CN110394512B - 一种自由曲面上多级微结构的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种自由曲面上多级微结构的加工方法，包括以下步骤：(1)制作复合电极，所述复合电极包括至少两个不同材质的电极块，所述复合电极对应多级微结构；(2)将待加工工件放置在支撑平台上，利用三维轮廓扫描仪扫描待加工工件的自由曲面的轮廓并将扫描到的所述自由曲面的数据传输到电脑中；(3)将所述复合电极安装在自动调节进给装置上，将所述自动调节进给装置与所述电脑连接，利用所述电脑通过所述自动调节进给装置控制所述复合电极的移动，从而完成在所述自由曲面上的多级微结构的加工。本发明自由曲面上多级微结构的加工方法加工精度高、效率高且成本低。

Description

一种自由曲面上多级微结构的加工方法
技术领域
本发明涉及微结构加工技术领域，特别是涉及一种自由曲面上多级微结构的加工方法。
背景技术
目前，用于制作自由曲面上多级微结构的方法，有飞秒激光法、车削方法、铣削方法、光电反应刻蚀法、聚焦离子束刻蚀与沉积法和化学气象沉积法等方法。
聚焦离子束刻蚀等方法工艺较成熟，兼容性较好，也可实现批量生产，但其成本高、效率低，且只适合一级或简单的二级微结构，而且在自由曲面上加工会大大影响多级微结构的形貌；飞秒激光法和聚焦离子束等能量加工方法可实现纳米级的精密结构的加工，但成本高、效率低，只适合一级或简单的二级微结构，均一性差且难以批量生产；单点金刚石车削方法可完成复杂结构的高面型精度的加工，但效率非常低，且在加工自由曲面上的多级微结构时，很难规划刀具路径，刀具极易与工件干涉，且难以对刀，很难保证高质量基准面的切削加工，同时由于刀具的磨损也无法实现后续高质量、高均匀多级微结构的切削加工。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术存在的问题，提供一种精度高、效率高、成本低的自由曲面上多级微结构的加工方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种自由曲面上多级微结构的加工方法，包括以下步骤：
(1)制作复合电极，所述复合电极包括至少两个不同材质的电极块，所述复合电极对应多级微结构，一个所述电极块用于加工一个微结构，所述电极块与所述多级微结构一一对应；各个所述电极块的表面几何尺寸由对应的所述微结构的表面几何尺寸确定，根据所述微结构的深度确定对应的所述电极块的电极材料的放电速度，继而确定对应所述电极块的电极材料；将各个所述电极块固定在一起制作成所述复合电极；
(2)将待加工工件放置在支撑平台上，利用三维轮廓扫描仪扫描待加工工件的自由曲面的轮廓并将扫描到的所述自由曲面的数据传输到电脑中；
(3)将所述复合电极安装在自动调节进给装置上，所述复合电极指向所述待加工工件的自由曲面，且各个所述电极块与各自所对应的待加工出的所述微结构的位置相对应，将所述自动调节进给装置与所述电脑连接，利用所述电脑通过所述自动调节进给装置控制所述复合电极的移动，从而完成在所述自由曲面上的多级微结构的加工。
优选地，所述电极块的材料为黄铜、紫铜、铝、铜钨合金、钼、不锈钢及石墨中的一种或几种。
优选地，所述铜钨合金中铜的含量为40％，钨的含量为60％，或者铜的含量为20％，钨的含量为80％。
优选地，所述电极块为9个。
优选地，所述自动调节进给装置为五轴数控机床。
本发明自由曲面上多级微结构的加工方法相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明自由曲面上多级微结构的加工方法加工精度高、效率高且成本低。本发明自由曲面上多级微结构的加工方法利用三维轮廓扫描仪获得自由曲面的轮廓数据，然后通过电脑和自动调节进给装置控制和指导电极的移动路径，从而完成在自由曲面上的多级微结构的加工。待加工工件上的自由曲面通过五轴铣削机床预先加工完成，再利用电火花机床加工自由曲面上的多级微结构，成功解决了机加工中难以规划刀具路径以及刀具与工件相互干涉的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明自由曲面上多级微结构的加工方法的流程图；
图2为本发明自由曲面上多级微结构的加工方法中复合电极所对应的多级微结构的结构示意图；
