[发明专利]一种多频耦合跨尺度分级微纳结构创成装置

说明书

本发明涉及一种跨尺度分级微结构创成装置，属于微/纳结构超精密制造领域。后盖板、法兰盘、压电陶瓷片和一体式变幅杆柔性运动机构通过螺杆和螺母串联连接，两个矩形加强块分别通过紧固螺钉与一体式变幅杆柔性运动机构前端固接，通过控制两个压电叠堆驱动器驱动一体式变幅杆柔性运动机构柔性部分动作形成刀尖处的微幅振动，金刚石刀具安装在一体式变幅杆柔性运动机构装刀位置用于加工。本发明结构新颖且简单，易于制造，柔性运动部分质量小，易于实现高频输出；配合超精密机床伺服运动，可一次高效、高质、柔性的创成跨尺度分级微纳结构表面，通过对输入信号的控制，实现不同切削轨迹的调控，有效提高面对不同跨尺度分级微纳结构表面的加工柔性。

技术领域

本发明涉及一种多频耦合跨尺度分级微纳结构创成装置，属于微/纳结构超精密制造领域。

背景技术

近年来，功能表面和界面科学的飞速发展使得微纳结构表面在不同领域得到越来越广泛的应用，例如微结构功能表面在减阻、减摩、提高成像质量、自清洁等方面的应用。这些微纳结构功能表面往往介于微纳米量级，具多为层级结构，复杂跨尺度的形状特征对其精密柔性制造提出了严格的要求，尤其面向难加工材料的复杂微纳结构功能表面，更是对现行的制造方法提出了严峻的考验。

当前用于微纳结构功能表面制造的方法主要包括两种：一种是以3D打印增材制造为代表的材料堆积法，其往往依赖于昂贵的设备和严格的工艺条件，使得生产成本较高；另一种是材料去除法，即利用某种能量把工件初始表面一些多余材料去除从而留下特定目标微结构的方法，如聚焦离子束加工、电子束加工、激光加工、纳米压印等。聚焦离子束、电子束和激光加工均依赖于昂贵的设备，制造成本高；而纳米压印只能提供单步压印，对于依赖于套刻技术以实现复杂结构创成方面比较受限，同时压膜板制作成本很高。与上述加工方法相比，机械微纳加工技术在加工精度、加工效率和加工成本方面具有较大的优势，在跨尺度复杂微纳结构创成方面具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明提供一种多频耦合跨尺度分级微纳结构创成装置，采用超声谐振和非谐振耦合原理，配合超精密机床运动轴的协调动作，实现跨尺度复杂微纳结构表面的直接创成。

本发明采取的技术方案是：

一种多频耦合跨尺度分级微纳结构创成装置，包括后盖板、法兰盘、压电陶瓷片、一体式变幅杆柔性运动机构、压电叠堆驱动器、矩形加强块和金刚石刀具，所述后盖板、法兰盘、压电陶瓷片和一体式变幅杆柔性运动机构通过中间预设的通孔利用螺杆和螺母进行串联预紧固接，所述法兰盘用于装置与机床的连接固定。

所述一体式变幅杆柔性运动机构为线切割一次加工成形，一体式变幅杆柔性运动机构中间变幅杆小矩形端左、右两侧均设有两个螺纹孔，中间位置沿中心沉头孔上下对称设有两个沉头通孔，而一体式变幅杆柔性运动机构前端柔性运动部分两支撑臂左右两侧均设有两个螺纹孔。

所述一体式变幅杆柔性运动机构变幅杆部分大矩形端和小矩形端之间利用圆弧面过渡，一体式变幅杆柔性运动机构前端柔性运动部分采用对称并联的设计，利用左右对称的三个直板形柔性铰链以及椭圆形柔性铰链进行导向，柔性运动部分左右设有两个对称的举行槽并沿支撑臂长度方向变幅杆小矩形端打通孔，利用螺杆依次穿过一体式变幅杆柔性运动机构中间的两个沉头通孔、压电叠堆驱动器中间孔和柔性运动部分矩形槽孔，于矩形槽中用螺母进行紧固连接。

所述一体式变幅杆柔性运动机构柔性运动部分前端设计有装刀基座，用于金刚石刀具的安装。

所述两个矩形加强块，沿支撑臂长度方向设计有两个沉头通孔，利用螺钉和一体式变幅杆柔性运动机构中间变幅杆小矩形端左、右两侧的两个螺纹孔配合连接并固紧。沿支撑臂螺纹孔深度方向上下对称设计有四个沉头通孔，利用螺钉和两个支撑臂的螺纹孔配合连接并固紧，用于增强一体式变幅杆柔性运动机构柔性运动部分的刚度，中间设计有一个矩形槽，用于压电叠堆驱动器供电线的导入。