本申請涉及激光鉆孔技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種超聲輔助的陶瓷激光鉆孔方法及裝置。

背景技術(shù)：

陶瓷材料因具有良好的性能，如高強度、高硬度、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點，已在多個領(lǐng)域替代金屬材料，成為應(yīng)用廣泛的工程材料。陶瓷的硬脆特性使得其難以加工。傳統(tǒng)加工方法效率低，成本高，精度難以控制。激光加工屬于高能束加工方法，與工件不接觸，陶瓷材料易吸收激光，可提高作業(yè)效率。因此，激光加工技術(shù)在陶瓷的加工領(lǐng)域中彰顯優(yōu)勢。目前激光鉆孔的陶瓷工件厚度受限，易形成錐孔。激光的高能量燒蝕形成的材料熔渣殘留在加工區(qū)域，嚴重影響工件質(zhì)量，而且形成的熱應(yīng)力對加工效果不利。超聲加工對于各種硬脆材料的加工十分有效。與易在加工表面引起熱應(yīng)力從而造成微裂紋的激光加工相比，采用超聲加工的工件加工表面無殘余應(yīng)力，加工過程受力小，熱影響小，無破壞層，但單純的超聲加工效率較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本申請?zhí)峁┮环N超聲輔助的陶瓷激光鉆孔方法及裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)中，陶瓷可激光鉆孔的工件厚度薄且鉆孔質(zhì)量不高的問題。

根據(jù)本申請的第一方面，本申請?zhí)峁┮环N超聲輔助的陶瓷激光鉆孔方法，包括以下步驟：將陶瓷工件固定到超聲振動平臺上；使用激光鉆孔系統(tǒng)對陶瓷工件鉆孔，同時，超聲振動平臺內(nèi)的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生沿鉆孔方向傳播的超聲波，使陶瓷工件沿鉆孔方向超聲振動；陶瓷工件加工前后均需置于酒精溶液中超聲清洗。

根據(jù)本申請的第二方面，本申請?zhí)峁┮环N超聲輔助的陶瓷激光鉆孔裝置，包括機架和安裝在機架上的超聲輔助激光鉆孔系統(tǒng)，超聲輔助激光鉆孔系統(tǒng)包括安裝在機架上的精密平臺和安裝在精密平臺上的超聲振動平臺，超聲振動平臺內(nèi)設(shè)有超聲波發(fā)生器；超聲振動平臺用于固定陶瓷工件；超聲振動平臺上方設(shè)有激光鉆孔系統(tǒng)，激光鉆孔系統(tǒng)在對陶瓷工件鉆孔時，超聲波發(fā)生器用于產(chǎn)生沿鉆孔方向傳播的超聲波，使陶瓷工件沿鉆孔方向超聲振動。

本申請的有益效果是，由于本申請在對陶瓷工件進行激光鉆孔的同時，使用超聲波發(fā)生器產(chǎn)生沿鉆孔方向傳播的超聲波，使陶瓷工件沿鉆孔方向來回振動，從而將激光鉆孔時產(chǎn)生的熔渣從鉆孔內(nèi)排出，提升了鉆孔深度，改善了工件質(zhì)量。超聲振動也使工件表面與空氣對流加快，加快了冷卻速度。

通過旋轉(zhuǎn)超聲對鉆孔進行二次加工，可減少孔壁錐度，提高孔徑精度。該方法適用于不同錐度的孔，可實現(xiàn)無錐度孔的加工，同時也可以按需加工出不同結(jié)構(gòu)的錐度孔。

附圖說明

圖1為實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為實施例2中翻轉(zhuǎn)組件動作的一種狀態(tài)圖；

圖4為實施例2中翻轉(zhuǎn)組件動作的另一種狀態(tài)圖；

圖5為實施例2中翻轉(zhuǎn)組件動作的又一種狀態(tài)圖；

圖6為一次鉆孔后陶瓷工件的剖視圖；

圖7為實施例2中旋轉(zhuǎn)超聲加工系統(tǒng)動作的示意圖；

圖8為二次加工后陶瓷工件的一種示例的剖視圖；

圖9為二次加工后陶瓷工件的另一種示例的剖視圖。

具體實施方式

下面通過具體實施方式結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。其中，陶瓷工件加工前后均需置于酒精溶液中超聲清洗。

