一種微結(jié)構(gòu)快速成型制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微結(jié)構(gòu)制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種微結(jié)構(gòu)快速成型制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]具有微結(jié)構(gòu)的功能表面在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出先進(jìn)和優(yōu)越的功用，其應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)。這些微結(jié)構(gòu)功能表面越來(lái)越多的應(yīng)用于光學(xué)元件、太陽(yáng)能收集系統(tǒng)、生物工程、自清潔疏水系統(tǒng)和先進(jìn)制造等各種領(lǐng)域。為了推動(dòng)微結(jié)構(gòu)功能表面的應(yīng)用，對(duì)其加工技術(shù)的研究變得尤為必要。典型的傳統(tǒng)微結(jié)構(gòu)加工方法為光學(xué)刻蝕，然而其加工系統(tǒng)較為復(fù)雜，加工裝備成本較高，加工材料局限性較大，加工效率較低。由于其較低的材料去除率，不適用于具有大尺度如幾百微米高度微結(jié)構(gòu)的快速成型加工。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種微結(jié)構(gòu)快速成型制造方法，該方法突破了傳統(tǒng)光刻加工技術(shù)高復(fù)雜度、高成本和低效率的微結(jié)構(gòu)制造過(guò)程的局限。
[0004]本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下:
[0005]—種微結(jié)構(gòu)快速成型制造方法，該方法包括如下步驟:
[0006]步驟一:將目標(biāo)結(jié)構(gòu)加工于具有導(dǎo)電性硬質(zhì)合金刀具的主切削刃上，制造出用于微結(jié)構(gòu)快速成型的加工刀具；
[0007]步驟二:將工件安裝于立式精密車床的水平工作臺(tái)上方，將具有微結(jié)構(gòu)切削刃的硬質(zhì)合金刀具安裝于精密立式車床立式軸的夾具上；調(diào)整刀具切削刃處于水平位置，且刀具前刀面垂直于切削方向；
[0008]步驟三:控制裝有被加工工件的精密立式車床水平工作臺(tái)按照設(shè)定參數(shù)靠近具有微結(jié)構(gòu)切削刃的硬質(zhì)合金刀具，與此同時(shí)沿切削深度方向逐漸降低刀具高度位置，使具有微結(jié)構(gòu)切削刃的硬質(zhì)合金刀具切削被加工工件，達(dá)到目標(biāo)微結(jié)構(gòu)的高度設(shè)計(jì)值，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)微結(jié)構(gòu)的快速成型。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:相對(duì)于傳統(tǒng)的光學(xué)刻蝕微結(jié)構(gòu)加工方法，本發(fā)明將簡(jiǎn)易的電火花線切割技術(shù)與簡(jiǎn)易的立式車削過(guò)程相結(jié)合，最終以機(jī)械加工方式實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)的成型加工，突破了光刻加工技術(shù)高復(fù)雜度、高成本和低效率的微結(jié)構(gòu)制造過(guò)程的局限。本發(fā)明中具有目標(biāo)微結(jié)構(gòu)的加工刀具經(jīng)超聲清洗后可重復(fù)使用，從而能實(shí)現(xiàn)高效、低成本的微結(jié)構(gòu)快速成型制造。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1工件加工機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2本發(fā)明刀具切削刃上成型的目標(biāo)微結(jié)構(gòu)；
[0012]圖3精密車削機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖4本發(fā)明工件上快速成型的目標(biāo)微結(jié)構(gòu)；
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0015]一種微結(jié)構(gòu)快速成型制造方法，該方法包括如下步驟:
