使用具有衍射特征的一个或多个机加工刀头的切削工具制造技术

本发明专利技术公开了切削工具组件，该切削工具组件具有刀架和刀架上的刀柄，刀架能够沿着待切削工件横向移动，刀柄固定至少一个机加工刀头并可能固定其它刀头。刀头具有接触工件的衍射特征，以便加工具有纳米尺度特征的宏观尺度特征。机加工工件可用于制备具有衍射特征的制品，例如具有小透镜的光学膜。

A cutting tool using one or more machined knives with diffraction characteristics

The invention discloses a cutting tool assembly. The cutting tool assembly has a knife holder and a knife handle on the tool carrier. The tool carrier can move laterally along the workpiece to be cut, and at least one machining head is fixed on the hilt, and other cutter heads may be fixed. The cutter head has the diffraction characteristics of the contact workpiece, so as to process the macroscopic scale features with the characteristics of nanoscale. Machined workpieces can be used to prepare products with diffraction characteristics, such as optical films with small lenses.

【技术实现步骤摘要】
使用具有衍射特征的一个或多个机加工刀头的切削工具本申请是申请日为2008年10月17日、申请号为200880123087.4、专利技术名称为“使用具有衍射特征的一个或多个机加工刀头的切削工具”的专利技术专利申请的分案申请。
技术介绍
加工技术可用于形成多种多样的工件，例如微复制工具。微复制工具常常用于挤出工艺、注模工艺、压印工艺、造模工艺等，以形成微复制结构物。微复制结构物可以具有光学膜、研磨剂膜、粘合剂膜、具有自啮合型材的机械紧固件、或具有尺寸相对较小(例如尺寸小于大约1000微米)的微复制结构物的任何模制或挤出部件。也可通过各种其它方法制备该微结构。例如，可通过浇铸和固化工艺将母模的结构从母模转印到其它介质(例如聚合物材料的带材或幅材)上，以形成生产工具；然后使用此生产工具制备微复制结构物。可使用其它方法(例如电铸)复制该母模。制备导光薄膜的另一种交替的方法是直接切削或加工透明材料，以形成适当的结构。其它技术包括化学蚀刻、喷丸处理或其它随机表面改性技术。
技术实现思路
符合本专利技术的加工工件的设备包括：大致圆柱形的工件，其在一个具体实施例中被安装，以用于旋转移动；驱动器，其连接到所述工件以用于旋转所述工件；以及刀架，其安装在轨道上，以用于基本上平行于待加工工件表面移动。刀柄固定在所述刀架上，并且具有多个衍射特征的刀头通过所述刀柄固定到所述刀架。连接到驱动器和刀架的控制器控制刀头相对于所述工件的移动，并控制所述刀架平行于待加工工件表面的移动，使得在加工期间所述刀头上的衍射特征接触工件表面。其中，所述多个衍射特征的尺寸和形状以及所述多个衍射特征之间的间距被设计为用于光学膜所需的光衍射量或光衍射程度，所述光学膜是由被所述设备加工完的所述工件所制备的。作为大致圆柱形的工件的替代形式，用具有衍射特征的刀头进行的加工可在大致平面的工件上进行。或者，该装置也可包括彼此紧邻并同时切削工件的多个刀头。多个刀头各可任选地具有至少一个衍射特征。附图说明附图包含在本说明书中并构成本说明书的一部分，并且它们结合具体实施方式阐明本专利技术的优点和原理。在附图中，图1为用于在工件中制备微结构的切削工具系统的示意图；图2为示出用于切削工具的坐标系的示意图；图3为用于切削工具中的示例性PZT叠堆的示意图；图4A为刀头座的透视图；图4B为用于固定刀头的刀头座的前视图；图4C为刀头座的侧视图；图4D为刀头座的俯视图；图5A为刀头的透视图；图5B为刀头的前视图；图5C为刀头的仰视图；图5D为刀头的侧视图；图6A为FTS致动器的俯视剖面图。