專利名稱:流體噴射切削系統(tǒng)的調(diào)準(zhǔn)方法及器械的制作方法
本發(fā)明與流體噴射切削系統(tǒng)有關(guān)。利用高速噴流作切削，在其技藝領(lǐng)域中已為熟知。作為典型而言，把水之類的一種流體，壓縮到55，000磅/英寸2的壓力，通過一個直徑為0.003至0.030英寸的散離(drool)噴咀，產(chǎn)生達到三倍音速的軸向射流。這樣產(chǎn)生的噴流可用于切割金屬和非金屬材料，諸如鋼，鋁，紙，橡膠，塑料等等。
對金屬或非金屬工件支承，以便用噴流沖擊，工件離噴咀的軸向距離，典型為0.10至2.50英寸之間。
在切削操作中，工件和噴咀之間，有作相對運動的條件。其典型為噴咀安裝在一個“X-Y”工作臺上，作相對于工件的兩自由度活動。當(dāng)然還可以設(shè)置裝置，把噴咀作第三自由度的活動，和工件靠近或遠(yuǎn)離，并且/或者，如有需要的話，設(shè)置一個第四自由度(也就是作旋轉(zhuǎn))。
切削噴咀的活動常常由一個微處理器控制，微處理器按照編程序的指令，把噴咀通過一系列坐標(biāo)確定的位置移動。為了保證在工件上作精確切削，對于工件在支承裝置上精確定位，從而程序中的座標(biāo)能夠把噴咀的位置相對于工件確定，給予了相當(dāng)大的注意。僅作舉例說明的是支承裝置通常有加工夾具，把工件在支承裝置上精確定位。例如，加工夾具中可以有若干定位銷，插入工件上的對接孔中。否則，也可以在加工夾具上設(shè)孔，和工件上的銷或外伸部對接。
雖然加工夾具可以把工件在支承裝置上精確定位，但還必須設(shè)置條件，減少或消除切削噴咀的實際位置和理論位置之間的誤差。微處理器件用的程序坐標(biāo)值，假定在切削操作開始以前，切削噴咀已經(jīng)向著一個參考點調(diào)零。因此，噴咀位置的精度，取決于先對一塊材料作實際切削，通過檢驗，肯定切削是否符合所期，然后調(diào)節(jié)噴咀位置，再重復(fù)切削操作證實誤差是否已經(jīng)糾正。
根據(jù)本發(fā)明所提出，揭示了一種按照一個參考位置，調(diào)準(zhǔn)流體噴流的方法，方法中包括把一個靶孔，放在一個與噴流噴咀有軸向間隔的參考點上。靶孔至少有一個軸向伸展的部分，其有效截面略為大于噴流的截面。于是產(chǎn)生一個壓力比切削要求低的流體噴流，噴流咀和靶孔扇形部之間的相對位置可調(diào)節(jié)，使噴流從孔的扇形部中通過時，有最少的間斷。
在最簡單的實施方案中，靶孔可以是一個簡單的通孔，在一個調(diào)準(zhǔn)件上形成，并且沿軸線測量時，有恒定的直徑。另外，靶孔也可以是漏斗形，側(cè)壁向著軸向伸展的扇形部分尖削，有效截面略大于噴流的截面。
術(shù)語“有效截面”，用于表示靶孔在與噴流軸線垂直的平面里的截面量度。據(jù)本發(fā)明所提，設(shè)有一個調(diào)準(zhǔn)器把噴流在一個參考位置上定位，其中有裝置限定一個有效截面略大于噴流截面的靶隙，并有安裝裝置保持靶隙離開參考位置上的噴咀的軸向間距。
原則上講，本人發(fā)現(xiàn)當(dāng)噴流的中心和一個截面僅略大于噴流截面的噴咀中心對準(zhǔn)，從噴咀噴出的噴流從孔中通過，只要噴流不間斷，兩中心的不對準(zhǔn)隨時可以看見，因為噴流被靶孔周圍的材料偏折時，會造成很大的飛濺。因此，噴流和參考點對準(zhǔn)的目視檢驗很容易做到。
關(guān)于本發(fā)明的其他優(yōu)點和細(xì)節(jié)，從下文對理想實施方案的敘述中可以清楚了解，下列附圖即為本說明書的一部分圖1是按本發(fā)明制造的噴流切削系統(tǒng)的透視;
