CN114393253B - 一种多部件协同振动的跨尺度结构特征表面加工方法 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

一种多部件协同振动的跨尺度结构特征表面加工方法
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。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：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，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，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。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：本方法可以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。与能量束的加工工艺以及电化学的加工方法相比，本方法能够简化工艺流程，提高加工效率。与压印的加工方法相比，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。
上述的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，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。
上述的多部件协同振动的跨尺度结构特征表面加工方法，所述振动刀具沿y轴方向的进给距离w满足：
Figure BDA0003498867840000041
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。
上述的多部件协同振动的跨尺度结构特征表面加工方法，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：
Figure BDA0003498867840000042
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，
Figure BDA0003498867840000043
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＝A cos(2πf1t)+vt；
Figure BDA0003498867840000044
运动轨迹参数
Figure BDA0003498867840000045
满足：
v＝d1*f1；
Figure BDA0003498867840000046
Figure BDA0003498867840000047
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。
上述的多部件协同振动的跨尺度结构特征表面加工方法，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：
Figure BDA0003498867840000051
其中，B2为所述工件在Z轴方向上的振幅，
Figure BDA0003498867840000052
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；
Figure BDA0003498867840000053
运动轨迹参数(B2,v，f2)满足：
v＝d2*f2；
Figure BDA0003498867840000054
其中，d2为微米级结构的间距，h2为微米级结构的高度。
上述的多部件协同振动的跨尺度结构特征表面加工方法，对所述三轴运动平台施加振动时，所述三轴运动平台带动所述工件一起振动，所述工件振动时的位置方程满足：
Figure BDA0003498867840000055
其中，B3为所述工件在Z轴方向上的振幅，
Figure BDA0003498867840000056
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；
Figure BDA0003498867840000061
运动轨迹参数(B3,v，f3)满足：
v＝d3*f3；
Figure BDA0003498867840000062
其中，d3为毫米级结构的间距，h3为毫米级结构的高度。
上述的多部件协同振动的跨尺度结构特征表面加工方法，在切削加工之前，针对所需的跨尺度结构特征表面(也即给定轮廓)，通过傅里叶变换描述所需的跨尺度结构特征表面的空间频谱的组成成分，并根据获得的空间频谱的组成成分，获得切削加工的运动轨迹参数
Figure BDA0003498867840000063
(B2,v，f2)和/或(B3,v，f3)，再对所述工件进行切削加工。
上述的多部件协同振动的跨尺度结构特征表面加工方法，获得空间频谱的组成成分包括如下步骤：
S100、针对给定的跨尺度结构特征表面z＝f(x,y)，在x轴上取M个点，并经过M个点做M条垂直于x轴的第一直线，在y轴上取N个点，并经过N个点做N条垂直于y轴的第二直线，提取第一直线和第二直线的交点，由此获得N*M个离散点，点Zi,j＝f(xj,yi)，1≤i≤M,1≤j≤N，从而得到离散点数据矩阵[Z]N*M；
S200、对离散点数据矩阵[Z]N*M进行傅里叶变换，得到频谱矩阵[K]N*M及相应的频谱图，频谱矩阵[K]N*M及相应的频谱图包含组成曲面z＝f(x,y)的多组方向不同的分量平面波的频谱信息，所述频谱信息包括每组平面波的幅值、频率、相位角及方向；
S300、根据频谱矩阵及相应的频谱信息，比较每个方向上频谱组的幅值平方和，取幅值平方和最大的那组频谱所指的方向为加工方向x，垂直于加工方向x的方向为进给方向y；
S400、根据所需的加工精度选取y向进给间距w，将跨尺度结构特征表面沿y向按间距w分割，将跨尺度结构特征表面分割为L个单元，对每个单元进行频谱分析，并提取每个单元沿x轴方向的频谱信息，得到跨尺度结构特征表面的空间频谱(空间频谱1-空间频谱L)的组成成分，每组空间频谱的频谱参数包括空间频率、幅值、相位角及方向，利用频谱参数计算得到组成给定跨尺度结构特征表面的各个余弦轮廓的高度、周期及距离。
