【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锥形孔宝石加工领域，特别涉及一种锥形孔宝石元件的激光加工方法。
技术介绍
1、人造宝石晶体由于其独特的晶体结构，使其具有良好的物理特性和化学特性，同时具有硬度高，耐磨损，耐酸碱腐蚀等特点，被广泛应用于医疗、微流体、半导体等多个领域。但同时也因其硬度高(莫氏9级，仅次于天然金刚石)、脆性大、晶体各轴向差异大等特性，其生产加工难度也比较大。
2、目前加工宝石元件的锥形槽段、圆柱形直孔段的工艺为：
3、1)打眼一次：将金刚石钻头根据待加工的角度和深度修磨成型，用修磨好的金刚石钻头在粒坯的一端面粗加工，得到对应角度、深度的锥形槽的雏形；
4、2)激光打孔：yag激光器发出激光脉冲，在步骤1)中得到的锥形槽槽底继续延伸打出直孔，穿出另一端面；
5、3)扩孔加工：对锥形槽扩孔，使锥形槽的孔径、开口角度符合要求；
6、4)打眼二次：在“打眼一次”的过程中金刚石钻头的尖部、圆锥面因磨损快速变钝，导致打眼一次后锥形槽的槽底为弧形的“兜状”结构，此时更换金刚石钻头继续加工槽底直至满足要求；
7、5)研磨：最后采用金刚石磨具研磨锥形槽的内壁，完成加工。
8、即上述工艺步骤为：打眼一次→激光打孔→扩孔加工→打眼二次→研磨。
9、上述过程存在以下缺陷：
10、1.需要两次“打眼”，导致成品率低。
11、2.由于yag激光器只能打出直孔微孔，还需要金刚石钻头加工锥孔，导致需要对宝石粒坯装夹两次，使锥形孔和直孔段同轴度低，工序
技术实现思路
1、本专利技术的目的现有技术存在的问题，提出一种锥形孔宝石元件的激光加工方法，该方法利用激光机的激光脉冲将锥形孔和直孔段一次加工成型，根据激光打孔机设定的参数，激光打孔机首先加工出锥形孔，再加工出直孔，使锥形孔和直孔段的同轴度高，工序简单，加工效率高。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种锥形孔宝石元件的激光加工方法，包括以下步骤：
4、1)将宝石粒坯固定在旋转基座的夹具上，通过计算机调整激光打孔机的出光口距宝石粒坯z向高度距离和激光的焦距，并且调整旋转基座使激光出口中心与宝石粒坯的旋转中心重合；
5、2)根据锥形孔的深度和锥孔角度，设定激光打孔机的加工参数，该加工参数包括激光焦点的垂直位移步距，以及旋转基座由锥形孔圆心距锥形孔圆周的逐渐缩小的水平位移距离；根据直孔段的深度、孔径，设定激光打孔机的加工参数；
6、3)旋转基座高速旋转，首先，激光打孔机发出激光脉冲，旋转基座沿水平方向，并沿锥形孔所在圆周的半径往复移动，直至破坯第一层后激光打孔机的出光口向下移动，同时旋转基座沿圆周所在半径方向的移动距离缩短，激光脉冲每破坯一层，旋转基座沿圆周所在半径方向的移动距离均缩短，直至加工出锥形孔，然后，激光打孔机的激光焦点按照加工参数加工出直孔段。
7、进一步地，所述步骤1)计算机中调整激光打孔机的软件为cnc。
8、进一步地，所述步骤1)中的激光打孔机为光纤激光机。
9、进一步地，所述步骤2)中锥形孔的深度为0.1mm～3.0mm，锥孔角度为10°～170°，直孔段的深度为0.03mm～0.30mm，孔径为0.01mm～0.06mm。
10、进一步地，所述步骤2)中激光焦点的垂直位移步距为0.0001mm～0.01mm。
11、进一步地，所述步骤2)中激光打孔机加工锥形孔、直孔段的参数还包括旋转基座移动的速度、激光频率、激光脉宽、激光暂停时间、激光功率。
12、进一步地，所述加工锥形孔时旋转基座移动的速度为8mm/s，所述加工直孔段时旋转基座移动的速度为6mm/s。
13、进一步地，所述加工锥形孔时激光的频率为1500hz～1700hz，激光的脉宽为34950ns～35050ns，激光的功率为2w～4w；所述加工直孔段时激光的频率为950hz～1050hz，激光的脉宽为950ns～1050ns，激光的功率为10w～12w，激光暂停时间为30ms。