图6B为示出致动器中的PZT叠堆的设置的前视剖面图；图6C为致动器的前视图；图6D为致动器的后视图；图6E为致动器的俯视图；图6F和图6G为致动器的侧视图；图6H为致动器的透视图；图7A为示出进入工件中的入锥角和离开工件的出锥角基本上相等的断续切削的示意图；图7B为示出进入工件中的入锥角小于离开工件的出锥角的断续切削的示意图；图7C为示出进入工件中的入锥角大于离开工件的出锥角的断续切削的示意图；图8为概念性地示出可利用具有断续切削FTS致动器的切削工具系统制成的微结构的示意图；图9A为机加工刀头的透视图；图9B为机加工刀头的前视图；图9C为机加工刀头的仰视图；图9D为机加工刀头的侧视图；图10A为具有机加工刀头和未机加工刀头的多刀头刀具的侧视图；图10B为具有多个机加工刀头的多刀头刀具的侧视图；图11A和图11B分别为侧视图和透视图，该图概念性地示出可利用具有带至少一个机加工刀头的FTS致动器的切削工具系统制成的微结构；图12A和图12B分别为侧视图和透视图，该图概念性地示出可利用具有带至少一个机加工刀头的断续切削FTS致动器的切削工具系统制成的微结构；图13为在两个小平面上都具有衍射特征的刀头的侧视图；图14为在一个小平面上具有衍射特征的刀头的侧视图；图15为具有利用阶梯高度变化的衍射特征的刀头的侧视图；图16为具有沿着90°小平面侧的衍射特征的刀头的侧视图；图17为具有沿着平坦顶端的衍射特征的刀头的侧视图；图18为具有沿着弯曲顶端的衍射特征的刀头的侧视图；图19为具有以阶梯形式形成的衍射特征的刀头的侧视图；图20为具有透镜形状衍射特征的刀头的侧视图；图21为具有沿着弯曲小平面的衍射特征的刀头的侧视图；图22为具有沿着多个线性小平面的衍射特征的刀头的侧视图；图23A为刀头在离子铣削前的侧视图；图23B为图23A的刀头在利用离子铣削在顶端上的相同平面内形成衍射特征后的侧视图；图24A为刀头在离子铣削前的侧视图；图24B为图24A的刀头在利用离子铣削在顶端上的不同平面内形成衍射特征后的侧视图；图25A为非FTS刀架的第一透视图；图25B为非FTS刀架的第二透视图；图25C为非FTS刀架的俯视图；图26A为用于将刀头在非FTS刀架上固定的刀柄的透视图；图26B为用于固定刀头的刀柄的前视图；图26C为用于固定刀头的刀柄的仰视图；以及图26D为用于固定刀头的刀柄的侧视图。具体实施方式切削工具系统普通金刚石车削技术在PCT已公布的专利申请WO00/48037中有所描述，该专利申请全文以引用方式并入本文中。在这些方法中使用并用于制备光学膜或其它膜的设备可包括快速伺服刀具(fasttoolservo)。如在WO00/48037中所公开的，快速伺服刀具(FTS)为被称为PZT叠堆的固态压电(PZT)装置，它快速调整附接到PZT叠堆的切削工具的位置。如下面详细描述的，FTS允许切削工具能够在坐标系内的方向进行高度精确以及高速的移动。图1为在工件中制备微结构的切削工具系统10的示意图；微结构可包括位于制品表面上、表面内或从制品表面凸起的任何类型、形状以及尺寸的结构。例如，使用本说明书描述的致动器和系统形成的微结构可具有1000微米间距、100微米间距、1微米间距或甚至约200纳米(nm)的亚光学波长间距。或者，在其它实施例中，微结构的间距可大于1000微米，而不论如何进行切削。提供这些尺寸仅为了进行示意性的说明，使用本说明书描述的致动器和系统制成的微结构可具有能够使用该系统加工的范围内的任何尺寸。系统10由计算机12控制。计算机12具有(例如)以下部件：存储器14，其存储一个或多个应用程序16；第二存储器18，其提供非易失性信息存储；输入装置20，其用于接收信息或命令；处理器22，其用于执行存储在存储器14或第二存储器18中或来自另一个来源的应用程序；显示装置24，其用于输出视频信息；以及输出装置26，其用于以其它形式输出信息，例如用于音频信息的扬声器或用于信息的硬拷贝的打印机。利用刀头44对工件54进行切削加工。当工件54由驱动器和编码器56(例如由计算机12控制的电机)旋转时，致动器38控制刀头44的移动。在本实例中，工件54为卷筒形式，然而，也可以平面形式实现。可使用任何可加工的材料；例如，可由铝、镍、铜、黄铜、钢或塑料(如丙烯酸树脂)制成工件。例如，使用的具体材料可以取决于所需的具体应用，例如使用机加工工件制成各种膜。致动器38和下文所述的致动器可由(例如)不锈钢或其它材料制成。致动器38可拆卸地连接到刀架36，该刀架继而位于轨道32上。刀架36和致动器38被构造在轨道32上，以在箭头40和42所示X方向和Z方向两者移动。计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于加工圆柱形工件的设备，包括：大致圆柱形的工件，其被安装以用于旋转运动并具有待加工表面；驱动器，其被连接到所述工件以用于旋转所述工件；刀架，其被安装在轨道上以用于基本上平行于所述工件的所述待加工表面移动；刀柄，其被固定在所述刀架上并具有用于安装刀头的表面；刀头，其具有多个衍射特征并被安装在所述刀柄的所述表面上；和控制器，其被连接到所述驱动器和所述刀架以用于控制所述刀头相对于所述工件的移动并用于控制所述刀架平行于所述工件的所述待加工表面的移动，其中在加工期间所述刀头上的所述衍射特征接触所述工件的所述待加工表面，其中，所述多个衍射特征的尺寸和形状以及所述多个衍射特征之间的间距被设计为用于由加工完的工件所制备的光学膜所需的光衍射量或光衍射程度。