[0016]步驟一:針對(duì)微結(jié)構(gòu)應(yīng)用領(lǐng)域及其應(yīng)用目的，設(shè)計(jì)出目標(biāo)微結(jié)構(gòu)的幾何結(jié)構(gòu)尺寸。將目標(biāo)結(jié)構(gòu)利用電火花線切割的方法加工于具有導(dǎo)電性硬質(zhì)合金刀具2的主切削刃上，制造出用于微結(jié)構(gòu)快速成型的加工刀具。如圖1所示，該精密線切割電火花加工機(jī)床主要包括:沿水平方向(X軸)運(yùn)動(dòng)的第一滑臺(tái)1、被加工硬質(zhì)合金刀具2、刀具裝夾固定裝置3、支撐結(jié)構(gòu)4、沿垂直于水平方向和豎直方向(Y軸)運(yùn)動(dòng)的第二滑臺(tái)5、走絲調(diào)節(jié)裝置6和線切割絲7。其中，第一滑臺(tái)1在支撐結(jié)構(gòu)4上端沿X軸方向左右移動(dòng)；第二滑臺(tái)5在支撐結(jié)構(gòu)4下端沿Y軸方向前后移動(dòng)；被加工硬質(zhì)合金刀具2通過(guò)刀具裝夾固定裝置3固定安裝在第二滑臺(tái)5上；線切割絲7的兩端固定安裝在第一滑臺(tái)1和走絲調(diào)節(jié)裝置6中間；走絲調(diào)節(jié)裝置6由第一滑臺(tái)1控制，與第二滑臺(tái)5相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
[0017]在硬質(zhì)合金刀具的主切削刃上加工微結(jié)構(gòu)的具體方法如下:
[0018]首先將硬質(zhì)合金刀具2裝夾在刀具裝夾固定裝置3上，調(diào)整硬質(zhì)合金刀具2的位置，使其前刀面處于水平面位置并使線切割絲7與硬質(zhì)合金刀具2的主切削刃相垂直。隨后，精密線切割電火花加工機(jī)床控制第二滑臺(tái)5的進(jìn)給位置，停止在設(shè)計(jì)要求的目標(biāo)微結(jié)構(gòu)的起始位置；控制第一滑臺(tái)1進(jìn)給位置，得到設(shè)計(jì)要求的目標(biāo)微結(jié)構(gòu)高度尺寸2-1，如圖2所示，然后將第一滑臺(tái)1回退至起始位置；第二滑臺(tái)5的繼續(xù)進(jìn)給，停止在設(shè)計(jì)要求的目標(biāo)微結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度尺寸的位置?？刂频谝换_(tái)1進(jìn)給位置，得到設(shè)計(jì)要求的目標(biāo)微結(jié)構(gòu)高度尺寸2-1，最后將第一滑臺(tái)1回退至起始位置；如此循環(huán)加工，在硬質(zhì)合金刀具2的主切削刃上加工得到目標(biāo)微結(jié)構(gòu)陣列2-2。
[0019]步驟二:如圖3所示，將工件12安裝于立式精密車床的水平工作臺(tái)10上方，將具有微結(jié)構(gòu)切削刃的硬質(zhì)合金刀具2安裝于精密立式車床立式軸的刀具裝夾裝置13上；調(diào)整刀具2切削刃處于水平位置，且刀具2前刀面垂直于切削方向。該精密車削加工立式車床主要包括:沿水平方向(X軸)運(yùn)動(dòng)的第一滑塊8、沿豎直方向(Z軸)運(yùn)動(dòng)的第二滑塊9、水平工作臺(tái)10、支撐基體11、被加工鋁合金工件12、具有微結(jié)構(gòu)切削刃的硬質(zhì)合金刀具2和刀具裝夾裝置13。其中，第一滑塊8在支撐基體11上端沿X軸方向左右移動(dòng)；第二滑塊9安裝在第一滑塊8下端，將刀具裝夾裝置13固定于第二滑塊9上實(shí)現(xiàn)沿Z軸方向的上下移動(dòng)，其中，調(diào)整被加工鋁合金工件12上的微結(jié)構(gòu)加工區(qū)域的寬度須小于硬質(zhì)合金刀具2上加工有目標(biāo)微結(jié)構(gòu)的主切削刃的長(zhǎng)度，防止硬質(zhì)合金刀具2上未加工有目標(biāo)微結(jié)構(gòu)的主切削刃參與切削過(guò)程。
[0020]步驟三:控制裝有被加工工件12的精密立式車床水平工作臺(tái)按照設(shè)定參數(shù)靠近具有微結(jié)構(gòu)切削刃的硬質(zhì)合金刀具2，與此同時(shí)沿切削深度方向逐漸降低第二滑塊9的高度位置，使具有微結(jié)構(gòu)切削刃的硬質(zhì)合金刀具2切削被加工工件，并達(dá)到目標(biāo)微結(jié)構(gòu)的高度設(shè)計(jì)值。通過(guò)簡(jiǎn)單的精密車削加工方法，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)微結(jié)構(gòu)的快速成型。
[0021]目標(biāo)微結(jié)構(gòu)的快速成型的具體方法介紹如下:
[0022]實(shí)施例1:首先，將被加工鋁合金工件12安裝于水平旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)10上方，調(diào)整被加工鋁合金工件12與水平旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)10的中心距離，保證采用合適的切削速度進(jìn)行目標(biāo)微結(jié)構(gòu)的精密車削過(guò)程。隨后，單一控制第二滑塊9，使刀具裝夾裝置13沿豎直切削深度方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，逐漸降低安裝刀具2的高度位置，使鋁合金工件12在每一個(gè)回轉(zhuǎn)周期內(nèi)被硬質(zhì)合金刀具2以恒定切削深度車削加工，最終達(dá)到目標(biāo)微結(jié)構(gòu)的高度設(shè)計(jì)值。最后，對(duì)快速成型于鋁合金工件12上的目標(biāo)微結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，沿微結(jié)構(gòu)水平方向12-1和截面方向12-2的光學(xué)顯微鏡檢測(cè)結(jié)果如圖4所示。