圖2是圖1中沿2-2線的放大分解剖面?zhèn)纫暎硎景幢景l(fā)明制造的一個調(diào)準(zhǔn)器;
圖3A是本發(fā)明另一實施方案透視圖;
圖3B是圖3A中圓圈部分的放大分解透視圖;
圖4是本發(fā)明的又一實施方案。
圖1中是使用本文所述調(diào)準(zhǔn)器的噴流切削系統(tǒng)的透視。切削系統(tǒng)有一個切削頭10，其安裝方法有利于在一個X-Y臺30上作兩自由度的活動。切削頭10有一個高壓流體噴咀12，和一個高壓增強器13連通。增壓器在本技藝領(lǐng)域中已屬常見;其一種為美國專利第3，811，795號的主題，該發(fā)明已轉(zhuǎn)授給本發(fā)明的同受授人，其內(nèi)容本文引速作為參考。
噴咀12形成一個諸如水等的高速噴流，直徑約為0.003至0.014英寸，速度約為3，000英尺/秒。噴流是切削放在噴咀下面的工件的介質(zhì)。在圖1中，加工工件是印刷電路板材的母板(masterboard)。
母板放在一個大致平坦的矩形平板14上，在噴咀下方約0.10至2.50英寸。有若干這種平板14，輪流由架體2支承。
每塊平板14支承一個加工板15，在圖1中僅示出最左側(cè)的平板14。加工板15上有四個孔15a-d，平板的上表面，在孔中露出。四個孔圍成切削區(qū)，利用軸向伸出的分度銷17，按技藝領(lǐng)域中的已知方法，把四塊母板分別放在切削區(qū)上。
在圖1中，示出兩對分度銷17，分別和孔15a，15d相鄰。有兩對額外的分度銷，也相似與孔15b，15c相鄰，但在圖中被一條側(cè)軌33遮住。銷17緊密插在母板上的有精確位置的孔中。
雖然，在圖1中，為了觀看清楚僅繪出一個噴咀12，但本技藝領(lǐng)域中的擅長者可以認(rèn)識到，圖中的加工裝置，常和四個同時動作的切削頭配合使用。在這種多噴咀裝置中，為了作調(diào)準(zhǔn)，各噴咀可以單獨動作，然后共同活動，同時切削四個母板。
有一個收集器31，放在圖中噴咀12的下面，在平板14的另一側(cè)。收集器一般是一個上面開口的器皿，收集廢切削液和切削材料，并把噴流的剩余能量消散。
在一次切削作業(yè)中，把一塊母板放在圖示的輸送系統(tǒng)一端的、帶平板的加工夾具15上。然后母板由微處理器控制下的輸送裝置，輸送到噴咀12下方的位置上。輸送裝置的細(xì)節(jié)超出本申請書的范圍，為求文字簡潔故不詳述。
母板一旦送到噴咀12下的位置上，噴咀由微處理器促動，產(chǎn)生噴流。X-Y臺10隨微處理器控制器反應(yīng)，把噴咀沿臺板行程的方向移動，并在這方向上橫向移動，在基板上作一次或多次切削。
噴流的切削路徑，由微處理器識讀的數(shù)據(jù)限定。在實質(zhì)上，數(shù)據(jù)就是關(guān)于切削板上的一個想象的覆蓋格柵上、切削路徑交叉點的坐標(biāo)信息。坐標(biāo)系可采用直角坐標(biāo)，極坐標(biāo)等等。因此，任何任意的路徑，只需規(guī)定路徑所用的坐標(biāo)，便可予以跟蹤。
雖然分度銷17可以把工件作相對于覆蓋坐標(biāo)系的精確定位，但必須留意的是要保證噴咀位置的坐標(biāo)盡可能和程序坐標(biāo)接近。這種精確性在母板上的元件密度大時尤為必須。
當(dāng)電子印刷電路板大規(guī)模生產(chǎn)時，在把母板分切成單獨的印刷電路板前，最好先進行盡可能多次的工序。因此，在把母板分切以前，最好把電子元件插入并焊接，然后進行全部的清理工序?，F(xiàn)在印刷電路板上的元件密度已有令人難以置信的增高。為了避免在分切操作中損壞電子元件，所以實際的坐標(biāo)和程序坐標(biāo)必須盡可能接近。
