專(zhuān)利名稱(chēng)：雙曲面四極桿及其加工方法和四極桿質(zhì)譜儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分析儀器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種雙曲面四極桿及其加工方法和四極桿質(zhì)譜儀。
背景技術(shù)：
四極桿質(zhì)譜儀是一種分析儀器，分析速度快，分辨率和靈敏度高，定量重復(fù)性好。雙曲面四極桿是四極質(zhì)譜儀的一個(gè)關(guān)鍵部件，包括四個(gè)雙曲桿，四極質(zhì)譜儀的各項(xiàng)性能指標(biāo)很大程度上取決于雙曲面四極桿的加工裝配精度。離子在四極桿質(zhì)譜儀中的分離要求有一個(gè)完善的雙曲場(chǎng)，該雙曲場(chǎng)由四個(gè)雙曲桿的雙曲面兩兩相對(duì)組成，四個(gè)雙曲桿的加工和裝配精度直接影響四極桿質(zhì)譜儀的精度。結(jié)合圖1和圖2所示，目前國(guó)內(nèi)四極桿質(zhì)譜儀雙曲面四極桿的加工方法一般是先加工出四根高精度的金屬圓桿2和陶瓷環(huán)I，再人工將加工成具有雙曲面W的四根金屬圓桿
2(又稱(chēng)雙曲桿)和陶瓷環(huán)I按照一定的場(chǎng)半徑RO (場(chǎng)半徑RO為雙曲面頂點(diǎn)P到四根金屬圓桿中心O的徑向距離)通過(guò)螺栓結(jié)構(gòu)3組裝成雙曲面四極桿。這樣生產(chǎn)成本高，且加工出的雙曲面四極桿精度低，只能用于在分辨本領(lǐng)和靈敏度相對(duì)不高的殘余氣體質(zhì)譜分析儀和真空環(huán)境監(jiān)測(cè)的質(zhì)譜分析上。高精度的雙曲面四極桿加工應(yīng)由下面幾步完成:首先要把金屬桿按要求的直徑D加工到誤差小于1-2 μ m的金屬圓桿2，這包括直徑、直線(xiàn)度、橢圓度等，同時(shí)固定四根金屬圓桿2的陶瓷環(huán)I精度也要達(dá)到1-2 μ m ;第二步就是要把每根金屬圓桿2再加工成所需要的雙曲桿，精度一般也要在±2μπι左右；第三步就是人工精確組裝成雙曲面四極桿，要求裝配時(shí)每根雙曲桿所在的位置都完全在所要求的場(chǎng)半徑RO的位置上，精度要達(dá)到±2 μ m，這對(duì)加工和裝配的要求都很高，到目前為止，國(guó)內(nèi)外還從未做到這樣的精度。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種雙曲面四極桿的加工方法，用以解決現(xiàn)有雙曲面四極桿的加工方法生產(chǎn)成本高及對(duì)加工和裝配精度要求高的問(wèn)題。(二)技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明主要提供一種雙曲面四極桿的加工方法，包括:S1、粗加工出多個(gè)具有通腔的陶瓷環(huán)；S2、將圓柱形金屬母桿十字軸向切割成四個(gè)相同的子桿，其中，所述圓柱形金屬母桿的半徑與所述陶瓷環(huán)通腔配合；S3、將切割后的所述圓柱形金屬母桿依次軸向裝配在所述多個(gè)陶瓷環(huán)的通腔中；S4、根據(jù)預(yù)設(shè)的場(chǎng)半徑RO精加工出所述四個(gè)子桿的雙曲面，且所述四個(gè)子桿的雙曲面兩兩相對(duì)。如上所述的雙曲面四極桿的加工方法，優(yōu)選的是，所述圓柱形金屬母桿的側(cè)壁上具有四個(gè)沿圓周方向陣列分布的軸向通槽；步驟S2中將圓柱形金屬母桿十字軸向切割成四個(gè)相同的子桿具體為:分別沿相對(duì)的兩個(gè)所述軸向通槽的中心連線(xiàn)軸向切割所述圓柱形金屬母桿。如上所述的雙曲面四極桿的加工方法，優(yōu)選的是，所述四個(gè)軸向通槽的槽底為與所述圓柱形金屬母桿同軸的圓弧面；四個(gè)所述圓弧面沿圓周方向的總長(zhǎng)為所述圓柱形金屬母桿圓周長(zhǎng)度的1/2。