销中的每一个销具有圆柱形几何形状，并且其中所述可调节长度销通过压缩所述销内的内部弹簧而被调节。
15.根据权利要求9所述的固定装置，进一步包括: 冷却液循环系统，所述冷却液循环系统被配置为在机械加工操作期间使冷却液循环通过所述外壳的空腔。
16.根据权利要求9所述的固定装置，其中所述多个销由所述外壳的下内部表面支撑，并且其中所述固定长度销被固定地耦接至所述下内部表面。
17.一种固定设备，所述固定设备用于在机械加工操作期间将工件稳固在适当位置上，所述固定设备包括: 外壳，所述外壳包括下壁和多个侧壁，所述下壁和多个侧壁合作以界定空腔，其中所述多个侧壁的上边缘部分合作以界定上开口； 弹性片，所述弹性片覆盖所述上开口的一部分，所述弹性片包括具有与所述工件一致的尺寸和形状的工件开口； 多个销，所述多个销沿着所述下壁的内表面布置，所述多个销包括至少三个固定长度销和多个可调节长度销；以及 横向夹钳机构，所述横向夹钳机构在机械加工操作期间将横向力施加至所述多个销，所述横向力被配置为将所述多个销锁定在与所述工件的下表面相对应的高度。
18.根据权利要求17所述的固定设备，进一步包括设置在所述外壳内的隔板，所述隔板将所述多个销分成第一部分和第二部分。
19.根据权利要求18所述的固定设备，其中至少一个固定长度销被设置在销的所述第一部分和第二部分中的每一个中。
20.根据权利要求17所述的固定设备，其中至少一部分的可调节长度销具有凸的上表面以及圆形的横截面。
【文档编号】B25B11/00GK104511766SQ201410513090
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】C·H·小沃纳, E·J·吉欧维克, A·H·斯洛克姆 申请人:苹果公司