围绕横过工件的Y方向变速旋转的加工微结构的刀具制造技术

本发明专利技术公开一种刀具组件，其具有能够沿待切削工件横向运动的刀架和带有刀头的致动器。所述致动器对所述刀头围绕平行于横过所述工件的Ｙ方向的轴线的旋转进行可变控制，以在所述工件中制作微结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于制造微复制结构的微复制工具的金刚石加工。技术背景加工技术可用于制造诸如微复制工具之类的各种各样的工件。微复制 工具通常用于挤出工艺、注塑成型工艺、压花工艺、浇注工艺等，从而形 成微复制结构。微复制结构可能包含光学膜、研磨膜、粘合剂膜、具有自 配合外形的机械紧固件、或具有尺寸相对较小(例如尺寸小于约1000微米 的)的微复制结构的任何模制或挤出部件。也可以采用其它不同的方法制成所述微结构。例如，可通过浇铸和固 化工艺将母模工具的结构从母模工具转移到诸如由聚合物材料制成的带材 或织物之类的其它介质上，形成生产工具；然后使用这一生产工具制造微 复制结构。可使用诸如电铸之类的其它方法复制所述母模工具。制造导光 薄膜的另一备选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。然而， 这些技术通常不能形成获得合适的光漫射特性所需的轮廓清晰的、精确的 微结构和特征宽度，而使用本专利技术方法的刀具可以获得这种合适的光漫射 特性。具体地讲，由于化学蚀刻、喷丸处理和其它随机表面改性技术固有 的不精确性和不可重复性，所以这些方法不能生产高精度的重复结构。
技术实现思路
第一刀具组件包括刀架和致动器，该致动器被构造为连接到刀架上， 并且与控制器进行电通信。连接到致动器上的刀头被安装成可相对于待切 削的工件运动。致动器对刀头在平行于横过所述工件的Y方向的平面内的 旋转进行可变控制，以便有选择地切削工件。第二刀具组件包括能够沿待切削工件横向运动的刀架，和被构造为连 接到刀架上并且与控制器电通信的致动器，所述致动器包括压电堆。连接 到压电堆上的刀头可相对于待切削的工件运动。致动器对刀头在平行于横 过工件的Y方向的平面内的旋转进行可变控制，以便有选择地切削工件， 从而在工件中制作微结构。附图说明附图被并入本说明书并且成为其整体组成部分，并且结合具体实施方 式阐明本专利技术的优点和原理。在附图中图1为用于在工件中制成微结构的刀具系统的示意图；图2为示出用于刀具的坐标系的示意图；图3为在刀具中使用的示例性PZT堆的示意图；图4A为刀头座的透视图；图4B为用于保持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为与刀具一起使用的虚拟中心Y致动器的透视图；图6B为虚拟中心Y致动器的俯视图；图6C为虚拟中心Y致动器的仰视图；图6D和6E为虚拟中心Y致动器的侧视图； 图6F为虚拟中心Y致动器的后视图； 图6G为虚拟中心Y致动器的前视图；和图7为概念性示出可使用具有虚拟中心Y致动器的刀具系统制造的微 结构的示意图。具体实施方式 刀具系统在已公布的PCT专利申请W000/48037中描述了常规金刚石车削技术。 这些方法使用的用于制作光学薄膜或其它薄膜的装置可以包括快速伺服刀 架。如W000/48037公开的，快速伺服刀架(FTS)是被称为PZT堆的固态 压电(PZT)装置，它可快速调整连接到PZT堆上的刀具的位置。如下面详 细描述的，FTS使刀具可在坐标系内的多个方向上做高精确度的高速运 动。图1为在工件中制造微结构的刀具系统10的示意图。微结构可包括位 于制品表面上的、凹入制品表面的或从制品表面凸起的任何类型、形状以 及大小的结构。例如，使用本说明书描述的致动器和系统制造的微结构可 具有1000微米节距、100微米节距、1微米节距、或甚至约200纳米的亚 光学波长(nm)节距。仅出于示例性目的而提供这些尺寸，使用本说明书 描述的致动器和系统制成的微结构可以具有使用该系统可加工的范围内的 任何尺寸。系统10由计算机12控制。