[发明专利]脉冲激光驱动飞片加载薄板的微拉深自动化装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种脉冲激光驱动飞片加载薄板的微拉深自动化装置及其方法，属于机械制造先进成形领域和自动化加工领域，尤指微机电系统（MEMS）零件加工技术领域。

背景技术

随着现代科学技术的日新月异，亦随着市场对科技产品要求的精益求精，在诸如航空航天、精密仪器、生物医疗等领域，微器件的应用愈趋广泛，对各种材料的微型零件的需求量都在增加，因而又推动了对微器件的加工工艺新的探索。

现如今面向MEMS的微机械加工技术和工艺是在集成电路的基础上发展起来的，主要依赖于LIGA、蚀刻、微铣削、微细电火花等微细加工技术，受到加工效率低、成本高以及污染环境等问题的限制，不能形成大批量的自动化生产。因此，以微模具成形技术为重点的新的微成形工艺得到了重点关注。

正如公开号为CN 101583559A的专利所提供的利用硅基衬底制造微机械结构的方法，能够加工出应用于半导体技术中的MEMS微器件，但是这种加工方法还是集成电路技术的应用，零件材料上局限于了硅，不能多样性选择加工材料，尤其不能加工金属的微器件；公开号为CN 2589139Y的专利提出一种微细电火花机床，可以用来加工微器件，但是这种加工方法中所使用的电极形状需要根据所加工零件形状确定，需专门加工且加工过程中消耗磨损严重，加工误差逐渐加大;在公开号CN 101108433A的专利中也可以发现，电火花加工对于不同的零件一般需要配备各自专门的电极。另外，此专利中主要提出的是微铣削刀具的制备，也从一个角度反映出微铣削加工刀具制造的不易以及成本较高。与以上种种加工工艺和方法相比，一种全新的工艺——激光驱动飞片微成形技术则有很大的优势，精度较高、成本低廉、易于实现批量化和自动化生产。激光驱动飞片微成形技术的优势在本发明专利中完全可以体现出来。

激光驱动飞片微成形是一种新型的MEMS微金属零部件成形技术，即通过激光驱动飞片加载的方式代替激光直接冲击，利用激光驱动飞片高速运动，将激光能量转化为飞片的动能，高速运动的飞片作为激光能量的载体，飞行一段距离后与工件材料发生碰撞，在碰撞界面上产生高压冲击波，高压冲击波向材料内部传播, 使得材料在微型模具内产生超快塑性变形，从而实现工件在微模具中的精确成形。申请号201010505869.3的中国专利介绍了应用激光驱动飞片微成形技术进行微金属器件冲裁的工艺过程，利用此专利的方法可以在一次脉冲激光中进行批量化冲裁，方便有效。但是目前应用激光驱动飞片微成形技术的装置不能连续的脉冲激光驱动飞片微成形，其批量生产只是在一次脉冲冲击下多个凹模的成形，并不是真正意义上快速、连续的批量化生产，又因为在此装置与方法中经一次激光冲击成形之后，工件和夹具等需要重新装夹，由此势必会由于人工操作而带来人为误差影响加工精度。并且，开放性的激光光路也存在一定的安全隐患。

发明内容

针对现有技术中微拉深工艺中存在的上述缺陷，即应用于微拉深工艺的加工设备相对简陋、制作方法也相对简单的现状，本发明提供一种新的自动化生产装置与方法，实现脉冲激光驱动飞片加载薄板的微拉深件的自动化生产，提高生产效率和加工质量。

本发明的技术方案是：

脉冲激光驱动飞片加载薄板的微拉深自动化装置，包括激光发生系统、自动成形系统和控制系统；所述激光发生装置由激光控制器、激光发射器和光纤组成；所述自动成形装置由端盖、调焦镜筒、机体、微拉深工作台、三坐标移动夹头、底座、变磁场装置、转盘多工位装置、约束层-飞片集成片、约束层-飞片集成片的储仓、回收装置组成；所述控制装置由计算机、激光控制器、三坐标移动平台控制器和步进电机驱动器组成；

所述控制系统用于协调控制激光发生系统和自动成形系统各个模块；所述激光控制器分别与计算机和纳米激光器相连接；所述光纤分别连接激光发生系统的激光发射器和自动成形系统的端盖；在自动成形系统内部，端盖固定连接于调焦镜筒；调焦镜筒固定连接于机体；机体固定连接于底座；所述底座之上承接微拉深工作台，底座下面连接变磁场装置；所述三坐标移动夹头固联于三坐标移动平台，三坐标移动平台与三坐标移动平台控制器相连接；所述转盘多工位装置由转盘在约束层-飞片集成片储仓装置、回收装置和微拉深工作台之间传输约束层-飞片集成片，转盘多工位装置的传动轴由步进电机驱动，连接步进电机驱动器；所述计算机分别与激光控制器、步进电机驱动器、三坐标移动平台控制器以及变磁场装置相连接。