實施例1：

一種超聲輔助的陶瓷激光鉆孔裝置，如圖1所示，包括機架1和安裝在機架1上的超聲輔助激光鉆孔系統(tǒng)10。該超聲輔助激光鉆孔系統(tǒng)10包括安裝在機架1上的精密平臺11和安裝在精密平臺11上的超聲振動平臺12，超聲振動平臺12內(nèi)部設(shè)有超聲波發(fā)生器13，其上方設(shè)有激光鉆孔系統(tǒng)20，超聲振動平臺12的上表面用于固定陶瓷工件100，以便激光鉆孔系統(tǒng)20對陶瓷工件100進行鉆孔等加工動作。激光鉆孔系統(tǒng)20在對陶瓷工件100鉆孔時，超聲波發(fā)生器13產(chǎn)生沿鉆孔方向傳播的超聲波，從而使陶瓷工件100沿鉆孔方向超聲振動。鉆孔形成的熔渣在超聲振動下從孔中噴出，使激光得以對未加工的部分進行鉆孔，提高了加工陶瓷工件的厚度。同時，熔渣的排出也提升了工件表面的質(zhì)量。

激光鉆孔系統(tǒng)20在鉆孔時，其鉆孔的方向要根據(jù)陶瓷工件100的具體形狀及加工要求確定，超聲發(fā)生器13的安裝也要根據(jù)超聲振動平臺12的情況來確定，此為本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實際情況作出的選擇，在此不做贅述。

對于激光鉆孔系統(tǒng)20，如圖1所示，本實施例提供了一種示例，其包括激光發(fā)生器21、反射鏡23和聚焦裝置24，聚焦裝置24內(nèi)設(shè)有聚焦鏡25。激光發(fā)生器21產(chǎn)生激光束22后，經(jīng)反射鏡23反射至聚焦裝置24，聚焦鏡25聚焦后照射到陶瓷工件100上。在鉆孔過程中，可根據(jù)需要向聚焦裝置24內(nèi)通入保護氣體。當然，在其他實施例中，激光鉆孔系統(tǒng)20還可以有其他結(jié)構(gòu)，但只要其具有激光鉆孔功能，均應(yīng)落入本實施例的保護范圍。

實施例2：

作為實施例1的改進，如圖2所示，本實施例還包括運輸組件30、翻轉(zhuǎn)組件40和旋轉(zhuǎn)超聲加工系統(tǒng)50。運輸組件30包括上吸盤組件和對應(yīng)的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌在圖中未示出，上吸盤組件吸附陶瓷工件100后在導(dǎo)軌內(nèi)移動，從而輸送陶瓷工件100。翻轉(zhuǎn)組件40用于將一次鉆孔后的陶瓷工件100翻轉(zhuǎn)過來，以便在旋轉(zhuǎn)超聲加工系統(tǒng)50進行二次加工。

如圖3-圖5所示，翻轉(zhuǎn)組件40包括第一吸盤組件41和第二吸盤組件42；第一吸盤組件41包括固定在機架1上的第一底座411以及與第一底座411相鉸接的第一可伸縮桿412，第一可伸縮桿412的上端固定有第一轉(zhuǎn)動吸盤413，還包括用于控制第一可伸縮桿412轉(zhuǎn)動和控制第一轉(zhuǎn)動吸盤413吸附與松開工件的驅(qū)動器，該驅(qū)動器設(shè)置在機架1內(nèi)，圖中未示出。第二吸盤組件42包括固定在機架1上的第二底座421以及與第二底座421相鉸接的第二可伸縮桿422，第二可伸縮桿422的上端固定有第二轉(zhuǎn)動吸盤423，驅(qū)動器還用于控制第二可伸縮桿422轉(zhuǎn)動和第二轉(zhuǎn)動吸盤423吸附與松開工件的動作。