计算机12包括例如下列元件存储一个或 多个应用程序16的存储器14;提供非易失性信息存储的二级存储器18; 接收信息或命令的输入装置20;运行存储在存储器16或二级存储器18 内、或从另一个来源接受的应用程序的处理器22;输出视频显示信息的显 示装置24;以及以用于音频信息的扬声器或用于信息硬拷贝的打印机之类的其它形式输出信息的输出装置26。利用刀头44对工件54执行切削加工。在工件54通过诸如计算机12 控制的电动机之类的驱动器和编码器56转动的同时，致动器38控制刀头 44的运动。在此实例中，示出的工件54为诸如硬铜辊之类的辊形式的； 然而，工件也可以是平面形式和利用其它加工材料。例如，作为另外一种 选择，可由铝、镍、钢或塑料(例如，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，例如使用己加工的工件制成各 种薄膜。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上，刀架又被安装在轨道32上。刀 架36和致动器38被构造成在轨道32上可沿箭头40和42所示的X方向和 Z方向的两个方向运动。计算机12经由一个或多个放大器30与刀架36和 致动器38电连接。当作为控制器时，在加工工件54时，计算机12控制刀 架36沿轨道32的运动并通过致动器38控制刀头44的运动。如果致动器 包括多个PZT堆，那么它可以使用分开的放大器独立控制每个PZT堆，所 述PZT堆用于独立地控制连接到PZT堆上的刀头的运动。如下面详细说明 的，计算机12可利用函数发生器28向致动器38提供波形，以便在工件 54中加工各种微结构。通过各种部件的协调运动完成工件54的加工。具体地讲，在计算机 12的控制下，该系统可以通过刀架36的运动协调并控制致动器38的运 动，同时协调并控制工件在C方向的运动以及刀头44在X方向、Y方向和 Z方向中一个或多个方向上的运动，这些坐标将在下面说明。但该系统通 常使刀架36在Z方向做匀速运动，但也可以使刀架36做变速运动。通常 刀架36和刀头44的运动与工件54在C方向的运动(如线条53表示的旋 转运动)同步。可以利用例如在计算机12的软件、硬件或其组合中执行的 数字控制技术或数字控制器(NC)控制所有这些运动。工件54加工完以后可用于制成在多种用途中使用的具有相应微结构的 薄膜。这些薄膜的实例包括光学薄膜、摩擦控制薄膜以及微型紧固件或其 它机械微结构化部件。通常使用涂层工艺制成所述薄膜，在涂层工艺中， 将粘稠状态的材料涂布在工件上，使其至少部分固化，然后移除。固化材 料构成的薄膜将具有与工件中的结构基本上相反的结构。例如，工件中的 凹进部产生所得薄膜中的凸起部。通过管线48和50利用冷却液46控制刀架36和致动器38的温度。温 度控制单元52可以使冷却液在流经刀架36和致动器38循环时保持基本恒 定的温度。温度控制单元52可以是提供流体温度控制的任何装置。冷却液 可以是油制品，例如低粘度油。温度控制单元52和冷却液贮箱46可以包 括使流体流过刀架36和致动器38循环的泵，并且为了使流体温度保持基 本不变，通常还包括用于从流体散热的冷却系统。使流体循环并提供流体 温度控制的冷却系统和泵系统在本领域是已知的。在某些实施例中，为了 使工件中要加工的材料的表面温度保持基本恒定，也可以将冷却液施加于 工件54。图2为示出诸如系统10之类的刀具的坐标系的示意图。所述坐标系示 出为刀头62相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种刀具组件，所述刀具组件包括：　　　　刀架；　　　　致动器，其被构造为连接到所述刀架上并与控制器电通信；以及　　　　刀头，其接到所述致动器上并被安装成相对于待切削工件运动，其中，所述致动器对所述刀头围绕平行于横过所述工件的Ｙ方向的轴线的旋转进行可变控制，以便有选择地切削所述工件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴尔L埃内斯，艾伦B坎贝尔，丹尼尔S沃茨，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]