如上所述的雙曲面四極桿的加工方法，優(yōu)選的是，所述陶瓷環(huán)為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)。如上所述的雙曲面四極桿的加工方法，優(yōu)選的是，步驟S4之后還包括:通過(guò)離子鍍和電拋光對(duì)所述四個(gè)子桿的雙曲面進(jìn)行加工。如上所述的雙曲面四極桿的加工方法，優(yōu)選的是，步驟SI具體為:通過(guò)高溫?zé)扑鎏沾森h(huán)。如上所述的雙曲面四極桿的加工方法，優(yōu)選的是，步驟S3之后還包括:對(duì)裝配在一起的所述圓柱形金屬母桿和多個(gè)陶瓷環(huán)進(jìn)行退火處理。如上所述的雙曲面四極桿的加工方法，優(yōu)選的是，步驟S4中根據(jù)預(yù)設(shè)的場(chǎng)半徑RO精加工出所述四個(gè)子桿的雙曲面具體為:通過(guò)精密數(shù)控線(xiàn)切割床一次成型加工出場(chǎng)半徑均為RO的所述四個(gè)子桿的雙曲面。本發(fā)明還提供一種雙曲面四極桿，采用如上所述的雙曲面四極桿加工方法所制得。本發(fā)明還提供一種四極桿質(zhì)譜儀，包括離子源、質(zhì)量分析器和離子檢測(cè)器，其中，所述質(zhì)量分析器包括如上所述的雙曲面四極桿。(三)有益效果本發(fā)明所提供的雙曲面四極桿加工方法首先粗加工出多個(gè)具有通腔的陶瓷環(huán)，并通過(guò)十字軸向切割將圓柱形金屬母桿切割成四個(gè)相同的子桿，然后將切割后的圓柱形金屬母桿依次軸向裝配在多個(gè)陶瓷環(huán)的通腔中，最后再把四個(gè)子桿精加工成所需要的具有雙曲面的雙曲桿，其中，雙曲面的場(chǎng)半徑均相同，形成一個(gè)完善的雙曲場(chǎng)，保證了雙曲面四極桿的精度，使得四極桿質(zhì)譜儀具有很好的性能指標(biāo)。且生產(chǎn)成本低，整個(gè)加工過(guò)程對(duì)陶瓷環(huán)和圓柱形金屬母桿的加工精度要求較低，把加工誤差和裝配誤差合二為一，大大降低了加工難度，適合批量生產(chǎn)。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中雙曲面四極桿的主視圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中金屬圓桿加工雙曲面后圖1沿A-A方向的剖視圖；圖3a為現(xiàn)有技術(shù)中雙曲面四極桿陶瓷環(huán)的主視圖；圖3b為圖3a的左視圖；圖3c為圖3b沿A-A方向的剖視4為本發(fā)明實(shí)施例一中雙曲面四極桿加工方法的流程圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例一中金屬圓桿未加工雙曲面時(shí)圖1沿A-A方向的剖視圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例一中金屬圓桿未加工雙曲面時(shí)圖1的右視圖7為本發(fā)明實(shí)施例一中金屬圓桿加工雙曲面后圖1的右視圖；圖8a為本發(fā)明實(shí)施例一中雙曲面四極桿陶瓷環(huán)的主視圖；圖8b為圖8a的左視圖；圖8c為圖8b沿B-B方向的剖視圖；圖9a為本發(fā)明實(shí)施例一中圓柱形金屬母桿的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9b為金屬母桿未切割時(shí)圖9a的左視圖；圖9c為金屬母桿切割成四個(gè)相同子桿后圖9a沿A-A方向的剖視圖；其中；1:陶瓷環(huán)；2:金屬圓桿；3:螺栓結(jié)構(gòu)；4:圓柱形金屬母桿；5:子桿；6:軸向通槽:槽底；W:雙曲面。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例一圖4所示為本發(fā)明實(shí)施例中雙曲面四極桿加工方法的流程圖。