[發明專利]一種微米尺度表面微結構超精密加工方法

在審

• 申請號: 202010680462.8
• 申請日: 2020-07-15
• 公開（公告）號: CN111906358A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 姜忠;張敏;戴曉靜;陽紅;劉有海;孫守利;尹承真;楊光偉;曹中浩
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院機械制造工藝研究所
• 主分類號: B23C3/00
• 分類號: B23C3/00;B23C9/00;B23Q17/22;B23Q17/10
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 唐邦英

本發明公開了一種微米尺度表面微結構超精密加工方法，以超精密數控機床作為加工平臺、采用球形微銑刀為銑削刀具，在加工過程中通過改變進給速度和主軸轉速以及刀具姿態來實現被加工零件的表面微結構加工。本發明在傳統超精密銑削技術的基礎上，以超精密數控機床作為加工平臺，利用球頭銑刀銑削過程中不可避免產生的切削殘留構造表面微結構，利用銑削過程中進給速度和主軸轉速等銑削參數以及刀具形狀傾角共同作用下切削殘留高度的變化，從而實現表面微結構定量加工。利用該方可以用實現微米級的表面微結構超精密加工，且具有操作簡單、精度高，對設備精度依賴度較低的優點。

技術領域

本發明涉及表面微結構加工技術領域，具體涉及一種微米尺度表面微結構超精密加工方法。

背景技術

通過分析生物表面特殊功能內部原因，模擬仿制生物表面結構特征，并將其應用到工程領域中已成為了研究熱點之一。生物表面特殊功能主要包括：超疏水性能、減阻性能、減摩性能、光學反射特性等。借鑒生物表面特殊結構仿制具有相似特殊性能產品已得到了廣泛的應用，如依據超疏水表面結構特性，在衛星天線上制造超疏水表面，可以極大降低塵埃的粘附，有效地提高衛星信號的接受效率；借鑒蛾眼的陷光結構，制造出可以改變電磁波吸收和反射率的蒙皮，提升戰機隱身性能；參照鯊魚皮膚減阻的特性，在飛機機翼表面設計了溝槽結構，可使飛機節省燃料8％。

通過對生物表面結構進行微觀尺度觀測，發現很多生物表面具備特殊功能的原因取決于其微觀表面具備特殊結構。目前常用的表面微觀結構加工方法有激光加工技術、MEMS加工和機械加工，相較于激光加工技術和MEMS加工，機械加工具備自動化程度高、重復性好、材料去除速率高、加工成本低、較為環保的優勢，隨著逐年提升的加工精度，基于機械加工的表面紋理生成方法正受到越來越多的關注。機械加工中以超精密銑削和車削為主要加工方法，該方法均需使用微型刀具和超精密加工設備，對于設備的要求較高。此外，加工的表面微結構多以規則形狀為主，難以滿足對生物表面微結構的準確復刻，進而難以充分發揮仿生表面微結構的功能和性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種微米尺度表面微結構超精密加工方法，為微小尺度的表面微結構提供一種新方法，降低傳統微結構加工方法對加工設備性能高要求的依賴，具有操作簡單快捷的優點。

本發明通過下述技術方案實現：

一種微米尺度表面微結構超精密加工方法，以超精密數控機床作為加工平臺、采用球形微銑刀為銑削刀具，在加工過程中通過改變進給速度和主軸轉速以及刀具姿態來實現被加工零件的表面微結構加工。

本發明所述超精密數控機床和球形微銑刀均為現有的技術。

本發明的構思在于在傳統超精密銑削技術的基礎上，以超精密數控機床作為加工平臺，利用球頭銑刀(球形微銑刀)銑削過程中不可避免產生的切削殘留構造表面微結構，利用銑削過程中進給速度和主軸轉速等銑削參數以及刀具形狀和刀具傾角共同作用下切削殘留高度的變化，從而實現表面微結構定量加工。利用該方可以用實現微米級的表面微結構超精密加工，為表面微結構超精密加工提供一種簡單便捷且有效加工方法。

具體地：切削表面微結構所需的結構是由球形銑刀在特定的主軸轉速和進給速度切削參數組合，以及刀具形狀、刀具傾斜角度綜合影響下，使得切削殘留的形狀和高度符合表面微結構設計要求。表面微結構陣列的周期性可以通過確定切削參數實現準確控制，根據不同的周期需求，設計轉速和進給速度等切削參數組合。

現有加工方法是利用超精密設備的高精度來消除切削殘高，殘高越小越好。而本發明是利用該切削殘高，設備精度較低時，殘高較明顯，有利于本發明的微結構加工方法。

因此，相比于傳統加工方法，本發明還具有操作簡單、精度高，對設備精度依賴度較低的優點。

進一步地，包括以下步驟：

1)、表面微結構銑削路徑設計：將微結構加工分為進給方向銑削加工和行距方向銑削加工路徑；