一种基于在位膜厚测量的大面积微结构切削中途换刀方法技术

本发明专利技术公开一种基于在位膜厚测量的大面积微结构切削中途换刀方法，包括如下步骤；步骤110：准备工作；步骤120：工件初加工；步骤130：涂覆透明薄膜；步骤140：检测薄膜厚度；步骤150：中途换刀；步骤160：加工完成。本发明专利技术提供的基于在位膜厚测量的大面积微结构切削中途换刀方法，实现了超大面积、高质量、高均一性微结构的切削加工。

【技术实现步骤摘要】
一种基于在位膜厚测量的大面积微结构切削中途换刀方法
本专利技术涉及超精密切削
，特别是涉及一种基于在位膜厚测量的大面积微结构切削中途换刀方法。
技术介绍
超精密切削过程中由于刀具的磨损，难以完成大面积、高质量、高均一性微结构的切削加工。现有技术主要通过减小切削厚度、对材料进行表面改性、采用镀层刀具、喷切削液、固体颗粒润滑等方法减小刀具磨损实现大面积、高质量、高均一性微结构的超精密切削加工。在现有的解决方案中，减小切削厚度可以适当减小刀具磨损，但加工效率很低，不符合高效率、高经济性的要求，尽管可以满足一定面积高质量微结构的切削加工，但无法实现超大面积的切削加工。采用材料改性的方法可以将被加工材料的表层转变为较软的易加工材料，但该变性层的厚度难以保证均匀统一，且切削过程中很难保证切削的深度与变形层的厚度保持一致，因此当切削深度大于变性层厚度时，刀尖相当于直接加工硬材料，刀具磨损严重；当切削深度小于变性层厚度时，刀具磨损可有效避免，但工件表面残留变性层导致工件硬度、强度等性能下降，不能满足使用要求。采用涂层刀具增大了刀具的表面硬度，减小刀具与被加工材料的摩擦系数，可实现减小刀具磨损的目的，因此能满足一定大面积微结构的切削加工，但当切削距离增大到某一值时，涂层刀具的磨损仍然无法忽略，且涂层容易脱落，因此无法实现超大面积高质量微结构的切削加工。采用喷切削液和固体颗粒润滑的方法都可以减小刀具与被加工材料之间的磨损，但是喷切削液和固体颗粒润滑都会给环境带来一定程度的污染，不符合绿色环保的要求。同时，固体润滑颗粒极易粘附在微结构表面，降低微结构的精度。现有的技术都可以一定程度降低刀具的磨损，但是无法阻止刀具的磨损，因此都不能实现超大面积、高质量、高均一性微结构的切削加工。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于在位膜厚测量的大面积微结构切削中途换刀方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现超大面积、高质量、高均一性微结构的切削加工。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种基于在位膜厚测量的大面积微结构切削中途换刀方法，包括如下步骤；步骤110：真空吸盘自切；将机床主轴上的真空吸盘通过车/铣削加工平整；步骤120：工件平整加工；将工件吸附在所述真空吸盘上，并对工件进行端面平整加工，此时微结构待加工工件平面与真空吸盘完全平行；步骤130：薄膜涂覆；将透明薄膜涂敷在工件被加工表面，并用刀具将其车/铣削平整，此时机床记录下Z0点；步骤140：膜厚检测；利用在线测量设备测出所涂覆的薄膜厚度T0，当加工的微结构深度为D时，只需将刀具在确定的基准点Z0基础上进给T0+D即可开始加工；步骤150：中途换刀；当进行切削的刀具磨损时，重复步骤130，重新将剩余的薄膜再一次进行平面车/铣削加工，此时机床记录下Z1点；重复步骤140，测量薄膜厚度T1，进给T1+D继续进行微结构的切削加工；步骤160：加工完成；依次重复上述步骤直到整个微结构加工完成；步骤170：薄膜去除：如有需要，把加工好的工件放置于有机溶剂中溶解，清洗，干燥后得到表面具有微结构阵列的加工工件可选的，步骤140中所述在线测量设备为椭偏仪，所述椭偏仪包括位于同一直线上的光源、起偏器和波片，以及与所述光源、起偏器和波片的连线成角度设置的检偏器、光电探测器。可选的，所述椭偏仪的测量精度为0.1nm。可选的，所述透明材料为透明薄膜，所述透明薄膜为PMMA、PP、PVC、PS、PC或PET等常温易固化成膜材料制作而成。可选的，所述真空吸盘为铝合金材质制成。可选的，所述刀具为圆弧车刀或平面端铣刀/球头铣刀。具体的，所述刀具包括车刀和铣刀，所述车刀为圆弧车刀，所述铣刀为平面端铣刀/球头铣刀。本专利技术提供的基于在位膜厚测量的大面积微结构切削中途换刀方法相对于现有技术取得了以下技术效果：本专利技术提供的基于在位膜厚测量的大面积微结构切削中途换刀方法在工作时，由于在线测量设备的测量精度为0.1nm，因此刀具的基准点误差可控制在纳米级，所以换刀的基准点误差可以忽略。通过本专利技术提供的方法，能够避免切削过程中因刀具磨损产生的加工误差，实现超大面积、高质量、高均一性微结构的切削加工。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术基于在位膜厚测量的大面积微结构切削中途换刀方法的工作流程图；附图标记说明：1为刀具、2为真空吸盘、3为工件、4为透明薄膜、5为椭偏仪。