[发明专利]并行精密加工方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种工件的加工方法，特别是涉及一种对工件进行并行精密加工的方法与系统。

背景技术

当代工业应用中，许多微细结构的加工面临一个矛盾，即尺寸越小，精度要求越高，制造时间和成本就越高。这导致一系列微细结构，虽然知道它们的价值，却因为经济不实用而无法大规模应用。

比如，微槽冷却可以有效解决关键部件的热控制问题，所需微槽尺寸约为100微米宽，200-300微米深，间距200微米。但是，用目前的方法在金属或陶瓷上加工大量的大尺寸微槽成本太高。又比如，有一些生态仿真的结构(微肋条形状(riblet)，超疏水结构)可以有效降低运动器件在流体中的磨擦阻力(＞5％-50％)，达到环保节能的效果。微肋条结构约为20微米高，20微米宽，50微米间距。要将此技术应用于大面积结构上，必须在保证加工精度和质量的同时，将生产效率与成本控制在实用范围.而超疏水结构需要实现纳米结构。另外，薄膜划片广泛应用于太阳能生产中，要求选择性去除某些层而精确停止于指定层。这要求拥有约50微米的平面精度，小于100纳米的Z向精度，同时将对膜结构的破坏极小化。太阳能划片目前普遍用激光加工，但深度控制及结构损坏控制仍有待进一步改进以进一步提高转换效率。

总体上，目前微小结构的加工主要用以下方法.

其一为机械微细铣削。传统机械微细加工需要将刀具做成细长结构，比如，用微细铣刀达到0.05毫米分辨率的铣削，需要先具备至少0.05毫米直径的刀具头，为对准方便，此段至少为数毫米长，如3毫米长，然后过渡到可以装卡的直径。这种结构在刀具遭遇应力时很容易变形或折断，因此传统机械微细加工的加工分辨率一般在0.1毫米以上以避免频繁的刀具折损。加工速度有限，适用材料也受限于刀具。相对其它非接触式加工，其优点为尺寸可以相对精确控制，热影响小。缺点为可能产生机械应力影响区，脆性材料可能产生微剥离。此法为串行加工。

其二为激光升华式加工。激光可以汇聚到很小尺寸，从而将各种材料升华去除.但用于微细加工的激光功率偏低(目前一般低于100W，2009年多为50W以下)，导致加工速度偏低。另外，激光加工容易导致热影响区及表面多余堆积，需要后续处理.激光加工深度控制是一难点，需要因材料的不同而仔细标定工艺参数.激光微细加工，除了准分子激光，多为串行加工。太阳能薄膜划线中人们已经将多束激光并行使用，但并行的数量有限(一般＜20)。集成多个激光器面临复杂的控制与可靠性挑战。另外，激光的设备投入及运行成本相对偏高。

其三为电火花加工.缺点是工具磨损与速度慢。电化学加工则存在环境污染问题。所有电化学电火花加工都要求工件导电及应用加工辅助介质(去离子水或电解液)。

其它工艺如水刀加工或超声加工，存在精度不够或速度偏慢的问题。

综上所述，当代许多工业生产需要一种能够高速，高精度，高质量，低成本大尺寸加工微槽及精密划线的方法与系统.。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种精密加工方法，以满足当代工业生产所需要的高速，高精度，高质量要求。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种并行精密加工方法，将复数个微细结构成型于宏观结构上构成刀具单元，利用驱动与进给系统实施所述刀具单元与待加工工件间的相对运动，通过所述微细结构对所述工件进行并行精密加工。

本发明将微小结构集成于大尺寸的精密主轴上，主轴具备充足的刚性，通过众多微小结构与工件间的高速运动完成工件的渐进去除，可以通过进给量的控制精密控制切削力；实现了高速精密并行加工的同时，避免了传统机械微细加工的刀具易折损难题。

本发明的进一步改进在于，通过以下方法加工所述刀具单元：a.加工出所述宏观结构；b.在所述宏观结构上均匀沉积厚度精确控制的耐磨层；c.在所述耐磨层上去除多余材料，形成所述微细结构。

本发明的进一步改进在于，通过以下方法加工所述刀具单元：a.加工出所述宏观结构；b.单独成型所述微细结构；c.利用复数个间隔块将所述微细结构在所述宏观结构上组装起来。

本发明的进一步改进在于，所述宏观结构为一旋转轴，所述驱动与进给系统包括电机与NC工作台或机器人系统；通过所述电机驱动所述旋转轴旋转，将待加工工件安装于所述NC工作台上或机器人系统上，接近所述旋转的旋转轴，实现对所述工件的加工。