一旦母板分切完成，噴咀12由微處理器靜化(deactivate)，承載切割母板的臺板在微處理器控制下，被轉(zhuǎn)移到下一工位上去。然后在下一塊母板上再進行切削工序。
對本技藝領(lǐng)域擅長的人將能看出，在X-Y臺上可以安裝多個切削噴咀，并可和圖示的噴咀12連接，隨同作一個方向或兩個方向的活動。此外，還可以有附加的切削噴咀，在一個或兩個方向上獨立運轉(zhuǎn)。
為了使噴咀位置和理想位置作精確的協(xié)調(diào)，本發(fā)明提出了一種裝置，在開始切削以前，把噴咀位置在參考點上調(diào)零。參見圖2，該圖示出圖中的分度銷17的一個分解側(cè)視剖面。銷17是一個大致的管形體，其上端向內(nèi)尖削。銷17的底部牢固插在加工板15中，如本技藝領(lǐng)域中所見。
有一種按本發(fā)明制造的調(diào)準(zhǔn)器100，有一個大致的圓柱形體104，其內(nèi)徑尺寸適合于把加工夾具15的預(yù)選定的銷17，以可滑動的方式插入。圓柱形體104向噴咀12軸向伸出。圖柱形體的接近噴咀的端部是一個封閉端，僅有一個通孔形式的靶孔106，軸向放在噴咀12和銷17之間。
靶孔106的軸線，確定一個參考位置，通過把噴流的軸線和靶孔軸線作共軸對準(zhǔn)，把噴咀作對準(zhǔn)參考位置的調(diào)零。圖中的靶孔106的軸線108，已和銷的軸線110調(diào)準(zhǔn)，然而擅長本技藝者能理解到這并不是必須的。
靶孔的尺寸比噴流的直徑大0.004英寸。當(dāng)噴流和靶孔同軸對準(zhǔn)后，便可無干擾地噴出。假如噴流在軸向上沒有對準(zhǔn)，那么噴流在圖示的調(diào)準(zhǔn)件上表面上的折流，便會造成大量的飛濺。
調(diào)準(zhǔn)件100用直徑0.5英寸的300號不銹圓鋼制成，長度為0.5英寸。圓鋼中鉆與外徑同心的孔，并鉆相對孔供銷17插入。噴流直徑為0.10英寸，加工銷的直徑為0.249英寸。
操作時在加工銷上放一個帽，然后促動噴咀，壓力最好低于切削要求。用手工或微處理器控制器調(diào)節(jié)噴咀位置，直到通過靶孔106的噴流有最少的，或沒有飛濺。噴流通過靶孔后，從管形銷的內(nèi)通道中經(jīng)過，進入收集器31(見圖1)。然后把帽除去，開始切削作業(yè)。
圖3A及3B示本發(fā)明的第二實施方案，特別適用于分度銷17為非管形時。有一個大致為平面的調(diào)準(zhǔn)板200，用鋁鉆模板制成。調(diào)準(zhǔn)板200有若干通孔202，尺寸適宜于牢固插入加工板15上的分度銷17(圖1)，并可從分度銷上面除去。
圖示的調(diào)準(zhǔn)板200還有四個調(diào)準(zhǔn)帽204，在相應(yīng)的鉆孔中固定。帽204相對于插銷通孔202放置，位于一對參考坐標(biāo)上，作噴咀12的調(diào)準(zhǔn)。圖示的板200有回個帽204，有利于調(diào)準(zhǔn)一個四噴咀切削系統(tǒng)。
帽204用火焰淬火鋼制造，和圖2中的調(diào)準(zhǔn)件100相似。
圖4為本發(fā)明另一實施方案的放大部視，其分度銷本身上設(shè)有一個靶孔。銷17′的頂部有一個通道300，尺寸與上文所述的靶孔一致。銷的其余部分為管形，內(nèi)徑大于靶孔通道。