14、进一步地，所述步骤3)中旋转基座的旋转速度为11500r/min～
15、12500r/min。
16、本专利技术的有益效果：
17、1.采用本专利技术所述方法加工宝石粒坯，先加工锥形孔、再加工直孔段，整个过程一次成型，加工效率高；采用该方法，加工前只需要装夹宝石粒坯一次，无需装夹第二次，锥形孔和直孔段同轴度高，解决现有技术中装夹两次导致同轴度低的问题。
18、2.采用本专利技术所述方法加工宝石粒坯，旋转基座高速旋转，同时旋转基座在水平方向上沿着锥形孔圆周所在的半径往复移动，直至破坯第一层后激光打孔机的出光口向下移动，同时旋转基座沿圆周所在半径的移动距离缩短，激光脉冲每破坯一层，旋转基座沿圆周所在半径的移动距离均缩短，直至加工出锥形孔，采用该方法加工出的锥形孔壁光滑平整。
19、3.本专利技术所述方法使用光纤激光机打孔，光纤激光机的激光脉冲稳定性高，光束细长，破坏层小，提升直孔段的精度，散热快，损耗低。
20、以下结合说明书附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。
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1.一种锥形孔宝石元件的激光加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的锥形孔宝石元件的激光加工方法，其特征在于：所述步骤1)计算机中调整激光打孔机的软件为CNC。
3.根据权利要求1所述的锥形孔宝石元件的激光加工方法，其特征在于：所述步骤1)中的激光打孔机为光纤激光机。
4.根据权利要求1所述的锥形孔宝石元件的激光加工方法，其特征在于：所述步骤2)中锥形孔(2)的深度为0.1mm～3.0mm，锥孔角度为10°～170°，直孔段(3)的深度为0.03mm～0.30mm，孔径为0.01mm～0.06mm。
5.根据权利要求1所述的锥形孔宝石元件的激光加工方法，其特征在于：所述步骤2)中激光焦点的垂直位移步距为0.0001mm～0.01mm。
6.根据权利要求1所述的锥形孔宝石元件的激光加工方法，其特征在于：所述步骤2)中激光打孔机加工锥形孔(2)、直孔段(3)的参数还包括旋转基座(7)移动的速度、激光频率、激光脉宽、激光暂停时间、激光功率。
7.根据权利要求6所述的锥形孔宝石元件的激光加工方法
8.根据权利要求6所述的锥形孔宝石元件的激光加工方法，其特征在于：
9.根据权利要求1所述的锥形孔宝石元件的激光加工方法，其特征在于：所述步骤3)中旋转基座(7)的旋转速度为11500r/min～12500r/min。
...【技术特征摘要】
1.一种锥形孔宝石元件的激光加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的锥形孔宝石元件的激光加工方法，其特征在于：所述步骤1)计算机中调整激光打孔机的软件为cnc。
3.根据权利要求1所述的锥形孔宝石元件的激光加工方法，其特征在于：所述步骤1)中的激光打孔机为光纤激光机。
4.根据权利要求1所述的锥形孔宝石元件的激光加工方法，其特征在于：所述步骤2)中锥形孔(2)的深度为0.1mm～3.0mm，锥孔角度为10°～170°，直孔段(3)的深度为0.03mm～0.30mm，孔径为0.01mm～0.06mm。
5.根据权利要求1所述的锥形孔宝石元件的激光加工方法，其特征在于：所述步骤2)中激光焦点的垂直位移步距为0.0...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷靖，陈锋，
申请(专利权)人：重庆川仪自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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