[发明专利]一种多部件协同振动的跨尺度结构特征表面加工方法

权利要求书

1.一种多部件协同振动的跨尺度结构特征表面加工方法，采用切削工艺系统对工件进行加工，所述切削工艺系统包括基座、三轴运动平台、伺服运动机构和振动刀具，所述三轴运动平台和所述振动刀具均安装于基座上，所述伺服运动机构安装于所述三轴运动平台上，所述工件安装于所述伺服运动机构的末端执行器上，其特征在于，跨尺度结构包含纳米级结构、微米级结构及毫米级结构中的至少两种，所述纳米级结构为尺寸在1μm以下的结构，所述微米级结构为尺寸在1μm～100μm之间的结构，所述毫米级结构为尺寸在0.1mm以上的结构，在切削加工的过程中，采用所述三轴运动平台使所述工件沿x轴移动，并根据跨尺度结构所包含的结构类型，通过所述振动刀具、所述伺服运动机构和/或所述三轴运动平台之间的协同振动，在所述工件的表面创成所需的跨尺度结构：

当跨尺度结构包含纳米级结构时，对所述振动刀具施加椭圆振动，椭圆振动的振动平面位于xoz平面，椭圆振动的频率f₁不小于2000Hz；

当跨尺度结构包含微米级结构时，对所述伺服运动机构施加振动，振动方向沿z轴方向，振动的频率f₂范围为10Hz～2000Hz；

当跨尺度结构包含毫米级结构时，对所述三轴运动平台施加振动，振动方向沿z轴方向，振动的频率f₃不大于10Hz。

2.根据权利要求1所述的多部件协同振动的跨尺度结构特征表面加工方法，其特征在于，在切削加工的过程中，在所述工件的表面创成第一段结构之后，使所述工件返回初始位置，并将所述振动刀具沿y轴方向进给一段距离w，再在所述工件的表面创成第二段结构，以创成一段结构为一个周期，不断重复，直至在所述工件的表面创成所需的跨尺度结构。

3.根据权利要求2所述的多部件协同振动的跨尺度结构特征表面加工方法，其特征在于，所述振动刀具沿y轴方向的进给距离w满足：

其中，δ为所需求的加工精度，r为所述振动刀具的刃口半径。

4.根据权利要求2或3任一项所述的多部件协同振动的跨尺度结构特征表面加工方法，其特征在于，对所述振动刀具施加椭圆振动时，所述振动刀具的位置参数方程满足：

其中，A为椭圆振动在x轴方向上的振幅，B₁为椭圆振动在z轴方向上的振幅，为x轴方向和z轴方向的振动位移相位差，在切削加工的过程中，所述振动刀具相对于所述工件的运动轨迹满足：

x＝Acos(2πf₁t)+vt；

运动轨迹参数满足：

v＝d₁*f₁；

h₁＝B₁(1+cosγ)；

其中，v为所述三轴运动平台使所述工件沿X轴方向移动的速度，d₁为纳米级结构的间距，h₁为纳米级结构的高度，a为纳米级结构的最高点与其沿切削方向上最近的最低点之间的水平距离，γ满足：

γ＝πf₁(t₁-t₂)；

其中，在一个椭圆振动周期内，t₁为所述振动刀具由下至上运动至轨迹交叠点的时间，t₂为所述振动刀具由上至下运动至轨迹交叠点的时间。

5.根据权利要求4所述的多部件协同振动的跨尺度结构特征表面加工方法，其特征在于，对所述伺服运动机构施加振动时，所述伺服运动机构带动所述工件一起振动，所述工件振动时的位置方程满足：

其中，B₂为所述工件在Z轴方向上的振幅，为所需加工的轮廓用余弦函数表示时的相位角，在切削加工的过程中，所述振动刀具相对于所述工件的运动轨迹满足：

x＝vt；

运动轨迹参数(B₂,v，f₂)满足：

v＝d₂*f₂；

其中，d₂为微米级结构的间距，h₂为微米级结构的高度。