雖然上文所述的細(xì)節(jié)有助于擅長本技藝者實施本發(fā)明，但應(yīng)認(rèn)識到敘述為解說性質(zhì)，凡擅長本技藝者借助解說，可以作出許多修改和變化乃屬顯然之事。例如，帽的尺寸可以改為適合插入在加工夾具上形成的孔中。此外，還可以用各種尺寸的孔，進行初始的調(diào)節(jié)和以后的微調(diào)，最終將噴流和上述的略大直徑的孔最后調(diào)準(zhǔn)。
因此，本發(fā)明人的目的，僅以后附的權(quán)利要求
書作為本發(fā)明界限，而權(quán)利要求
書應(yīng)按先有技術(shù)容許的最實限度作解釋。
權(quán)利要求
1.一種把噴流切削系統(tǒng)噴出的噴流，和一個參考位置調(diào)準(zhǔn)的方法，其特征在于包括如下步驟把一個靶孔在與噴流噴咀有軸向距離的參考位置上放置，靶孔至少有一個軸向伸展的部分，其有效截面略大于噴流的截面；調(diào)節(jié)噴流噴咀和靶孔部分之間的相對位置，使噴流通過這部分時有最少的間斷。
2.如權(quán)利要求
第1項之方法，其特征在于有中間步驟產(chǎn)生壓力低于切削所需的噴流。
3.如權(quán)利要求
第1項之方法，其特征在于在調(diào)節(jié)步驟前增加一個步驟，把一個靶孔形成件以可拆除的方式安裝在與切削臺相關(guān)的加工板上。
4.如權(quán)利要求
第3項之方法，其特征在于在切削作業(yè)開始前，調(diào)節(jié)步驟以后，把靶孔形成件從加工板上拆去。
5.一種用于把一種類型的噴流切削系統(tǒng)的噴流在一個參考位置上定位的調(diào)準(zhǔn)器，這種噴流切削系統(tǒng)有形成軸向噴流的噴咀，和支承用噴流切削的工件的裝置，其特征在于對準(zhǔn)器中有以下各項形成有效截面略大于噴流截面的靶隙的裝置;使靶隙和參考位置上的噴咀有軸向間距的安裝裝置。
6.如權(quán)利要求
第5項中之調(diào)準(zhǔn)器，特征為工件支承裝置中有工件定位銷件，用于插進在工件上形成的相應(yīng)孔中，使工件在支承裝置上精確定位，調(diào)準(zhǔn)器中有以下各項靶隙形成表面;把靶隙形成表面在工件定位銷件上安裝的裝置，使靶隙在軸向上的噴咀和銷件之間定位。
7.如權(quán)利要求
第6項中之調(diào)準(zhǔn)器，其特征在于包括有下者一個大致的管形體，其一端的尺寸適合于在一個銷件上作滑動連接，另一端大致封閉，但有一個通孔，其截面略大于噴流的截面。
8.如權(quán)利要求
第5項中之調(diào)準(zhǔn)器，特征為支承裝置有一個組件，其上有位置準(zhǔn)確的定位孔，調(diào)準(zhǔn)器中有下者靶隙形成表面;把靶隙形成表面在定位孔中安放的裝置，使靶隙在噴咀和銷件之間作軸向定位。
9.如權(quán)利要求
8項中之調(diào)準(zhǔn)器，其特征在于包括下者一個大致的管形體，其一端的尺寸適合于插入定位孔，另一端大致封閉，但有一個通孔，其截面略大于噴流的截面。
專利摘要
揭示了一種方法和器械，在切割作業(yè)開始前，把一個噴流切割噴嘴相對一個參考點、精確確定零位。一個靶孔略大于噴流的直徑，在一個參考位置上精確定位。當(dāng)噴流和靶孔作軸向調(diào)準(zhǔn)時，噴流不間斷從靶孔中通過，提供噴流精確調(diào)準(zhǔn)的視覺檢驗。如有調(diào)準(zhǔn)誤差，由于噴流在靶孔周圍材料上折射，造成相當(dāng)大的飛濺而易于察覺。
文檔編號B26F3/00GK86104555SQ86104555
公開日1987年7月1日 申請日期1986年7月11日
發(fā)明者拉里·布盧姆奎斯特 申請人:流程系統(tǒng)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan