【技术实现步骤摘要】
一种基于针尖轨迹运动加工微纳复合结构的装置及方法
本专利技术涉及一种加工微纳复合结构的装置及方法，尤其是一种基于针尖轨迹运动加工微纳复合结构的装置及方法，属于微纳米机械加工
技术介绍
通过在金属表面上加工出亚波长尺寸的光栅结构，使表面具有能够对可见光进行分光的功能，进而对金属表面实现高反射强度、高分辨率的结构着色，这在科学研究和工业应用上展现出了很大的潜质。目前，典型的实现金属表面结构着色功能的加工手段是采用激光诱导周期条纹结构，但这种方法在对结构尺寸及形状的控制上还存在着不足。相比于激光诱导加工，机械加工在加工过程的可控性以及加工结构的灵活性上体现出了优势。近些年来，随着压电驱动技术的快速发展，在椭圆振动切削加工技术中，对于刀具振动轨迹的控制越来越精准，刀具振动的频率越来越高，使得对该项加工技术的研究兴趣由改善切削过程逐渐转向实现表面微纳结构的加工。通过合理设计刀具的运动轨迹，利用轨迹包络形成未加工材料的残留，从而得到具有周期性微纳结构的金属表面。然而，受到压电陶瓷材料输出位移与响应频率相互制约的影响，为了保证足...
【技术保护点】
1.一种基于针尖轨迹运动加工微纳复合结构的装置，其特征在于：包括基座、z向竖直微米定位台(1)、一维压电纳米位移台(2)、针尖轨迹运动加工模块(3)、数码显微镜(5)、水平调平台(6)以及x-y向水平定位台(7)，所述z向竖直微米定位台(1)固定在基座上方，用于带动刀具初步逼近加工工件(4)表面，所述一维压电纳米位移台(2)固定在z向竖直微米定位台(1)上，用于控制加工深度，所述针尖轨迹运动加工模块(3)固定在一维压电纳米位移台(2)上，用于控制刀具的竖直公转运动，所述x-y向水平定位台(7)固定在基座上表面，用于控制水平加工进给运动，所述水平调平台(6)固定在x-y向水平...
【技术特征摘要】
1.一种基于针尖轨迹运动加工微纳复合结构的装置，其特征在于：包括基座、z向竖直微米定位台(1)、一维压电纳米位移台(2)、针尖轨迹运动加工模块(3)、数码显微镜(5)、水平调平台(6)以及x-y向水平定位台(7)，所述z向竖直微米定位台(1)固定在基座上方，用于带动刀具初步逼近加工工件(4)表面，所述一维压电纳米位移台(2)固定在z向竖直微米定位台(1)上，用于控制加工深度，所述针尖轨迹运动加工模块(3)固定在一维压电纳米位移台(2)上，用于控制刀具的竖直公转运动，所述x-y向水平定位台(7)固定在基座上表面，用于控制水平加工进给运动，所述水平调平台(6)固定在x-y向水平定位台(7)上，用于安装加工工件(4)并可调节消除其表面倾斜度，所述数码显微镜(5)固定在基座上表面，用于检测对刀，针尖轨迹运动加工模块(3)包括作为刀具的三棱锥纳米压头和压头夹具(8)、二维压电剪切叠堆(13)，所述三棱锥纳米压头由刀柄(9)和金刚石金针(10)组成，所述刀柄(9)螺纹连接固定在所述压头夹具(8)下方，所述二维压电剪切叠堆(13)连接固定压头夹具(8)与一维压电纳米位移台(2)，二维压电剪切叠堆(13)由两个垂直安装的压电陶瓷剪切片提供位移输出，分为z向一维压电剪切片(11)和y向一维压电剪切片(12)。
2.一种根据权利要求1所述的一种基于针尖轨迹运动加工微纳复合结构的装置的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤一：首先将刀柄(9)的螺纹拧入压头夹具(8)的螺纹口内，随后通过数码显微镜(5)观察金刚石金针(10)的空间朝向，调节金刚石金针(10)的空间朝向，使金刚石金针(10)的任一棱边与y轴方向平行；
步骤二：以z向竖直微米定位台(1)带动针尖轨迹运动加工模块(3)向下移动逐渐逼近加工工件(4)表面，同时用数码显微镜(5)观察金刚石金针(10)与加工工件(4)表面间的距离，当两者间的距离在10μm以内时，停止z向竖直微米定位台(1)的移动，改用一维压电纳米位移台(2)以微米步进带动针尖轨迹运动加工模块(3)逼近加工工件(4)，当难以通过数码显微镜(5)观测金刚石金针(10)与加工工件(4)间的距离时，一维压电纳米位移台(2)改以200nm的步进进给，同时以x-y向水平定位台(7)的任一轴向移动加工工件(4)，移动距离为100μm，一维压电纳米位移台(2)每进给一次，x-y向水平定位台(7)移动一次，然后用数码显微镜(5)观察加工工件(4)表面上是否有划痕产生，如没有划痕继续重复进给，如有划痕说明金刚石金针(10)划入加工工件(4)表面的距离在200nm以内；
步骤三：待金刚石金针(10)与加...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛勃，杨春梅，闫永达，耿延泉，
申请(专利权)人：东北林业大学，哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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