一種電化學(xué)加工系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種電化學(xué)加工系統(tǒng)，包括底座、電解槽以及朝向電解槽的加工電極；所述底座上設(shè)有驅(qū)動(dòng)所述電解槽X向運(yùn)動(dòng)的X向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和Y向運(yùn)動(dòng)的Y向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，以及驅(qū)動(dòng)所述加工電極Z向運(yùn)動(dòng)的Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，所述Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上連接有驅(qū)動(dòng)所述加工電極三自由度微動(dòng)的微動(dòng)平臺(tái)，所述微動(dòng)平臺(tái)包括與所述Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)連接的X向微動(dòng)平臺(tái)、與所述X向微動(dòng)平臺(tái)連接的Y向微動(dòng)平臺(tái)，以及與所述Y向微動(dòng)平臺(tái)連接的Z向微動(dòng)平臺(tái)；所述電解槽上還連接有檢測(cè)所述加工電極對(duì)所述電解槽施加壓力的力傳感器；所述加工電極上還連接有檢測(cè)其對(duì)工件加工深度的位移傳感器。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種電化學(xué)加工系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種納米加工裝置，尤其涉及一種電化學(xué)加工系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，微型化是軍事及民用研究領(lǐng)域總的發(fā)展趨勢(shì)。如大規(guī)模集成電路(ULSI)、微納機(jī)電系統(tǒng)(MEMS&NEMS)、微全分析系統(tǒng)(μ-TAS)以及精密光學(xué)器件的發(fā)展，要求每個(gè)功能器件的尺寸達(dá)到微納米量級(jí)?，F(xiàn)代化的高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)要求武器小型化，如微型潛艇、微型飛機(jī)、微型導(dǎo)彈等，這些新型武器的組成零件要求其結(jié)構(gòu)尺寸達(dá)到微米乃至納米量級(jí)，加工精度達(dá)到納米量級(jí)。在民用領(lǐng)域，以計(jì)算機(jī)(PU芯片為例，商業(yè)化的超大集成電路的特征線寬已經(jīng)達(dá)到32nm以下。這些零件或者元件的制造需要各種微納加工技術(shù)，因此，發(fā)展微納加工技術(shù)已成為全世界精密制造領(lǐng)域最前沿的熱門(mén)課題，并且在此基礎(chǔ)上逐步形成了一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)一一微納制造。一般地，微納加工技術(shù)的產(chǎn)業(yè)需求具體體現(xiàn)在以下三個(gè)方面:(I)納米精度的超光滑表面；(2)微納尺度的三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)；(3)微納米器件的裝配。
[0003]電化學(xué)微納加工技術(shù)作為微納加工方法之一，具有無(wú)熱效應(yīng)、無(wú)殘余應(yīng)力，精度可控、去除率高、加工效率高、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。因此，在微納加工領(lǐng)域也占有及其重要的地位。實(shí)現(xiàn)電化學(xué)微納加工的方法有:陰極電沉積(電鍍或電鑄)、陽(yáng)極溶解、電化學(xué)誘導(dǎo)化學(xué)刻蝕技術(shù)。電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在電極/溶液界面，由于參與反應(yīng)的物質(zhì)的液相傳質(zhì)過(guò)程，在界面溶液一側(cè)形成擴(kuò)散層。因此，控制電化學(xué)微/納米加工精度的關(guān)鍵就在于控制擴(kuò)散層的厚度。常用的電化學(xué)微納加工方法有:
[0004](I)掃描探針電化學(xué)微納加工技術(shù)