【技术特征摘要】
2007.10.29 US 11/926,9021.一种用于加工圆柱形工件的设备，包括：大致圆柱形的工件，其被安装以用于旋转运动并具有待加工表面；驱动器，其被连接到所述工件以用于旋转所述工件；刀架，其被安装在轨道上以用于基本上平行于所述工件的所述待加工表面移动；刀柄，其被固定在所述刀架上并具有用于安装刀头的表面；刀头，其具有多个衍射特征并被安装在所述刀柄的所述表面上；和控制器，其被连接到所述驱动器和所述刀架以用于控制所述刀头相对于所述工件的移动并用于控制所述刀架平行于所述工件的所述待加工表面的移动，其中在加工期间所述刀头上的所述衍射特征接触所述工件的所述待加工表面，其中，所述多个衍射特征的尺寸和形状以及所述多个衍射特征之间的间距被设计为用于由加工完的工件所制备的光学膜所需的光衍射量或光衍射程度。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述刀头具有两个小平面，在所述小平面中的每一个上具有至少一个衍射特征，并且其中每个小平面上的所述衍射特征包括凹槽。3.根据权利要求2所述的设备，其中每个小平面包括多个衍射特征，每个小平面上的每两个相邻的衍射特征之间的距离在0.5微米至5微米的范围内。4.根据权利要求1所述的设备，其中所述刀头具有两个小平面和基本平坦部分，所述基本平坦部分毗连所述小平面，在所述基本平坦部分上具有多个衍射特征，并且其中所述基本平坦部分上的所述多个衍射特征包括凹槽。5.根据权利要求4所述的设备，其中所述基本平坦部分上的每两个相邻衍射特征之间的距离在0.5微米至5微米的范围内。6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中所述刀架被构造为使所述刀头以基本上恒定的速度基本上平行于所述工件的所述待加工表面移动。7.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中所述工件由...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·E·加迪纳，杰弗里·E·克莱门茨，马克·R·杜普雷，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US