[发明专利]一种表面微结构切磨一体化加工系统与方法

说明书

本发明公开一种表面微结构切磨一体化加工系统与方法，属于表面微结构超精密加工领域。所述系统包括磨床、刀具盘和微纳定位平台；微纳定位平台包括转动平台和二维平台；刀具盘包括飞刀盘、金刚石笔和磨抛笔；磨床和微纳定位平台有效集成，通过控制系统实现微纳定位平台与磨床各运动轴协调运动；采用金刚石笔和磨抛笔成180°配置的刀具盘创成微结构，金刚石笔进行切削加工，磨抛笔基体表面包裹剪切增稠磨料层，利用其剪切增稠原理进行“高剪低压”磨抛光整，实现复杂表面微结构的切磨一体化高精、高效加工；本发明可以有效改善传统机械微纳加工效率低、微结构特征质量差等问题，实现复杂表面微结构的高精、高效一次成形。

技术领域

本发明涉及超硬线性复杂表面微结构的加工技术，特别提供了一种表面微结构切磨一体化加工系统与方法，属于表面微结构超精密加工领域。

背景技术

微结构表面由于其独特的微观结构使得它具有常规表面无法与之相媲美的功能优势，其在机械、物理和化学性能等方面表现出特定功能而广泛应用于光学、机械电子、生物医药和军工等领域。表面微结构的高精度、高效率、低成本加工在21世纪的制造科学技术领域中占有非常重要的地位，引起了世界各国深度关注与研究。目前微结构表面的加工方法主要有材料堆积法、材料去除法和机械微纳加工技术，前两种加工技术制造成本高，材料堆积法也会产生厚度分布不均、毛刺等问题，传统的机械微纳加工技术成本低，但其加工精度、加工效率以及加工过程中的质量精度低，很难实现复杂表面微结构的高精度高效率加工。

因此本发明提出了一种表面微结构切磨一体化加工系统与方法，利用磨床和微纳定位平台协调运动，采用磨抛笔和金刚石笔连续交替工作的刀具盘，实现复杂表面微结构的高精度高效率加工，对表面微结构加工具有重要的理论意义和实际应用价值。

发明内容

本发明提出了一种表面微结构切磨一体化加工系统与方法，磨床和微纳定位平台能够有效集成，各个组块之间能够有效通信，磨床运动轴实现宏动，微纳定位平台实现微纳进给补偿或运动轨迹主动调控，结合刀具盘转动，实现跨尺度复杂微结构的切磨一体加工；通过控制实现微纳定位平台和磨床协调运动，采用磨抛笔和金刚石笔成180°配置的刀具盘创成微结构，通过金刚石笔进行切削加工，磨抛笔基体表面包裹剪切增稠磨料层，利用其剪切增稠原理进行“高剪低压”磨抛光整，实现表面微结构高精度高效率加工，对复杂表面微结构的加工具有重要的理论意义和实际应用价值。

本发明的一种表面微结构切磨一体化加工系统与方法，所提供的技术方案如下。

1、一种表面微结构切磨一体化加工系统：包括磨床、刀具盘和微纳定位平台；微纳定位平台包括转动平台、二维平动平台、压电叠堆驱动器Ⅰ、预紧螺栓Ⅰ、压电叠堆驱动器Ⅱ、预紧螺栓Ⅱ、驱动器底座和固定螺栓；二维平动平台包括动平台、位移放大机构、连接薄板Ⅰ、连接薄板Ⅱ、支撑型双层薄板和支撑座；位移放大机构包括输出端铰链、杠杆放大机构、菱形放大机构和双层对称柔性薄板；所述转动平台包括底座、凸台、支撑立柱和车轮式柔性机构；刀具盘包括飞刀盘、磨抛笔和金刚石笔；所述专用夹具固定在载物台上，载物台通过螺栓固定在微纳定位平台的转动平台的凸台上，微纳定位平台通过支撑座利用磁力固定在磨床工作台上，工件固定在专用夹具上，刀具盘安装在磨床主轴上。

2、所述的一种表面微结构切磨一体化加工系统与方法，可以通过以下步骤实现：

（1）将转动平台通过固定螺栓安装到动平台上，专用夹具固定在载物台上，载物台固定在转动平台的凸台上；

（2）将微纳定位平台安装到磨床工作台上，将待加工工件固定到专用夹具上；

（3）将磨抛笔和金刚石笔安装到飞刀盘上，将刀具盘安装到磨床主轴上；

（4）根据加工要求，对走刀路径进行规划，优化工艺参数并形成数控代码，将加工程序输入磨床控制系统，以实现磨床各运动轴与微纳定位平台各运动轴的协调运动；

（5）对工件加工面进行对刀，检查程序并验证，开始加工；