[0005]電化學(xué)掃描隧道顯微鏡(EC-STM)微納加工方法于1997年由Kolb課題組提出:首先在STM探針上沾上帶有Cu2+的溶液，再移到金基片上通過(guò)電沉積形成銅納米團(tuán)簇。廈門(mén)大學(xué)毛秉偉教授課題組在室溫離子液體環(huán)境中電沉積得到了活潑金屬鋅和鐵的納米團(tuán)簇圖案。此方法的加工精度非常高，團(tuán)簇的直徑一般在亞納米級(jí)別，高度可以控制在幾個(gè)納米。但其最大的不足在于掃描行程非常有限，因此加工尺度范圍很小。Schuster提出了超短電壓脈沖技術(shù)，該技術(shù)是將微/納米電極、電極陣列或者帶有三維微結(jié)構(gòu)的模板逼近待加工的導(dǎo)電基底，在針尖與基底之間施以納秒級(jí)電壓脈沖，只有距離工具最近的工件部位發(fā)生陽(yáng)極溶解，從而得到尺度可控的微型結(jié)構(gòu)。這種技術(shù)具有距離敏感性，加工精度較高，但逐點(diǎn)作業(yè)效率低。
[0006]掃描電化學(xué)顯微鏡(SECM)是一種以超微電極或納米電極為探針的掃描探針技術(shù)，由一個(gè)三維精密定位系統(tǒng)來(lái)控制探針電極與被加工基底之間的距離，通過(guò)在針尖與基底之間局部區(qū)域激發(fā)電化學(xué)反應(yīng)，可以獲得各種微結(jié)構(gòu)圖案。該技術(shù)空間分辨率有所降低，但化學(xué)反應(yīng)性能得到增強(qiáng)，大大拓展了微/納米加工的對(duì)象，成為一種重要的微納加工技術(shù)。掃描微電解池顯微鏡(S E C C M)是利用毛細(xì)管尖端的微液滴與導(dǎo)電工件形成接觸，參比CN104098066B說(shuō)明書(shū)42/5頁(yè)5電極、對(duì)電極插入到毛細(xì)管中與導(dǎo)電的加工基底構(gòu)成微電解池，并以該微電解池作為掃描探針。由于電化學(xué)反應(yīng)被限制在微液滴中，因此微液滴的尺寸決定了加工的精度。
[0007](2)掩模電化學(xué)微納加工技術(shù)
[0008]LIGA是一種加工高深寬比微/納米結(jié)構(gòu)的方法。該方法先在導(dǎo)電基底上涂覆一層光刻膠，通過(guò)光刻曝光后形成高深寬比的微/納米結(jié)構(gòu)，然后在含有微/納米結(jié)構(gòu)的光刻膠模板上電沉積金屬，去除光刻膠后得到金屬微/納米結(jié)構(gòu)。獲得的金屬微/納米結(jié)構(gòu)，還可以進(jìn)一步作為加工塑料和陶瓷材料工件的模板。LIGA加工的深寬比可以達(dá)到10?50，粗糙度小于50nm。但該技術(shù)使用的X射線曝光光源價(jià)格昂貴，而紫外曝光工藝得到的深寬比又較低。另外，如何在有較高深寬比的光刻膠微/納米結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的電鑄也是需要解決的問(wèn)題。
[0009]EFAB是由美國(guó)南加州大學(xué)Adam Cohan教授提出的一種微/納米加工方法。EFAB技術(shù)首先利用CAD將目標(biāo)三維微/納米結(jié)構(gòu)分解成容易通過(guò)光刻加工的多層二維微/納米結(jié)構(gòu)，然后將設(shè)計(jì)好的微/納米結(jié)構(gòu)層和犧牲層一層一層地沉積于二維光刻膠模板中，去掉光刻膠模板和犧牲層金屬就可以得到所需的微/納米結(jié)構(gòu)。但每一個(gè)電鑄層都要求高度平坦化，而化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)成本高，而且任何兩層之間的對(duì)準(zhǔn)錯(cuò)誤都將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)微/納米加工流程失敗。
[0010]電化學(xué)納米壓印技術(shù):AgS2是一種具有銀離子傳輸能力的固態(tài)超離子導(dǎo)體電解質(zhì)，當(dāng)銀工件表面接觸到超離子導(dǎo)體模板時(shí)，通過(guò)在工件上施加一定的電壓，銀工件表面與模板的連接處將會(huì)發(fā)生銀的陽(yáng)極溶解，銀離子在AgS2電解質(zhì)中迀移，沉積到AgS 2模板另一側(cè)的對(duì)電極上，從而形成納米結(jié)構(gòu)。但是，可用于模板制作的固體電解質(zhì)材料有限，機(jī)械強(qiáng)度差，固相傳質(zhì)速率慢，加工效率低。
[0011](3)微納精度的電化學(xué)平坦化技術(shù)
[0012]電化學(xué)拋光(ECP)技術(shù)是利用電化學(xué)陽(yáng)極溶解的原理實(shí)現(xiàn)材料的去除，可在非接觸無(wú)應(yīng)力的條件下實(shí)現(xiàn)高效平坦化，還可避免產(chǎn)生介質(zhì)層裂紋、分層等加工缺陷。但是如果加工間隙過(guò)小則易導(dǎo)致正負(fù)極短路，影響工藝的穩(wěn)定性，在目前的技術(shù)條件下很難實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)面型精度表面的平坦化加工。
[0013]電化學(xué)機(jī)械拋光(ECMP)技術(shù)是Applied Materials公司于2004年推出的平坦化技術(shù)。一方面，通過(guò)電化學(xué)作用在加工表面生成軟質(zhì)鈍化膜，同時(shí)在低拋光壓力下以機(jī)械作用快速去除該鈍化膜;另一方面，利用電化學(xué)作用形成的鈍化膜對(duì)加工表面低凹部位的保護(hù)作用及多孔拋光墊和磨粒對(duì)加工表面凸出部位的高選擇性去除作用，可實(shí)現(xiàn)高精度的平坦化。然而，在技術(shù)上還無(wú)法實(shí)現(xiàn)高精度平坦化加工。