上述的多部件协同振动的跨尺度结构特征表面加工方法，
当跨尺度结构包含纳米级结构时，获得切削加工的运动轨迹参数包括如下步骤：
S510、选定椭圆振动的频率f1，并根据步骤S400中所确定的d1、h1以及a，确定运动轨迹参数
Figure BDA0003498867840000071
S520、根据所述步骤S510中所确定的v以及微米级结构的间距d2以及高度h2，确定运动轨迹参数(B2,v，f2)，当跨尺度结构不包含微米级结构时，f2＝0，B2＝0；
S530、根据所述步骤S510中所确定的v以及豪米级结构的间距d3以及高度h3，确定运动轨迹参数(B3,v，f3)，当跨尺度结构不包含毫米级结构时，f3＝0，B3＝0；
当跨尺度结构尽包含微米级结构和毫米级结构时，获得切削加工的运动轨迹参数包括如下步骤：
S610、选定所述伺服运动机构的振动频率f2，并根据微米级结构的间距d2以及高度h2，确定运动轨迹参数(B2,v，f2)；
S620、根据所述步骤S610中确定的v以及豪米级结构的间距d3以及高度h3，确定运动轨迹参数(B3,v，f3)。
上述的多部件协同振动的跨尺度结构特征表面加工方法，每组空间频谱的组成成分均对应于一组工艺参数S，每组工艺参数S中均包含一组运动轨迹参数
Figure BDA0003498867840000081
(B2,v，f2)和/或(B3,v，f3)，空间频谱1-空间频谱L对应于工艺参数S1,S2,S3……Sl。
上述的多部件协同振动的跨尺度结构特征表面加工方法，在所述工件的表面切削加工时，包括如下步骤：
S710、将工艺参数S1,S2,S3……Sl以及y向进给间距w输入所述切削工艺系统；
S720、所述切削工艺系统按照工艺参数S1协同运动，在所述工件的表面创成第一段结构，之后，所述工件返回至初始位置；
S730、所述振动刀具沿y轴方向进给一段距离w；
S730、所述切削工艺系统按照工艺参数S2协同运动，在所述工件的表面创成第二段结构，之后，所述工件返回至初始位置；
S740、所述振动刀具沿y轴方向进给一段距离w；
……
每按照一组工艺参数S协同振动，在所述工件的表面创成一段结构之后，所述振动刀具均沿y轴方向进给一段距离w，直到按照L组工艺参数创成所需的跨尺度结构。
上述的多部件协同振动的跨尺度结构特征表面加工方法，在获得工艺参数S1,S2,S3……Sl之后，分析所述工件的毛坯质量，并根据需要对所述工件进行预切。
上述的多部件协同振动的跨尺度结构特征表面加工方法，所述振动刀具为金刚石刀具，且所述振动刀具的刃口半径范围为50nm～200nm。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例的切削工艺系统的示意图；
图2为本发明实施例的协同振动关系图；
图3为本发明实施例中w与Δ的关系图；
图4为本发明实施例的纳米级结构的示意图；
图5为本发明实施例的微米级结构的示意图；
图6为本发明实施例的伺服运动机构的示意图；
图7为本发明实施例的毫米级结构的示意图；
图8为本发明实施例中给定的跨尺度结构的曲面图；
图9为图8中局部A的示意图；
图10为图8中局部B的示意图；
图11为频谱分析所获得的频谱图；
图12为加工成型的跨尺度结构的示意图；
图13为图12中C处的局部放大图；
图14为图12中D处的局部放大图。
其中，图9、图10、图13和图14中的曲线为相应部分的截面轮廓。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，本发明的实施例提供了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，如图1和图2所示，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，三轴运动平台和振动刀具均安装于基座上，伺服运动机构安装于三轴运动平台上，工件安装于伺服运动机构的末端执行器上，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，在切削加工的过程中，采用三轴运动平台使工件沿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，在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，对三轴运动平台施加振动，振动方向沿z轴方向，振动的频率不大于10Hz。
本方法可以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。与能量束的加工工艺以及电化学的加工方法相比，本方法能够简化工艺流程，提高加工效率，具有较高的经济效率。与压印的加工方法相比，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。
本实施例中所说的纳米级结构，指的是工件表面具有的微小结构的形貌特征以及尺寸精度为纳米级(1μm以下)，微米级结构指的是工件表面具有的微小结构的形貌特征以及尺寸精度为微米级(1μm～100μm)，毫米级结构指的是工件表面具有的微小结构的形貌特征以及尺寸精度为毫米级(0.1mm以上)。
在本实施例中，“根据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”，指的是，当跨尺度结构包括纳米级结构、微米级结构以及毫米级结构时，振动刀具、伺服运动机构以及三轴运动平台一起协同振动；当跨尺度结构包括纳米级结构和微米级结构时，振动刀具和伺服运动机构一起协同振动，而三轴运动平台不振动；当跨尺度结构包括纳米级结构和毫米级结构时，振动刀具和三轴运动平台一起协同振动，而伺服运动机构不振动；当跨尺度结构包括微米级结构和毫米级结构时，伺服运动机构以及三轴运动平台一起协同振动，而振动刀具不振动。