[0023]實(shí)施例2:首先，將被加工鋁合金工件12安裝于固定水平工作臺(tái)上方，調(diào)整被加工鋁合金工件12與具有微結(jié)構(gòu)切削刃的硬質(zhì)合金刀具2的距離。隨后，同時(shí)控制第一滑塊8和第二滑塊9，使刀具裝夾裝置13沿豎直切削深度方向和水平切削方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，逐漸降低安裝刀具2的高度位置，使鋁合金工件12被硬質(zhì)合金刀具2以恒定切削深度刨削加工，最終達(dá)到目標(biāo)微結(jié)構(gòu)的高度設(shè)計(jì)值。
[0024]加工完成后，用于微結(jié)構(gòu)快速成型的加工刀具2利用超聲振動(dòng)清洗后可以重復(fù)使用。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種微結(jié)構(gòu)快速成型制造方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: 步驟一:將目標(biāo)結(jié)構(gòu)加工于具有導(dǎo)電性硬質(zhì)合金刀具的主切削刃上，制造出用于微結(jié)構(gòu)快速成型的加工刀具； 步驟二:將工件安裝于立式精密車床的水平工作臺(tái)上方，將具有微結(jié)構(gòu)切削刃的硬質(zhì)合金刀具安裝于精密立式車床立式軸的夾具上；調(diào)整刀具切削刃處于水平位置，且刀具前刀面垂直于切削方向； 步驟三:控制裝有被加工工件的精密立式車床水平工作臺(tái)按照設(shè)定參數(shù)靠近具有微結(jié)構(gòu)切削刃的硬質(zhì)合金刀具，與此同時(shí)沿切削深度方向逐漸降低刀具高度位置，使具有微結(jié)構(gòu)切削刃的硬質(zhì)合金刀具切削被加工工件，達(dá)到目標(biāo)微結(jié)構(gòu)的高度設(shè)計(jì)值，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)微結(jié)構(gòu)的快速成型。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微結(jié)構(gòu)快速成型制造方法，其特征在于，步驟一中，所述目標(biāo)結(jié)構(gòu)利用電火花線切割的方法加工于具有導(dǎo)電性硬質(zhì)合金刀具的主切削刃上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微結(jié)構(gòu)快速成型制造方法，其特征在于，步驟一中，所述用于微結(jié)構(gòu)快速成型的加工刀具利用超聲振動(dòng)清洗后可以重復(fù)使用。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微結(jié)構(gòu)快速成型制造方法，其特征在于，步驟三中，所述裝有被加工工件的精密立式車床水平工作臺(tái)為逆時(shí)針連續(xù)定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的水平回轉(zhuǎn)臺(tái)或水平移動(dòng)工作臺(tái)。
【專利摘要】一種微結(jié)構(gòu)快速成型制造方法屬于微結(jié)構(gòu)制造技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括：將目標(biāo)結(jié)構(gòu)加工于具有導(dǎo)電性硬質(zhì)合金刀具的主切削刃上，制造出用于微結(jié)構(gòu)快速成型的加工刀具；將工件安裝于立式精密車床的水平工作臺(tái)上方，將具有微結(jié)構(gòu)切削刃的硬質(zhì)合金刀具安裝于精密立式車床的夾具上；調(diào)整刀具切削刃處于水平位置，且刀具前刀面垂直于切削方向；控制裝有被加工工件的精密立式車床水平工作臺(tái)按照設(shè)定參數(shù)靠近具有微結(jié)構(gòu)切削刃的硬質(zhì)合金刀具，與此同時(shí)沿切削深度方向逐漸降低刀具高度位置，使具有微結(jié)構(gòu)切削刃的硬質(zhì)合金刀具切削被加工工件，達(dá)到目標(biāo)微結(jié)構(gòu)的高度設(shè)計(jì)值，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)微結(jié)構(gòu)的快速成型。刀具可重復(fù)使用，實(shí)現(xiàn)高效、低成本的微結(jié)構(gòu)快速成型制造。
【IPC分類】B23H7/02, B23B5/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105269097
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510705229
【發(fā)明人】張建國(guó), 李全松, 張輝, 隋永新, 楊懷江
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【公開(kāi)日】2016年1月27日
【申請(qǐng)日】2015年10月27日