[0014]目前，與光刻技術(shù)聯(lián)用的電化學(xué)微納加工技術(shù)，比如超大集成電路的雙大馬士革工藝、微納機(jī)電系統(tǒng)的LIGA和EFAB工藝，其加工設(shè)備主要是是價(jià)格昂貴的光刻工藝設(shè)備和化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備，其電化學(xué)工藝設(shè)備實(shí)際上只是傳統(tǒng)的電鑄和電鍍?cè)O(shè)備。電化學(xué)機(jī)械拋光是在化學(xué)機(jī)械拋光設(shè)備的基礎(chǔ)上引入陽(yáng)極氧化的工藝。實(shí)際上在這類(lèi)技術(shù)中，電化學(xué)只是作為一道工藝，嚴(yán)格上并不是直接通過(guò)電化學(xué)方法生成3D微納結(jié)構(gòu)或超光滑表面。
[0015]現(xiàn)有的電化學(xué)微納加工設(shè)備的研制相對(duì)比較滯后，調(diào)節(jié)精度的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)易，而且精度低，不能達(dá)到精度較高的加工要求。
[0016]有鑒于上述的缺陷，本設(shè)計(jì)人，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新型結(jié)構(gòu)的電化學(xué)加工系統(tǒng)，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種可以從宏觀上進(jìn)行精度粗調(diào)、從微觀上進(jìn)行微調(diào)以精確調(diào)整電極加工精度的電化學(xué)加工系統(tǒng)。
[0018]本發(fā)明的電化學(xué)加工系統(tǒng)，包括
[0019]-底座、電解槽以及朝向電解槽的加工電極；
[0020]-所述底座上設(shè)有驅(qū)動(dòng)所述電解槽X向運(yùn)動(dòng)的X向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和Y向運(yùn)動(dòng)的Y向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，以及驅(qū)動(dòng)所述加工電極Z向運(yùn)動(dòng)的Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)；
[0021]-所述Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上連接有驅(qū)動(dòng)所述加工電極三自由度微動(dòng)的微動(dòng)平臺(tái)，所述微動(dòng)平臺(tái)包括與所述Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)連接的X向微動(dòng)平臺(tái)、與所述X向微動(dòng)平臺(tái)連接的Y向微動(dòng)平臺(tái)，以及與所述Y向微動(dòng)平臺(tái)連接的Z向微動(dòng)平臺(tái)；
[0022]-所述電解槽上還連接有檢測(cè)所述加工電極對(duì)所述電解槽施加壓力的力傳感器；
[0023]-所述加工電極上還連接有檢測(cè)其對(duì)工件加工深度的位移傳感器。
[0024]進(jìn)一步的，所述力傳感器上連接有水平的連接板，所述連接板上設(shè)有底板，所述底板通過(guò)橡膠墊連接有與其平行的支撐板，所述電解槽設(shè)置在所述支撐板上，所述電解槽的側(cè)壁上連接有兩彈簧壓片，所述彈簧壓片與所述連接板之間連接有第一彈簧，以及調(diào)整所述第一彈簧形變量的調(diào)整螺釘。
[0025]進(jìn)一步的，所述底座上還連接有調(diào)整所述X向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和Y向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)水平高度的活動(dòng)底盤(pán)，所述活動(dòng)底盤(pán)與所述底座之間連接有第二彈簧，所述活動(dòng)底盤(pán)上連接有將其固定在所述底座上、并調(diào)整所述第二彈簧形變量的調(diào)整旋鈕。
[0026]進(jìn)一步的，所述X向微動(dòng)平臺(tái)、Y向微動(dòng)平臺(tái)與Z向微動(dòng)平臺(tái)均包括臺(tái)體和設(shè)置在臺(tái)體內(nèi)的動(dòng)臺(tái)體，所述動(dòng)臺(tái)體的各外側(cè)壁與所述臺(tái)體的各內(nèi)側(cè)壁之間均連接有柔性鉸鏈，所述臺(tái)體上連接有驅(qū)動(dòng)所述動(dòng)臺(tái)體直線微動(dòng)的壓電陶瓷。