如圖4所示，本發(fā)明實(shí)施例中的雙曲面四極桿加工方法包括:S1、粗加工出多個(gè)具有通腔的陶瓷環(huán)I ;本發(fā)明實(shí)施例中只需要把固定雙曲面四極桿的陶瓷環(huán)I進(jìn)行一般的粗加工，如:可以按設(shè)計(jì)的形狀進(jìn)行高溫?zé)?。其中，陶瓷環(huán)I的通腔與使用的圓柱形金屬母桿4外徑配合，優(yōu)選形狀和尺寸均相同，使得圓柱形金屬母桿4的側(cè)壁與陶瓷環(huán)I通腔的內(nèi)壁緊密貼合，以更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)雙曲面四極桿的固定作用?，F(xiàn)有技術(shù)中的陶瓷環(huán)I結(jié)構(gòu)如圖3a、3b和3c所示，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，還要加工到2 μ m的精度才能使用，成本很高。而本實(shí)施例的陶瓷環(huán)I采用了簡(jiǎn)單的圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，如圖8a、8b和Sc所示，陶瓷環(huán)I的內(nèi)圓壁能夠與圓柱形金屬母桿4的圓弧側(cè)面很好配合，而不需要加工到很高的精度，大大降低了生產(chǎn)成本。而對(duì)于陶瓷環(huán)I外圓壁的加工精度只要能夠達(dá)到與四極桿質(zhì)譜儀設(shè)備裝配的精度要求即可。S2、將圓柱形金屬母桿4十字軸向切割成四個(gè)相同的子桿5，其中，圓柱形金屬母桿4的半徑與陶瓷環(huán)I通腔配合；結(jié)合圖9a和圖9b所示，本實(shí)施例中圓柱形金屬母桿4不需要加工到I μ m的精度，只要與圓環(huán)形陶瓷環(huán)I通腔密切貼緊即可。切割后的圓柱形金屬母桿4如圖9c所示。S3、將切割后的圓柱形金屬母桿4依次軸向裝配在多個(gè)陶瓷環(huán)I的通腔中；其中，在裝配過(guò)程中，切割后的圓柱形金屬母桿4保持未切割前的圓柱形金屬母桿4的形狀，如圖5和圖6所示。因?yàn)楸緦?shí)施例中是先完成圓柱形金屬母桿4與陶瓷環(huán)I的裝配，而陶瓷環(huán)I是經(jīng)過(guò)高溫?zé)频却旨庸し绞郊庸こ鰜?lái)的，為了消除粗加工及其裝配應(yīng)力，不影響后續(xù)雙曲面的加工精度，可以對(duì)裝配后的圓柱形金屬母桿4與陶瓷環(huán)I進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，如高溫?zé)频拇旨庸し绞揭M(jìn)行適當(dāng)?shù)耐嘶鹛幚?，這些都是現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。S4、根據(jù)預(yù)設(shè)的場(chǎng)半徑RO精加工出四個(gè)子桿5的雙曲面，且四個(gè)子桿5的雙曲面兩兩相對(duì)。在圓柱形金屬母桿4與陶瓷環(huán)I裝配好后再根據(jù)預(yù)設(shè)的場(chǎng)半徑RO精加工出四個(gè)子桿5的雙曲面W，對(duì)裝配精度的要求大大降低，把圓柱形金屬母桿4、陶瓷環(huán)I和四個(gè)子桿5雙曲面W的加工誤差以及圓柱形金屬母桿4與陶瓷環(huán)I的裝配誤差合二為一，不僅加工出了四個(gè)子桿5的雙曲面W，而且把四個(gè)雙曲面W按照預(yù)設(shè)的場(chǎng)半徑RO也放置好了，加工難度低，同時(shí)還能滿(mǎn)足雙曲面四極桿的高精度要求。然而，這種方式會(huì)造成在加工四個(gè)子桿5雙曲面W時(shí)破壞陶瓷環(huán)I通腔內(nèi)壁的現(xiàn)象，為解決這個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例中的圓柱形金屬母桿4側(cè)壁上具有四個(gè)沿圓周方向陣列分布的軸向通槽6，如圖5-7所示。