[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

说明书

本发明涉及切削加工技术领域，公开了一种多部件协同振动的跨尺度结构特征表面加工方法，在切削加工的过程中，对振动刀具施加椭圆振动，实现对纳米级结构的切削以及切削深度的调节；对伺服运动机构施加沿z轴方向的振动，实现对微米级结构的切削以及切削深度的调节；对三轴运动平台施加沿z轴方向的振动，实现对毫米级结构的切削以及切削深度的调节。可以根据所需跨尺度结构所包含的结构类型，通过振动刀具、伺服运动机构和/或三轴运动平台之间的协同振动，实现所需跨尺度结构特征表面的一次性加工成型，能够简化工艺流程，提高加工效率，具有较高的经济效率，且本方法不受限于刀具形状，并具有切削深度多频多尺度调节的优势。

技术领域

本发明涉及切削加工技术领域，具体涉及一种多部件协同振动的跨尺度结构特征表面加工方法。

背景技术

跨尺度结构特征表面可以同时利用不同尺度的表面结构来改变工程零件的使用性能和界面效应，从而实现或增强其结构色效应、润湿性、减阻、降噪、润滑、密封等特定的表面功能。例如，人工复眼、衍射元件、微通道芯片以及自由曲面光学镜头等具有复杂曲面、功能性微纳结构表面层和超高精度等几何特征的高性能零件，这些高性能零件因其优异的性能在高端设备和产品中获得了广泛的应用，具有非常可观的前景。

对于这些具有跨尺度结构特征表面的高性能零件的加工，虽然电子束刻蚀、聚焦离子束加工以及极紫外光刻等基于能量束刻蚀的超精密特种加工工艺的加工灵活性很强，且加工纳米级结构的能力很高，但其高昂的成本和复杂的工艺流程限制了其应用范围。

中国发明专利CN 111593382 A提供了一种亚毫米-微米-纳米跨尺度三维图案化超浸润表面电化学加工方法，此方法采用电沉积技术在导电基底沉积微纳结构层，获得具有微纳米结构的超亲水表面，经氟硅烷-乙醇溶液浸泡或化学气象沉积低表面能分子层获得超疏水性表面；采用旋涂或自流平的方式附着胶膜；利用光刻或者纳秒/飞秒激光加工镂空图案的方式对胶膜加工获得掩膜；定域沉积获得均匀润湿性超亲水三维图案化表面或者非均匀润湿性超疏水-超亲水三维图案化表面；再经氟硅烷-乙醇溶液浸泡或化学气象沉积低表面能分子层获得均匀润湿性超疏水三维图案化表面。此方法不仅实现了亚毫米-微米-纳米跨尺度三维图案化超浸润表面的制作，同时也具有较高的图案润湿性可控性，但依旧存在工艺过程较复杂，难以大规模生产，成本偏高的特点。

相对于能量束的加工工艺以及电化学的加工方法，金刚石刀具的超精密加工工艺具有经济效益高以及能大批量加工的优点，是最有发展前景的超精密加工工艺之一。

中国发明专利CN 111320132 A提出了一种高硬度表面多尺度功能微结构制备方法与装置，此专利的方法是先利用单点金刚石刀具压印出微坑结构或犁削出V形沟槽微结构，再通过多刃金刚石刀具在倒圆台微坑或V形沟槽微结构上压印螺旋形微米或亚微米级功能微结构。此方法通过压印的方式，能实现微结构的快速加工，但其所能创成的微结构形貌受限与刀具的形状与尺寸，同时，由于受限于刀具尺寸和运动机构的特点，此方法无法实现纳米级结构的加工。

因此，研发出一种加工装备简单、工艺流程简单、效率高、且适应于工业化大规模生产的毫-微-纳跨尺度结构表面加工方法，具有非常重大的意义。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多部件协同振动的跨尺度结构特征表面加工方法，能够对跨尺度结构特征表面一次性加工成型，简化工艺流程，提高加工效率。