[0027]進(jìn)一步的，所述Z向微動(dòng)平臺(tái)的動(dòng)臺(tái)體連接有懸掛板，所述懸掛板上懸掛有連接所述加工電極的接筒，所述接筒上連接有連接盤(pán)，所述連接盤(pán)上沿其圓周方向均勻連接有三個(gè)所述位移傳感器。
[0028]進(jìn)一步的，所述X向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)與Y向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)均包括支座、沿支座水平移動(dòng)的滑塊以及設(shè)置在支座上驅(qū)動(dòng)滑塊水平移動(dòng)的第一電機(jī)，所述X向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的支座設(shè)置在所述活動(dòng)底盤(pán)上，所述Y向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的支座設(shè)置在所述X向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的滑塊上，所述Y向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的滑塊上連接有臺(tái)面，所述力傳感器設(shè)置在所述臺(tái)面上。
[0029]進(jìn)一步的，所述Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)包括與所述底座垂直連接的立板、沿所述立板縱向移動(dòng)的滑板，以及驅(qū)動(dòng)所述滑板縱向移動(dòng)的第二電機(jī)與絲桿。
[0030]進(jìn)一步的，所述X向微動(dòng)平臺(tái)通過(guò)支架連接在所述滑板上，所述底座上設(shè)有兩朝向所述支架、限制所述支架隨所述滑板縱向移動(dòng)幅度的限位柱。
[0031]進(jìn)一步的，所述底座的兩端還設(shè)有把手。
[0032]借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0033]1、通過(guò)設(shè)置力傳感器，可以檢測(cè)到在微動(dòng)平臺(tái)調(diào)整加工電極的位置時(shí)加工電極對(duì)電解槽施加壓力，從而控制微動(dòng)平臺(tái)調(diào)整加工電極三維微動(dòng)的幅度，一方面可以避免加工電極與待加工工件過(guò)接觸，導(dǎo)致工件損壞，另一方面可以防止加工電極與待加工工件接觸不到位，達(dá)不到加工效果，確保加工的精度；
[0034]2、通過(guò)設(shè)置位移傳感器，可以檢測(cè)到加工電極對(duì)工件加工的深度，從而能夠更精確地控制微動(dòng)平臺(tái)對(duì)加工電極微調(diào)的精度；
[0035]3、通過(guò)第一彈簧與調(diào)整螺釘，及底板與支撐板的軟性連接，可以對(duì)電解槽的水平位置進(jìn)行微調(diào)，以確保在加工之前，電解槽準(zhǔn)確地處于設(shè)定的位置，從而進(jìn)一步確保加工的精度；
[0036]4、本發(fā)明的粗調(diào)結(jié)構(gòu)可以達(dá)到微米分辨率，微調(diào)結(jié)構(gòu)可以達(dá)到納米分辨率，將粗調(diào)結(jié)構(gòu)(即X、Y、Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái))與微調(diào)結(jié)構(gòu)(即三自由度微動(dòng)的微動(dòng)平臺(tái))組合，大大提高了調(diào)節(jié)精度，能達(dá)到高精度的加工要求。
[0037]上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后。
【附圖說(shuō)明】
[0038]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖2是本發(fā)明中微動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖3是微動(dòng)平臺(tái)中X或Y或Z向微動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]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。