如圖3所示，運輸組件30將一次鉆孔后的陶瓷工件100運輸?shù)降谝晦D(zhuǎn)動吸盤413上，第一轉(zhuǎn)動吸盤413吸附固定陶瓷工件100的B面，然后，第一可伸縮桿412和第二可伸縮桿422開始相向轉(zhuǎn)動；圖4中，第一轉(zhuǎn)動吸盤413和第二轉(zhuǎn)動吸盤423轉(zhuǎn)動至彼此相向面對的位置，此時第二轉(zhuǎn)動吸盤423吸附固定陶瓷工件100的B面，第一轉(zhuǎn)動吸盤413松開對陶瓷工件100A面的吸附動作；圖5中，第二轉(zhuǎn)動吸盤423轉(zhuǎn)動至原豎直位置，此時，陶瓷工件100已完成翻轉(zhuǎn)。運輸組件30再將翻轉(zhuǎn)后的陶瓷工件100運輸至旋轉(zhuǎn)超聲加工系統(tǒng)50。

旋轉(zhuǎn)超聲加工系統(tǒng)50包括水槽51和設(shè)置在水槽51內(nèi)的工作平臺52，工作平臺52用于固定翻轉(zhuǎn)后的陶瓷工件100。在工作平臺52的上方設(shè)有旋轉(zhuǎn)超聲振動工具60，旋轉(zhuǎn)超聲振動工具60用于對孔進行二次加工。

圖6示出了一次加工后陶瓷工件100的剖視圖，可看出陶瓷孔101具有一定錐度，陶瓷孔101的截面形成上大下小的梯形，因此通過翻轉(zhuǎn)組件40將陶瓷工件100翻轉(zhuǎn)過來，以便對陶瓷孔101孔徑較小的一面進行加工。

如圖7所示，旋轉(zhuǎn)超聲振動工具60伸入到陶瓷孔101內(nèi)，在原鉆孔的軸向上作超聲振動，同時隨主軸旋轉(zhuǎn)，從而加工陶瓷孔101孔徑相對較小的一面。同時，通過旋轉(zhuǎn)超聲振動工具60向陶瓷孔101內(nèi)通入冷卻液，以降低加工時的高溫并沖洗加工下來的材料碎片。沖洗后的冷卻液最后流入到水槽51內(nèi)。

圖8為二次加工后陶瓷工件100的一種示例的剖視圖，將一次加工后獲得的錐形孔加工為無錐度的陶瓷孔101。

圖9示出了二次加工后陶瓷工件100的另一種示例的剖視圖，可根據(jù)用戶的需要，保留陶瓷孔101內(nèi)一部分的錐形，從而加工出圖9中含有直孔與錐孔結(jié)構(gòu)的孔。

實施例3：

一種超聲輔助的陶瓷激光鉆孔方法，包括以下步驟：

S101：將陶瓷工件固定到超聲振動平臺上。

S102：使用激光鉆孔系統(tǒng)對陶瓷工件鉆孔，同時，超聲振動平臺內(nèi)的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生沿鉆孔方向傳播的超聲波，使陶瓷工件沿鉆孔方向超聲振動。

進一步的，還包括：

S103：將一次鉆孔后的陶瓷工件翻轉(zhuǎn)；

S104：將翻轉(zhuǎn)后的陶瓷工件固定到旋轉(zhuǎn)超聲平臺上；

S105：使用旋轉(zhuǎn)超聲振動工具對一次鉆孔進行二次加工，旋轉(zhuǎn)超聲振動工具沿鉆孔軸向作超聲振動并隨主軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)超聲對陶瓷工件的孔進行二次加工時，向孔內(nèi)通入冷卻液。

進一步的，步驟S103將一次鉆孔后的陶瓷工件翻轉(zhuǎn)，具體為：通過上吸盤組件將一次鉆孔的陶瓷工件輸送至第一轉(zhuǎn)動吸盤上；第一轉(zhuǎn)動吸盤吸附固定陶瓷工件的其中一面；第一轉(zhuǎn)動吸盤和第二轉(zhuǎn)動吸盤相向轉(zhuǎn)動至彼此相向面對；第二轉(zhuǎn)動吸盤吸附固定陶瓷工件的另外一面，第一轉(zhuǎn)動吸盤松開對陶瓷工件第一面的吸附動作；第二轉(zhuǎn)動吸盤轉(zhuǎn)動至原豎直位置。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換。