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种基于在位膜厚测量的大面积微结构切削中途换刀方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现超大面积、高质量、高均一性微结构的切削加工。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。请参考图1，其中，图1中为2真空吸盘，该真空吸盘2可以绕着转动轴转动，1为刀具，该刀具可以根据指令进给和旋转，5为椭偏仪，包括位于同一直线上的光源、起偏器和波片，以及与光源、起偏器和波片的连线成角度设置的另一直线上的检偏器、光电探测器。利用该椭偏仪5可以精确的测量透明薄膜4的厚度。实施例一如图1所示，本实施例提供一种基于在位膜厚测量的大面积微结构切削中途换刀方法，具体的，首先用刀具1将铝合金材质的真空吸盘2车/铣削平整。将被加工的工件3吸附在真空吸盘2上，并对工件3进行端面平整切削加工，此时工件3的被加工平面与真空吸盘2完全平行。将透明材料(如PMMA、PP、PVC、PS、PC、PET等常温易固化成膜材料)涂敷在超硬材料工件被加工表面，形成透明薄膜4，并用刀具1将其车/铣削平整，此时机床记录下Z0点。利用椭偏仪5，测出所涂覆的透明薄膜4厚度T0，当加工的微结构深度为D时，只需将刀具在确定的基准点Z0基础上进给T0+D即可开始加工。当切削距离累积到一定长度时，刀具1磨损已不可忽略，如继续使用同一把刀具1加工下去，将无法完成高质量、大面积、均一性高的微结构的加工。为继续完成微结构的加工，此时需要换一把刀具1或者选择将刀刃打磨后重新装上。换刀后为了确定刀具的基准点，重新将剩余的透明薄膜材料再一次涂覆到待加工面上，形成透明薄膜4并进行平面车/铣削加工，此时机床记录下Z1点，测量透明薄膜4厚度T1，接着进给T1+D继续进行微结构的切削加工，依次重复上述步骤直到整个微结构加工完成。由于椭偏仪5的测量精度为0.1nm，因此刀具的基准点误差可控制在纳米级，所以换刀的基准点误差可以忽略。通过本专利技术提供的方法，能够避免切削过程中因刀具磨损产生的加工误差，实现超大面积、高质量、高均一性微结构的加工。本专利技术中应用了具体个例对本专利技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本专利技术的方法及其核心思想；同时，对于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于在位膜厚测量的大面积微结构切削中途换刀方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤110：真空吸盘自切；将机床主轴上的真空吸盘通过车/铣削加工平整；步骤120：工件平整加工；将工件吸附在所述真空吸盘上，并对工件进行端面平整加工，此时微结构待加工工件平面与真空吸盘完全平行；步骤130：薄膜涂覆；将透明薄膜涂敷在工件被加工表面，并用刀具将其车/铣削平整，此时机床记录下Z0点；步骤140：膜厚检测；利用在线测量设备测出所涂覆的薄膜厚度T0，当加工的微结构深度为D时，只需将刀具在确定的基准点Z0基础上进给T0+D即可开始加工；步骤150：中途换刀；当进行切削的刀具磨损时，重复步骤130，重新将剩余的薄膜再一次进行平面车/铣削加工，此时机床记录下Z1点；重复步骤140，测量薄膜厚度T1，进给T1+D继续进行微结构的切削加工；步骤160：加工完成；依次重复上述步骤直到整个微结构加工完成；步骤170：薄膜去除；把加工好的工件放置于有机溶剂中溶解，清洗，干燥后得到表面具有微结构阵列的加工工件。

【技术特征摘要】
1.一种基于在位膜厚测量的大面积微结构切削中途换刀方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤110：真空吸盘自切；将机床主轴上的真空吸盘通过车/铣削加工平整；步骤120：工件平整加工；将工件吸附在所述真空吸盘上，并对工件进行端面平整加工，此时微结构待加工工件平面与真空吸盘完全平行；步骤130：薄膜涂覆；将透明薄膜涂敷在工件被加工表面，并用刀具将其车/铣削平整，此时机床记录下Z0点；步骤140：膜厚检测；利用在线测量设备测出所涂覆的薄膜厚度T0，当加工的微结构深度为D时，只需将刀具在确定的基准点Z0基础上进给T0+D即可开始加工；步骤150：中途换刀；当进行切削的刀具磨损时，重复步骤130，重新将剩余的薄膜再一次进行平面车/铣削加工，此时机床记录下Z1点；重复步骤140，测量薄膜厚度T1，进给T1+D继续进行微结构的切削加工；步骤160：加工完成；依次重复上述步骤直到整个微结构加工完成；步骤170：薄膜去除；把加工好的工件放置于有机溶剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：周天丰，阮本帅，唐龙龙，周佳，梁志强，焦黎，刘志兵，谢丽静，颜培，王西彬，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11