[0042]參見(jiàn)圖1和圖2，本發(fā)明一較佳實(shí)施例所述的一種電化學(xué)加工系統(tǒng)，包括底座10、電解槽20以及朝向電解槽20的加工電極30，加工電極30用于對(duì)電解槽20內(nèi)的工件進(jìn)行加工。電化學(xué)加工主要是通過(guò)陽(yáng)極溶解或陰極沉積，使工件在電解液中被溶解或沉積所需材料，達(dá)到加工目的。本發(fā)明的電化學(xué)加工系統(tǒng)用來(lái)進(jìn)行對(duì)工件的精密加工，為達(dá)到精密精度，本發(fā)明具有宏觀調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與微觀調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。宏觀調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)用來(lái)進(jìn)行粗調(diào)，粗調(diào)精度在微米級(jí)，其具體結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在底座10上驅(qū)動(dòng)電解槽20Χ向運(yùn)動(dòng)的X向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)41和Y向運(yùn)動(dòng)的Y向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)42，以及驅(qū)動(dòng)加工電極30Ζ向運(yùn)動(dòng)的Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)43。
[0043]為達(dá)到微米級(jí)的粗調(diào)精度，本發(fā)明中X向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)41與Y向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)42均包括支座44、沿支座44水平移動(dòng)的滑塊45以及設(shè)置在支座44上驅(qū)動(dòng)滑塊45水平移動(dòng)的第一電機(jī)46，第一電機(jī)46通過(guò)絲桿傳動(dòng)，使滑塊45水平滑動(dòng)。X向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)41與Y向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)42用于調(diào)節(jié)電解槽20的位置，在調(diào)節(jié)過(guò)程中，還需同時(shí)調(diào)節(jié)電解槽20的水平度，因此，本發(fā)明在底座10上還連接有調(diào)整X向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)41和Y向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)42水平高度的活動(dòng)底盤(pán)80，活動(dòng)底盤(pán)80與底座10之間連接有第二彈簧81，在活動(dòng)底盤(pán)80上連接有將其固定在底座10上、并調(diào)整第二彈簧81形變量的調(diào)整旋鈕82。將活動(dòng)底盤(pán)80通過(guò)第二彈簧81及調(diào)整旋鈕82連接在底座10上，使得活動(dòng)底盤(pán)82呈浮動(dòng)狀態(tài)，在確定好電解槽20的水平位置及水平高度后，控制第二彈簧81的伸長(zhǎng)量使電解槽20在所需高度，然后旋轉(zhuǎn)調(diào)整旋鈕82，使活動(dòng)底盤(pán)80呈水平狀態(tài)。具體連接時(shí)，將X向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)41的支座44設(shè)置在活動(dòng)底盤(pán)80上，Y向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)42的支座44設(shè)置在X向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)41的滑塊45上。如此，即可通過(guò)調(diào)整X向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)41與Y向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)42的水平高度，從而對(duì)電解槽20進(jìn)行間接調(diào)整。為達(dá)到間接調(diào)整的目的，本發(fā)明在Y向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)42的滑塊45上連接有臺(tái)面47，在臺(tái)面47上設(shè)置一力傳感器60，力傳感器60用于檢測(cè)加工電極30對(duì)所電解槽20施加壓力，一方面可以避免加工電極30與待加工工件過(guò)接觸，導(dǎo)致工件損壞，另一方面可以防止加工電極30與待加工工件接觸不到位，達(dá)不到加工效果，確保加工的精度。具體的，力傳感器60上連接有水平的連接板61，連接板61上設(shè)有底板62，底板62通過(guò)橡膠墊63連接有與其平行的支撐板64，電解槽20設(shè)置在支撐板64上，在電解槽20的側(cè)壁上連接有兩彈簧壓片65，彈簧壓片65與連接板61之間連接有第一彈簧66，以及調(diào)整第一彈簧66形變量的調(diào)整螺釘67。通過(guò)橡膠墊63與第一彈簧66，可以對(duì)電解槽20的水平高度及水平度進(jìn)行進(jìn)一步的微調(diào)，使電解槽20的平面度在0.1mm以下，更進(jìn)一步提高加工精度。