其中，1-复合电极，101-电极块，2-待加工工件，3-支撑平台，4-三维轮廓扫描仪，5-电脑，6-自动调节进给装置，7-多级微结构。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是解决上述现有技术存在的问题，提供一种精度高、效率高、成本低的自由曲面上多级微结构的加工方法。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-2所示，本实施例自由曲面上多级微结构的加工方法，包括以下步骤：
(1)制作复合电极1，复合电极1包括9个电极块101，复合电极1对应多级微结构7，一个电极块101用于加工一个微结构，电极块101与多级微结构7一一对应；各个电极块101的表面几何尺寸由对应的微结构的表面几何尺寸确定，根据微结构的深度确定对应的电极块101的电极材料的放电速度，继而确定对应电极块101的电极材料；将各个电极块101固定在一起制作成复合电极1；
(2)将待加工工件2放置在支撑平台3上，利用三维轮廓扫描仪4扫描待加工工件2的自由曲面的轮廓并将扫描到的自由曲面的数据传输到电脑5 中；
(3)将复合电极1安装在自动调节进给装置上，在本实施例中自动调节进给装置为五轴数控机床，复合电极1指向待加工工件2的自由曲面，且各个电极块101与各自所对应的待加工出的微结构的位置相对应，将自动调节进给装置与电脑5连接，利用电脑5通过自动调节进给装置控制复合电极1的移动，从而完成在自由曲面上的多级微结构7的加工。
各个电极块101的材料为黄铜、紫铜、铝、铜钨合金、钼、不锈钢及石墨中的一种或几种；其中，铜钨合金中铜的含量为40％，钨的含量为60％，或者铜的含量为20％，钨的含量为80％。
本实施例自由曲面上多级微结构的加工方法利用三维轮廓扫描仪4获得自由曲面的轮廓数据，在电脑5中通过Geomagic DesignX软件或Geomagic Wrap软件对自由曲面的轮廓数据进行分析获得自由曲面的三维模型，然后在电脑5中利用PowerMILL软件在所获得的自由曲面的轮廓数据和三维模型的基础上对自动调节进给装置6上的复合电极1的移动路径进行编程，编程数据可以写入电脑5中后再传输给自动调节进给装置6，也可以直接通过自动调节进给装置6的操控面板直接输入上述编程数据，编程输入工作完成后开启自动调节进给装置6，自动调节进给装置6控制复合电极1的移动，从而完成在自由曲面上的多级微结构7的加工。待加工工件2上的自由曲面通过五轴铣削机床预先加工完成，再利用电火花机床加工自由曲面上的多级微结构7，成功解决了机加工中难以规划刀具路径以及刀具与工件相互干涉的问题。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种自由曲面上多级微结构的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制作复合电极，所述复合电极包括至少两个不同材质的电极块，所述复合电极对应多级微结构，一个所述电极块用于加工一个微结构，所述电极块与所述多级微结构一一对应；各个所述电极块的表面几何尺寸由对应的所述微结构的表面几何尺寸确定，根据所述微结构的深度确定对应的所述电极块的电极材料的放电速度，继而确定对应所述电极块的电极材料；将各个所述电极块固定在一起制作成所述复合电极；
(2)将待加工工件放置在支撑平台上，利用三维轮廓扫描仪扫描待加工工件的自由曲面的轮廓并将扫描到的所述自由曲面的数据传输到电脑中；
(3)将所述复合电极安装在自动调节进给装置上，所述复合电极指向所述待加工工件的自由曲面，且各个所述电极块与各自所对应的待加工出的所述微结构的位置相对应，将所述自动调节进给装置与所述电脑连接，利用所述电脑通过所述自动调节进给装置控制所述复合电极的移动，从而完成在所述自由曲面上的多级微结构的加工。
2.根据权利要求1所述的自由曲面上多级微结构的加工方法，其特征在于：所述电极块的材料为黄铜、紫铜、铝、铜钨合金、钼、不锈钢及石墨中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的自由曲面上多级微结构的加工方法，其特征在于：所述铜钨合金中铜的含量为40％，钨的含量为60％，或者铜的含量为20％，钨的含量为80％。
4.根据权利要求1所述的自由曲面上多级微结构的加工方法，其特征在于：所述电极块为9个。
5.根据权利要求1所述的自由曲面上多级微结构的加工方法，其特征在于：所述自动调节进给装置为五轴数控机床。
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