相應(yīng)地，需要分別沿相對(duì)的兩個(gè)軸向通槽6的中心連線(xiàn)將圓柱形金屬母桿4軸向切割成四個(gè)相同的子桿5，這樣在加工子桿5雙曲面W時(shí)，加工刀具與陶瓷環(huán)I通腔內(nèi)壁之間具有一定距離，不會(huì)損壞陶瓷環(huán)I通腔的內(nèi)壁。同時(shí)還可以增加相鄰子桿5雙曲面W之間的間隙，避免相鄰子桿5雙曲面W之間的放電。其中，在工作過(guò)程中，雙曲面四極桿相鄰兩子桿5分別通正負(fù)電。并優(yōu)選四個(gè)軸向通槽6的槽底7為與圓柱形金屬母桿4同軸的圓弧面，且四個(gè)圓弧面沿圓周方向的總長(zhǎng)為圓柱形金屬母桿4圓周長(zhǎng)度的1/2，相同的場(chǎng)半徑RO可以增加雙曲面W的面積。其中，本實(shí)施例中通過(guò)精密數(shù)控線(xiàn)切割床一次成型加工出場(chǎng)半徑均為RO的四個(gè)子桿5的雙曲面W，保證了批量生產(chǎn)時(shí)雙曲面W的精度有很好的重復(fù)性，適合大批量生產(chǎn)。同時(shí)還可以采用多次切割逐步逼近RO的方式來(lái)達(dá)到較高的光潔度。線(xiàn)切割加工完成的雙表面W還可以通過(guò)不影響精度的離子鍍和電拋光兩種方法進(jìn)行加工，進(jìn)一步提高雙表面W的光潔度。由于加工誤差和裝配誤差合二為一，所以通過(guò)本發(fā)明雙曲面四極桿的加工方法可以加工出同樣場(chǎng)半徑RO時(shí)體積最小的雙曲面四極桿。實(shí)施例二結(jié)合圖1和7所示，本發(fā)明實(shí)施例中提供一種雙曲面四極桿，該雙曲面四極桿可以采用實(shí)施例一中的雙曲面四極桿加工方法所制得。實(shí)施例三本發(fā)明實(shí)施例中提供一種四極桿質(zhì)譜儀，包括離子源、質(zhì)量分析器和離子檢測(cè)器，其中，該質(zhì)量分析器包括實(shí)施例三中的雙曲面四極桿，用于根據(jù)質(zhì)荷比分離離子。由于該四極桿質(zhì)譜儀的雙曲面四極桿采用實(shí)施例一中的加工方法制得，能夠提供一個(gè)完善的雙曲場(chǎng)，具有很好的性能指標(biāo)。由以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明所提供的雙曲面四極桿加工方法首先粗加工出多個(gè)具有通腔的陶瓷環(huán)，并通過(guò)十字軸向切割將圓柱形金屬母桿切割成四個(gè)相同的子桿，然后將切割后的圓柱形金屬母桿依次軸向裝配在多個(gè)陶瓷環(huán)的通腔中，最后再把四個(gè)子桿精加工成所需要的具有雙曲面的雙曲桿，其中，雙曲面的場(chǎng)半徑均相同，形成一個(gè)完善的雙曲場(chǎng)，保證了雙曲面四極桿的精度，使得四極桿質(zhì)譜儀具有很好的性能指標(biāo)。且生產(chǎn)成本低，只相當(dāng)于現(xiàn)有技術(shù)中高精度雙曲面四極桿加工方法的1/4。整個(gè)加工過(guò)程對(duì)陶瓷環(huán)和圓柱形金屬母桿的加工精度要求較低，把加工誤差和裝配誤差合二為一，大大降低了加工難度，適合批量生產(chǎn)。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種雙曲面四極桿的加工方法，其特征在于，包括: 51、粗加工出多個(gè)具有通腔的陶瓷環(huán)； 52、將圓柱形金屬母桿十字軸向切割成四個(gè)相同的子桿，其中，所述圓柱形金屬母桿的半徑與所述陶瓷環(huán)通腔配合； 53、將切割后的所述圓柱形金屬母桿依次軸向裝配在所述多個(gè)陶瓷環(huán)的通腔中； 54、根據(jù)預(yù)設(shè)的場(chǎng)半徑RO精加工出所述四個(gè)子桿的雙曲面，且所述四個(gè)子桿的雙曲面兩兩相對(duì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲面四極桿的加工方法，其特征在于，所述圓柱形金屬母桿的側(cè)壁上具有四個(gè)沿圓周方向陣列分布的軸向通槽； 步驟S2中將圓柱形金屬母桿十字軸向切割成四個(gè)相同的子桿具體為: 分別沿相對(duì)的兩個(gè)所述軸向通槽的中心連線(xiàn)軸向切割所述圓柱形金屬母桿。