[0044]通過(guò)X向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)41與Y向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)42對(duì)電解槽20進(jìn)行水平方向的粗調(diào)，而加工電極30的粗調(diào)整通過(guò)Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)43調(diào)整豎直方向的高度。具體的，Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)43包括與底座1垂直連接的立板48、沿立板48縱向移動(dòng)的滑板49，以及驅(qū)動(dòng)滑板49縱向移動(dòng)的第二電機(jī)50與絲桿。
[0045]通過(guò)對(duì)電解槽20與加工電極30的粗調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電解槽20與加工電極30的初步定位。為達(dá)到精密加工目的，還需通過(guò)微觀調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行納米級(jí)的調(diào)節(jié)。具體的，本發(fā)明中的微觀調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為與Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)43連接的、用于驅(qū)動(dòng)加工電極30三自由度微動(dòng)的微動(dòng)平臺(tái)，如2和圖3所示，微動(dòng)平臺(tái)包括與Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)43連接的X向微動(dòng)平臺(tái)51、與X向微動(dòng)平臺(tái)51連接的Y向微動(dòng)平臺(tái)52，以及與Y向微動(dòng)平臺(tái)52連接的Z向微動(dòng)平臺(tái)53，X向微動(dòng)平臺(tái)51通過(guò)支架90連接在Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)43的滑板49上。如此，即可由Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)43帶動(dòng)整個(gè)微動(dòng)平臺(tái)縱向上移動(dòng)，由微動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)加工電極30進(jìn)行三自由度的微動(dòng)。具體的，X向微動(dòng)平臺(tái)51、Y向微動(dòng)平臺(tái)52與Z向微動(dòng)平臺(tái)53均包括臺(tái)體54和設(shè)置在臺(tái)體54內(nèi)的動(dòng)臺(tái)體55，動(dòng)臺(tái)體55的各外側(cè)壁與臺(tái)體54的各內(nèi)側(cè)壁之間均連接有柔性鉸鏈56，在臺(tái)體54上連接有驅(qū)使動(dòng)臺(tái)體55直線微動(dòng)的壓電陶瓷57。S卩X向微動(dòng)平臺(tái)51的動(dòng)臺(tái)體可以沿X方向微動(dòng)，Y向微動(dòng)平臺(tái)52的動(dòng)臺(tái)體可以沿Y方向微動(dòng)，Z向微動(dòng)平臺(tái)53可以沿Z方向微動(dòng)，將加工電極30與微動(dòng)平臺(tái)連接，即可對(duì)加工電極30進(jìn)行微觀上的調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)精密加工。具體的，在Z向微動(dòng)平臺(tái)53的動(dòng)臺(tái)體55上連接一懸掛板71，在懸掛板71上懸掛一與加工電極30連接的接筒72。接筒72與懸掛板71隨微動(dòng)平臺(tái)微動(dòng)，從而帶動(dòng)加工電極30微動(dòng)調(diào)整。
[0046]本發(fā)明在加工電極30上還連接有檢測(cè)其對(duì)工件加工深度的位移傳感器70，通過(guò)檢測(cè)加工電極30對(duì)工件加工的深度，從而更精確地控制微動(dòng)平臺(tái)對(duì)加工電極30微調(diào)的精度。具體的，可在接筒72上連接一連接盤(pán)73，在連接盤(pán)73上沿其圓周方向均勻連接有三個(gè)位移傳感器70。利用三個(gè)位移傳感器70檢測(cè)三個(gè)點(diǎn)，利用三個(gè)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)平面，從而確保在加工過(guò)程中，不會(huì)產(chǎn)生偏差，大大確保的了加工效果。
