[发明专利]一种应用于折叠波导慢波结构的走刀轨迹规划方法

说明书

本发明涉及一种应用于折叠波导慢波结构的走刀轨迹规划方法，采用铣刀去除材料表面的氧化皮；选取直槽中心线上位于S形槽起始边外侧的一点作为对刀点；采用CCD对刀系统对工件进行Z向对刀；划分加工阶段并规划微铣刀的走刀轨迹，采用慢波结构在深度方向上分层加工的走刀方案；最后利用辅助工艺去除残留毛刺。本发明实现了一种多周期、大深宽比、薄壁复杂慢波结构件的超精密微铣削加工，解决了该类零件在超精密微铣削加工过程中，孤岛结构易发生弯曲、坍塌，直槽和S形槽交汇处形成的毛刺不易去除、深槽侧壁易倾斜等问题，以满足较为苛刻的加工要求。

技术领域

本发明属于超精密微铣削加工领域，涉及一种应用于折叠波导慢波结构的走刀轨迹规划方法，尤其涉及一种工作频率为0.34THz折叠波导慢波结构微铣削加工时的走刀轨迹规划方法。

背景技术

鉴于太赫兹波的强穿透性、高使用安全性、高定向性和高带宽等特性，太赫兹技术已经成为当前世界上一项极为重要的前沿技术。在国防军事中，应用太赫兹技术设计的宽带雷达能够实现对微小目标的灵敏探测和精准定位；在信息技术领域，太赫兹技术能够为军事通讯加密、太空通信等提供有力保障。此外，太赫兹技术还可应用于生物药品检测、毒品快速判定及种类鉴别、爆炸物特征识别等诸多领域。然而，太赫兹技术目前仍处于初期探索阶段，除探测手段的限制之外，缺乏具有高能量、高效率、低造价，且能在室温下稳定运转的辐射源是制约其发展和应用的最大技术瓶颈。有关太赫兹辐射源的研发当前主要集中于半导体固态器件、光子学太赫兹器件和电真空器件等，相较于前两种器件，电真空器件能够产生高出其它类型器件几个量级的最高单器件输出功率。太赫兹行波管是太赫兹电真空器件的一个重要分支，目前国内外研究的太赫兹行波管的高频互作用区以折叠波导慢波结构为主。

慢波结构是电真空器件行波管放大器中的核心零件。如图1所示是一种折叠波导慢波结构，该结构为轴向剖开的半圆柱体结构，轴向剖面上分布用于电磁波传输的S形波导（下文中简称为S形槽）、贯穿于其中部的电子束通道（下文中简称为直槽），以及两者交汇形成的薄壁孤岛（下文中简称为孤岛），属于典型的多周期、大深宽比、薄壁复杂结构件。在工作频率为0.34THz频段折叠波导慢波结构中，S形槽的深宽比为255μm/100μm，直槽通道宽度为140μm。慢波结构的尺寸精度及周期结构的尺寸一致性与电真空放大器的杂波抑制效果密切相关，表面粗糙度要求小于射频趋肤深度，而且慢波总体结构是由2个镜像匹配的二等分波导慢波结构装配形成，故单侧结构必须满足对准精确度要求以形成电磁波传播的有效路径，因此，慢波结构加工后的尺寸精度应优于±2μm，表面粗糙度Ra应优于60nm。为了实现太赫兹频段慢波结构零件的高质量加工，超精密微铣削加工是一种很有发展前景的加工方法。为在加工过程中，保证关键微细结构的完整性、尺寸精度，以及表面质量，需要合理选取切削参数并规划微铣刀的空间走刀轨迹，以满足该零件的高加工质量要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于折叠波导慢波结构的走刀轨迹规划方法，以解决该类零件在超精密微铣削加工过程中，孤岛结构易发生弯曲、坍塌，直槽和S形槽交汇处形成的毛刺不易去除、深槽侧壁易倾斜等问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种应用于折叠波导慢波结构的走刀轨迹规划方法，慢波结构的S形槽的深宽比为255μm/100μm，直槽通道宽度为140μm，包括以下步骤：

步骤1：在微铣削机床上，对半圆柱体弥散无氧铜工件进行定位和夹紧；工件的轴向剖面作为加工面，与微铣削机床的加工平台平行；采用铣刀铣削工件的加工面，去除弥散无氧铜材料表层的氧化皮，使加工面的粗糙度Ra达到优于60nm；

步骤2：选取直槽中心线上位于S形槽起始边外侧的一点作为对刀点，并设置刀具所处对刀点位置为加工机床坐标系原点；

步骤3：更换铣刀为超精密微铣削用微铣刀，利用刀具在位检测装置对刀具安装和使用状态进行实时监测；