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙曲面四極桿的加工方法，其特征在于，所述四個(gè)軸向通槽的槽底為與所述圓柱形金屬母桿同軸的圓弧面；四個(gè)所述圓弧面沿圓周方向的總長(zhǎng)為所述圓柱形金屬母桿圓周長(zhǎng)度的1/2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲面四極桿的加工方法，其特征在于，所述陶瓷環(huán)為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲面四極桿的加工方法，其特征在于，步驟S4之后還包括: 通過(guò)離子鍍和電拋光對(duì)所述四個(gè)子桿的雙曲面進(jìn)行加工。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲面四極桿的加工方法，其特征在于，步驟SI具體為: 通過(guò)高溫?zé)扑鎏沾森h(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙曲面四極桿的加工方法，其特征在于，步驟S3之后還包括: 對(duì)裝配在一起的所述圓柱形金屬母桿和多個(gè)陶瓷環(huán)進(jìn)行退火處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲面四極桿的加工方法，其特征在于，步驟S4中根據(jù)預(yù)設(shè)的場(chǎng)半徑RO精加工出所述四個(gè)子桿的雙曲面具體為: 通過(guò)精密數(shù)控線(xiàn)切割床一次成型加工出場(chǎng)半徑均為RO的所述四個(gè)子桿的雙曲面。
9.一種雙曲面四極桿，其特征在于，采用權(quán)利要求1-8任一所述雙曲面四極桿加工方法所制得。
10.一種四極桿質(zhì)譜儀，包括離子源、質(zhì)量分析器和離子檢測(cè)器，其特征在于，所述質(zhì)量分析器包括權(quán)利要求9所述的雙曲面四極桿，用于根據(jù)質(zhì)荷比分離離子。
全文摘要
本發(fā)明屬于分析儀器技術(shù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種雙曲面四極桿及其加工方法和四極桿質(zhì)譜儀。該雙曲面四極桿的加工方法首先粗加工出多個(gè)具有通腔的陶瓷環(huán)，并通過(guò)十字軸向切割將圓柱形金屬母桿切割成四個(gè)相同的子桿，然后將切割后的圓柱形金屬母桿依次軸向裝配在多個(gè)陶瓷環(huán)的通腔中，最后再把四個(gè)子桿精加工成所需要的具有雙曲面的雙曲桿，其中，雙曲面的場(chǎng)半徑均相同，形成一個(gè)完善的雙曲場(chǎng)，保證了雙曲面四極桿的精度，使得四極桿質(zhì)譜儀具有很好的性能指標(biāo)。且生產(chǎn)成本低，整個(gè)加工過(guò)程對(duì)陶瓷環(huán)和圓柱形金屬母桿的加工精度要求較低，把加工誤差和裝配誤差合二為一，大大降低了加工難度，適合批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01J49/02GK103187218SQ201210401200
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者王理, 李良宇, 王麗莉, 謝志行, 王文松 申請(qǐng)人:北京北分瑞利分析儀器(集團(tuán))有限責(zé)任公司, 王理