[0047]為了限制微動(dòng)平臺(tái)隨Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)43下滑的最大幅度，本發(fā)明在底座10上設(shè)有兩朝向支架90、限制支架90隨滑板49縱向移動(dòng)幅度的限位柱91。利用限位柱91對(duì)支架90進(jìn)行抵擋，使第二電機(jī)50停止工作，阻止支架90繼續(xù)下降，從而阻止加工電極30下降，避免加工電極30碰撞電解槽20，從而避免加工電極30與電解槽20被損壞。
[0048]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，為方便搬運(yùn)本發(fā)明的電化學(xué)加工系統(tǒng)，本發(fā)明在底座10的兩端還設(shè)有把手11。
[0049]本發(fā)明的工作原理如下:
[0050]加工過(guò)程采用粗調(diào)、微調(diào)相結(jié)合的方式使加工電極30與待加工工件接觸，并配合力傳感器時(shí)時(shí)檢測(cè)接觸信號(hào)，以及位移傳感器檢測(cè)加工深度。初始階段，首先通過(guò)活動(dòng)底盤(pán)80調(diào)整X向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)41的水平度，并利用X向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)41與Y向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)42調(diào)整電解槽20的初始位置，再進(jìn)一步微調(diào)整電解槽20的水平度，隨后利用Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)43調(diào)整加工電極30與待加工工件之間的距離，使加工電極30與工件接觸，并由力傳感器60檢測(cè)加工電極30是否與工件接觸;最后利用微動(dòng)平臺(tái)對(duì)加工電極30進(jìn)行三自由度的微調(diào)，并在加工過(guò)程中實(shí)時(shí)通過(guò)位移傳感器70檢測(cè)加工深度，達(dá)到合適位置完成電化學(xué)的精密加工。
[0051 ]本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)精度高，其中X向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)與Y向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍為25mm，重復(fù)精度為±5μπι，分辨率為1μπι，Ζ向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍為70mm，重復(fù)精度為±10μm，分辨率為3μπι;電解槽20的平面度在0.1mm以下;X向微動(dòng)平臺(tái)、Y向微動(dòng)平臺(tái)及Z向微動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)范圍均為50μπι，重復(fù)精度均為±50nm，分辨率均為20nm;力分辨率為I克，操控方便，控制簡(jiǎn)單，達(dá)到高精密加工要求。
[0052]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并不用于限制本發(fā)明，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)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電化學(xué)加工系統(tǒng)，包括 -底座、電解槽以及朝向電解槽的加工電極； -所述底座上設(shè)有驅(qū)動(dòng)所述電解槽X向運(yùn)動(dòng)的X向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和Y向運(yùn)動(dòng)的Y向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，以及驅(qū)動(dòng)所述加工電極Z向運(yùn)動(dòng)的Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，其特征在于: -所述Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上連接有驅(qū)動(dòng)所述加工電極三自由度微動(dòng)的微動(dòng)平臺(tái)，所述微動(dòng)平臺(tái)包括與所述Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)連接的X向微動(dòng)平臺(tái)、與所述X向微動(dòng)平臺(tái)連接的Y向微動(dòng)平臺(tái)，以及與所述Y向微動(dòng)平臺(tái)連接的Z向微動(dòng)平臺(tái)； -所述電解槽上還連接有檢測(cè)所述加工電極對(duì)所述電解槽施加壓力的力傳感器； -所述加工電極上還連接有檢測(cè)其對(duì)工件加工深度的位移傳感器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)加工系統(tǒng)，其特征在于:所述力傳感器上連接有水平的連接板，所述連接板上設(shè)有底板，所述底板通過(guò)橡膠墊連接有與其平行的支撐板，所述電解槽設(shè)置在所述支撐板上，所述電解槽的側(cè)壁上連接有兩彈簧壓片，所述彈簧壓片與所述連接板之間連接有第一彈簧，以及調(diào)整所述第一彈簧形變量的調(diào)整螺釘。