[發(fā)明專利]微納結(jié)構(gòu)加工機(jī)床及微納結(jié)構(gòu)加工方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711203204.5
• 申請(qǐng)日: 2017-11-27
• 公開（公告）號(hào): CN108145179B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張國(guó)慶;朱志偉;伍曉宇;黃鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳大學(xué)
• 主分類號(hào): B23B5/00
• 分類號(hào): B23B5/00;B23B1/00;B23B21/00;B06B1/06
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;熊永強(qiáng)

1.一種微納結(jié)構(gòu)加工機(jī)床，用于加工微納結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述微納結(jié)構(gòu)加工機(jī)床包括：

刀座，所述刀座可沿機(jī)床X軸方向移動(dòng)，所述刀座上設(shè)有軸線垂直機(jī)床X軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸端部裝設(shè)有刀架和設(shè)于刀架上的刀具，所述刀具偏離所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸的中心設(shè)置，所述刀架包括底盤和刀具固定部，所述刀具固定于所述刀具固定部上，所述底盤的側(cè)壁上設(shè)有均勻間隔的多個(gè)調(diào)節(jié)平衡件；

工件架，所述工件架與所述刀座相對(duì)設(shè)置，并且可沿機(jī)床Z軸方向移動(dòng)；

振動(dòng)裝置，所述振動(dòng)裝置固定于所述工件架上，所述振動(dòng)裝置包括基臺(tái)、第一柔性振動(dòng)體、第二柔性振動(dòng)體、工件平臺(tái)和驅(qū)動(dòng)第一柔性振動(dòng)體和第二柔性振動(dòng)體振動(dòng)的振動(dòng)部，所述第一柔性振動(dòng)體連接所述基臺(tái)和工件平臺(tái)且第一柔性振動(dòng)體的振動(dòng)傳感方向?yàn)闄C(jī)床X軸方向，所述第二柔性振動(dòng)體連接所述基臺(tái)和工件平臺(tái)且第二柔性振動(dòng)體的振動(dòng)傳感方向?yàn)闄C(jī)床Z軸方向，所述基臺(tái)設(shè)有矩形缺口，所述工件平臺(tái)位于所述缺口內(nèi)且與所述缺口內(nèi)壁間隔設(shè)置，所述第一柔性振動(dòng)體和第二柔性振動(dòng)體分別位于所述工件平臺(tái)相鄰兩側(cè)，所述工件平臺(tái)未連接有第一柔性振動(dòng)體和第二柔性振動(dòng)體的一側(cè)與所述刀具相對(duì)設(shè)置。

2.如權(quán)利要求1所述的微納結(jié)構(gòu)加工機(jī)床，其特征在于，所述振動(dòng)部包括第一振動(dòng)器和第二振動(dòng)器；所述第一振動(dòng)器連接所述基臺(tái)和所述第一柔性振動(dòng)體，所述第一振動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述工件平臺(tái)沿機(jī)床X軸方向振動(dòng)；所述第二振動(dòng)器連接所述基臺(tái)和所述第二柔性振動(dòng)體，所述第二振動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述工件平臺(tái)沿機(jī)床Z軸方向振動(dòng)。

3.如權(quán)利要求1或2所述的微納結(jié)構(gòu)加工機(jī)床，其特征在于，所述第一柔性振動(dòng)體和第二柔性振動(dòng)體為平行四邊形的柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)。

4.如權(quán)利要求2所述的微納結(jié)構(gòu)加工機(jī)床，其特征在于，所述基臺(tái)設(shè)有兩個(gè)與所述缺口連通的通槽，所述第一振動(dòng)器和所述第二振動(dòng)器連接于通槽內(nèi)，所述第一柔性振動(dòng)體和第二柔性振動(dòng)體分別連接工件平臺(tái)兩個(gè)相鄰的側(cè)邊。

5.如權(quán)利要求2所述的微納結(jié)構(gòu)加工機(jī)床，其特征在于，所述第一振動(dòng)器和第二振動(dòng)器為壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器。

6.如權(quán)利要求1所述的微納結(jié)構(gòu)加工機(jī)床，其特征在于，所述基臺(tái)、第一柔性振動(dòng)體、第二柔性振動(dòng)體和工件平臺(tái)采用彈性材料一體成型。

7.一種微納結(jié)構(gòu)加工方法，使用權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的微納結(jié)構(gòu)加工機(jī)床切削多層次微納結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述方法包括：

第一步驟，設(shè)定第一柔性振動(dòng)體和第二柔性振動(dòng)體的振動(dòng)參數(shù)；

第二步驟，將刀具與固定于工件平臺(tái)上的工件進(jìn)行對(duì)位，其中，所述工件待加工表面朝向所述刀架裝設(shè)刀具的表面；

第三步驟，將對(duì)位后的所述刀具移動(dòng)至初始加工位置；

第四步驟，使所述工件架沿機(jī)床Z軸方向移動(dòng)以實(shí)現(xiàn)所述刀具相對(duì)工件的進(jìn)刀，同時(shí)，啟動(dòng)所述刀座使刀具轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)沿所述機(jī)床X軸方向移動(dòng)，與此同時(shí)沿所述機(jī)床Z軸方向移動(dòng)所述工件架并驅(qū)動(dòng)第一柔性振動(dòng)體沿機(jī)床X軸方向振動(dòng)、第二柔性振動(dòng)體沿機(jī)床Z軸方向振動(dòng)，使所述刀具在所述工件的表面工作形成延伸方向?yàn)闄C(jī)床Y軸方向的多層次微納結(jié)構(gòu)，形成第一列微納結(jié)構(gòu)；

第五步驟，沿所述機(jī)床Z軸方向移動(dòng)所述工件架以實(shí)現(xiàn)所述刀具的出刀，并沿所述機(jī)床X軸方向使所述刀架移動(dòng)預(yù)設(shè)距離，重復(fù)所述第四步驟，形成與所述第四步驟形成的第一列微納結(jié)構(gòu)相鄰的另一列第一列微納結(jié)構(gòu)，相鄰兩列所述第一列微納結(jié)構(gòu)之間的距離與所述預(yù)設(shè)距離相同；

第六步驟，重復(fù)所述第四步驟和第五步驟，直至形成多層次微納結(jié)構(gòu)。

8.如權(quán)利要求7所述的微納結(jié)構(gòu)加工方法，其特征在于，第四步驟中所述的使所述刀具在所述工件的表面工作形成延伸方向?yàn)闄C(jī)床Y軸方向的多層次微納結(jié)構(gòu)，包括刀具轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)沿所述機(jī)床X軸方向移動(dòng)且所述工件架沿所述機(jī)床Z軸方向移動(dòng)在所述工件的機(jī)床Y軸方向形成基礎(chǔ)面形，同時(shí)第一柔性振動(dòng)體和第二柔性振動(dòng)體的振動(dòng)使刀具在形成基礎(chǔ)面形的同時(shí)在基礎(chǔ)面形上疊加微納結(jié)構(gòu)形成多層次微納結(jié)構(gòu)。