[实用新型]基于寄生运动原理的高效微阵列加工装置

说明书

技术领域

    本实用新型涉及一种基于寄生运动原理的高效微阵列加工装置，可应用于精密光学、微机电系统、纳米技术、精密超精密加工、航空航天等领域所需的表面微阵列结构加工。

背景技术

 结构决定其功能。具有特定微结构（如微凹坑阵列、棱柱阵列、锥形阵列、微沟槽等）表面的器件，其在力学、光学、摩擦学等方面具有一些独特的功能，如隐身、聚光、自洁净、超疏水等功能。所以在光学、光电子、机械、生物医学、纳米技术等行业对具有特定微结构表面的器件具有重大的需求。光刻或腐蚀的方法是微结构表面加工较为常用的方法之一，在半导体材料表面微结构加工方面发挥了重要的作用，但是这种方法成本较高、加工效率较低，更重要的是这种方法对于金属材料、陶瓷材料、光学玻璃材料等无法进行加工，无法满足目前对于各种类型材料表面微结构加工的需求。为此，精密端铣、放电加工、模压等方法被研究人员开发出来，并开发了相应的加工装备，但是这些加工方法也存在一些不足，主要表现在微端铣刀、模具加工制作困难、加工成本高，而且电器控制复杂，导致这些加工装备目前还未实现产业化。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于寄生运动原理的高效微阵列加工装置，解决了现有技术存在的上述问题。针对特定表面微结构加工问题，为表面微阵列加工提供一种解决方案。借助本实用新型提出的加工装置，可实现微凹坑阵列、锥形阵列等微阵列结构表面的快速加工，在精密光学、微机电系统、纳米技术、精密超精密加工、航空航天等领域将具有良好的应用前景。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：

基于寄生运动原理的高效微阵列加工装置，包括z向粗定位单元8、z向精密定位单元、金刚石工具头加工运动生成单元、试件定位与安装单元以及基础支撑单元，所述的z向粗定位单元8、试件定位与安装单元通过螺钉安装在基础支撑单元上，z向精密定位单元和金刚石工具头加工运动生成单元通过螺钉安装在z向粗定位单元8上。

所述的基础支撑单元由底座1和龙门立柱2组成。

所述的试件定位与安装单元包括导轨滑块组件13、y向定位单元14和x向定位单元15，试件12通过熔融石蜡粘贴在导轨滑块组件13上面；y向定位单元14和x向定位单元15为伺服电机通过滚珠丝杠带动动子沿导轨实现直线运动的结构，可以实现试件12沿x向和y向的定位。

所述的z向粗定位单元8与y向定位单元14、x向定位单元15具有类似的驱动和传动形式，可以实现金刚石工具头11沿z向的粗定位。

所述的z向精密定位单元包括z向精密定位铰链5、压电叠堆b 6、预紧螺钉7，压电叠堆b 6嵌入在z向精密定位铰链5方槽内，并通过预紧螺钉7实现预紧。

所述的金刚石工具头加工运动生成单元包括压电叠堆a3、驱动铰链4、应变片9、锁紧螺钉10、金刚石工具头11，压电叠堆a3嵌入在驱动铰链4的凹槽内，并通过薄铜片进行预紧；驱动铰链4具有平行四边形放大和杠杆放大两级放大结构，应变片9粘贴在驱动铰链4双圆孔薄弱区域处，并搭建成全桥测量形式；金刚石工具头11通过锁紧螺钉10安装在驱动铰链4前端的圆孔中。

    本实用新型的有益效果在于：基于寄生运动原理提出了一种表面微阵列加工装置，配置具有特定尖端形式的金刚石工具头，可以实现微凹坑阵列、锥形阵列等微阵列结构表面的快速、高效加工。改变z向精密定位单元中压电叠堆a的驱动电压和驱动频率可以改变微阵列结构大小和间距，以满足不同的应用需求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的z向精密定位单元结构示意图；

图3为本实用新型的金刚石工具头加工运动生成单元结构示意图；

图4为本实用新型的驱动铰链产生寄生运动示意图；

图5为本实用新型的压电叠堆a时序控制图；

图6为本实用新型的微阵列加工装置实现微阵列加工原理图。