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)加工系統(tǒng)，其特征在于:所述底座上還連接有調(diào)整所述X向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和Y向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)水平高度的活動(dòng)底盤(pán)，所述活動(dòng)底盤(pán)與所述底座之間連接有第二彈簧，所述活動(dòng)底盤(pán)上連接有將其固定在所述底座上、并調(diào)整所述第二彈簧形變量的調(diào)整旋鈕。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)加工系統(tǒng)，其特征在于:所述X向微動(dòng)平臺(tái)、Y向微動(dòng)平臺(tái)與Z向微動(dòng)平臺(tái)均包括臺(tái)體和設(shè)置在臺(tái)體內(nèi)的動(dòng)臺(tái)體，所述動(dòng)臺(tái)體的各外側(cè)壁與所述臺(tái)體的各內(nèi)側(cè)壁之間均連接有柔性鉸鏈，所述臺(tái)體上連接有驅(qū)動(dòng)所述動(dòng)臺(tái)體直線微動(dòng)的壓電陶瓷。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電化學(xué)加工系統(tǒng)，其特征在于:所述Z向微動(dòng)平臺(tái)的動(dòng)臺(tái)體連接有懸掛板，所述懸掛板上懸掛有連接所述加工電極的接筒，所述接筒上連接有連接盤(pán)，所述連接盤(pán)上沿其圓周方向均勻連接有三個(gè)所述位移傳感器。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)加工系統(tǒng)，其特征在于:所述X向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)與Y向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)均包括支座、沿支座水平移動(dòng)的滑塊以及設(shè)置在支座上驅(qū)動(dòng)滑塊水平移動(dòng)的第一電機(jī)，所述X向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的支座設(shè)置在所述活動(dòng)底盤(pán)上，所述Y向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的支座設(shè)置在所述X向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的滑塊上，所述Y向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的滑塊上連接有臺(tái)面，所述力傳感器設(shè)置在所述臺(tái)面上。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)加工系統(tǒng)，其特征在于:所述Z向運(yùn)動(dòng)平臺(tái)包括與所述底座垂直連接的立板、沿所述立板縱向移動(dòng)的滑板，以及驅(qū)動(dòng)所述滑板縱向移動(dòng)的第二電機(jī)與絲桿。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電化學(xué)加工系統(tǒng)，其特征在于:所述X向微動(dòng)平臺(tái)通過(guò)支架連接在所述滑板上，所述底座上設(shè)有兩朝向所述支架、限制所述支架隨所述滑板縱向移動(dòng)幅度的限位柱。9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的電化學(xué)加工系統(tǒng)，其特征在于:所述底座的兩端還設(shè)有把手。
【文檔編號(hào)】B23H3/00GK106077852SQ201610632582
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月4日 公開(kāi)號(hào)201610632582.4, CN 106077852 A, CN 106077852A, CN 201610632582, CN-A-106077852, CN106077852 A, CN106077852A, CN201610632582, CN201610632582.4
【發(fā)明人】鐘博文
【申請(qǐng)人】蘇州大學(xué)