[实用新型]一种PDMS材料用超声辅助超低温微细铣削复合加工装置

说明书

一种PDMS材料用超声辅助超低温微细铣削复合加工装置，其特征是它包括微细喷嘴、微细喷嘴固定装置、伺服电机、主轴、超声微径铣刀刀具组件、横梁、立柱、工作台和底座，工作台安装在底座上，所述的工作台上固定有PDMS基片，立柱安装在工作台上，横梁安装在立柱上，所述的超声微径铣刀刀具组件固定在主轴上，主轴安装在横梁上并由也安装在横梁上的伺服电机驱动，微细喷嘴通过微细喷嘴固定装置固定在横梁上，开始加工前，调整微细喷嘴的位置，使液氮射流聚焦在超声微径铣刀刀具组件前段的待加工区域并形成脆化域。本实用新型可以获得较高的材料去除速率和较好的表面完整性，工艺可控性高，能够实现聚合物弹性体材料的高效、高质量加工。

技术领域

本实用新型涉及一种微细加工技术领域，尤其是一种聚合物PDMS材料的加工技术，具体地说是一种用于聚合物PDMS材料的超声辅助超低温微细铣削复合加工装置。

背景技术

随着制造技术的发展，聚合物材料因其优异的生物性能，已广泛应用于医疗器械等领域。PDMS材料是典型的聚合物材料，具有电磁能量耗散低，介电强度高，使用温度范围宽，生物相容性好，无毒，光学透明度高，透气性高，化学反应性低等优良特性，在微流控芯片中应用较为广泛。微流控技术是依靠对微通道网络内的微流体的操纵与控制，实现分析功能的一种技术平台，被称为下一代医疗诊断的“颠覆性技术”。传统的PDMS微流控芯片主要通过模塑法来制备。然而，该方法在制备之前需要加工出一套精密模具，且一套模具只能制备一种类型的微流控芯片，难以满足多品种、小批量的生产需求。因此，如何实现PDMS材料的快速微细加工成为一项备受关注的先进制造技术。

微细铣削加工是微细加工领域中一种重要的先进制造技术，具有成本低、柔性强的特点，尤其适合于加工多种工程材料以及带有复杂曲面的微结构特征。然而，当对PDMS材料进行微细铣削加工时，由于其弹性模量小，易出现加工变形大、表面质量差等现象。

文献（Matthias Putz, Martin Dix, Mike Neubert, Torsten Schmidt.Mechanism of Cutting Elastomers with Cryogenic Cooling[J]. CIRP Annals -Manufacturing Technology, 2016, 65(1):73-76.）中提到一种液氮辅助微细铣削加工技术，该加工方法通过将PDMS材料浸没在液氮中进行微细铣削，相比常温下微细铣削，液氮辅助微细铣削提高了PDMS材料的表面加工质量。然而，在加工过程中，由于铣刀与PDMS加工表面时刻处于接触与摩擦状态，导致加工区域冷却效果较差，易造成铣削表面的撕裂缺陷。并且，在加工过程中液氮浪费严重，加工成本偏高，限制了其方法应用。

实用新型内容

本实用新型提供针对现有的PDMS材料加工成本高，液氮浪费严重的问题，设计一种PDMS材料用超声辅助超低温微细铣削复合加工装置。

本实用新型的技术方案是：

一种PDMS材料用超声辅助超低温微细铣削复合加工装置，其特征是它包括微细喷嘴3、微细喷嘴固定装置4、伺服电机5、主轴6、超声微径铣刀刀具组件7、横梁8、立柱9、主控制系统10、工作台11和底座12，工作台11安装在底座12上，所述的工作台11上固定有PDMS基片1，立柱9安装在工作台11上，横梁8安装在立柱9上，所述的超声微径铣刀刀具组件7（可直接从市场购置或订置，其实质是在普通铣刀上加装超声振动装置）固定在主轴6上并位于PDMS基片1的上部，主轴6安装在横梁8上并由也安装在横梁上的伺服电机5驱动，微细喷嘴3通过微细喷嘴固定装置4固定在横梁上，开始加工前，调整微细喷嘴的位置，使液氮射流聚焦在超声微径铣刀刀具组件7前段的待加工区域并形成脆化域13。在超声辅助超低温微细铣削复合加工过程中超声微径铣刀刀具组件7安装在主轴6上，主轴在X、Y、Z方向的运动以带动所述超声微径铣刀刀具组件7在X、Y、Z方向上的直线运动，实现工件1的微细加工。

所述的超声微径铣刀刀具组件7上添加有超声辅助装置，能够增加PDMS铣削加工区域的液氮射入量，获得有效的超低温冷却，进而形成有效的脆化域13。