进一步地，在切削加工的过程中，采用三轴运动平台使工件沿x轴方向移动，同时，根据跨尺度结构所包含的结构类型，振动刀具、伺服运动机构和/或三轴运动平台之间协同振动，使得振动刀具在工件的表面创成第一段结构，之后，使工件返回初始位置，并将振动刀具沿y轴方向进给一段距离w，再以同样的加工方式，在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，在工件的表面创成第三段结构、第四段结构、……，直至在工件的表面创成所需的跨尺度结构。
进一步地，如图3所示，振动刀具沿y轴方向进给切削时，每相邻两次切削之间残留有未切削的部分，未切削部分的高度为Δ，且
Figure BDA0003498867840000111
在切削加工时，振动刀具沿y轴方向的进给距离w满足：
Figure BDA0003498867840000112
其中，δ为所需的加工精度，r为振动刀具的刃口半径。因此，在切削加工时，可以根据所需的加工精度δ，以及振动刀具的刃口半径r，来确定振动刀具沿y轴方向的进给距离w。
具体地，如图4所示，在工件的表面创成纳米级结构时，v为三轴运动平台使工件沿X轴方向移动的速度，D1(振动刀具轨迹中心线到原工件表面的距离)为名义切削深度，A点和B点为纳米级结构相邻的两个最低点，d1为纳米级结构的间距(A点和B点之间的距离)，H点为A点和B点之间的纳米级结构的最高点，h1为纳米级结构的高度，a为纳米级结构的最高点H至与其沿切削方向上(H点右边)最近的最低点B之间的水平距离，X轴方向为切削方向，Z轴方向为切深方向。
对振动刀具施加椭圆振动时，振动刀具的位置参数方程满足：
Figure BDA0003498867840000121
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，
Figure BDA0003498867840000122
为x轴方向和z轴方向的振动位移相位差。在加工的过程中，振动刀具相对于工件的运动由自身的椭圆振动和三轴运动平台给工件所提供的x轴方向的运动叠加而成。在切削加工的过程中，振动刀具相对于工件的运动轨迹满足：
x＝A cos(2πf1t)+vt；
Figure BDA0003498867840000123
在图4中，振动刀具由A点到B点经历的一个椭圆振动的周期为1/f1，由椭圆振动所产生的位移为0，可以得到A点和B点之间的距离，也即，纳米级结构的间距d1满足：
d1＝v/f1 (1)
因此，当所需加工的纳米级结构的间距d1已知时，可以根据实际的加工情况，选择v和f1的大小。
如图4所示，H点为一个椭圆振动周期内的轨迹交叠点，假设刀具由下向上经过H点的时刻为t1，由上向下经过H点的时刻为t2，由H点横坐标可以得到以下等式：
xH＝A cos(2πf1t1)+vt1＝A cos(2πf1t2)+vt2
即得：
A[cos(2πf1t1)-cos(2πf1t2)]+v(t1-t2)＝0
再由三角公式可得：
A[-2 sin(πf1(t1+t2))sin(πf1(t1-t2))]+v(t1-t2)＝0 (2)
由于刀具在Z方向的运动分量为余弦运动，且t1时刻与t2时刻的纵坐标相等，得：
Figure BDA0003498867840000131
k为整数
即得：
Figure BDA0003498867840000132
将(3)式代入(2)式中，可得：
Figure BDA0003498867840000133
引入中间变量γ：
γ＝πf1(t1-t2) (5)
等式(4)代入中间变量γ并且两边同时乘以πf1/v，可得
Figure BDA0003498867840000134
因此γ可以通过对上面方程(6)求解得到。
联立等式(3)(5)，可得，
Figure BDA0003498867840000135
代入t1，则H点的纵坐标可求得为：
Figure BDA0003498867840000141
则可得纳米结构的高度h1为
h1＝zH-(-B1)＝B1(1+COSγ) (8)
设刀具在时刻t3经过B点，则有
Figure BDA0003498867840000142
即得，
Figure BDA0003498867840000143
而a为B点与H点的横坐标之差，
a＝xB-xH＝Acos(2πf1t3)+vt3-Acos(2πf1t1)-vt1 (10)
将式(7)(9)代入式(10)，可得，
Figure BDA0003498867840000144
因此，在切削加工纳米级结构时，运动轨迹参数
Figure BDA0003498867840000145
满足：
v＝d1*f1；
Figure BDA0003498867840000146
Figure BDA0003498867840000147
h1＝B1(1+cosγ)。
在本实施例中，f1＝41kHz，根据所需的纳米级结构的间距d1，则可以得到三轴运动平台使工件沿X轴方向移动的速度v。而A,B1,
Figure BDA0003498867840000148
与高度h1、距离A、间距d1和切削速度v关联，根据所需的纳米级结构的特征参数，以及切削速度v,并根据上述的计算公式，则可以获得运动轨迹参数
Figure BDA0003498867840000149
具体地，如图5所示，在工件的表面创成微米级结构时，v为三轴运动平台使工件沿X轴方向移动的速度，D2(振动刀具轨迹中心线到原工件表面的距离)为名义切削深度，d2为微米结构间距，h2为微米结构高度，x轴方向为切削方向，z轴方向为切深方向。在工件的表面加工微米级结构时，对伺服运动机构施加振动，伺服运动机构带动工件一起振动，工件振动时的位置方程满足：
Figure BDA0003498867840000151
其中，B2为工件在Z轴方向上的振幅，
Figure BDA0003498867840000152
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，振动刀具相对于工件的运动轨迹满足：
x＝vt；
Figure BDA0003498867840000153
运动轨迹参数(B2,v，f2)满足：
v＝d2*f2；
Figure BDA0003498867840000154
因此，可以根据加工需求选取合适的v和f2，并根据所需加工的微米级结构的高度，即可得到B2的值，从而获得运动轨迹参数(B2,v，f2)。具体地，如图6所示，伺服运动机构包括直圆柔性铰链以及设于直圆柔性铰链上的末端执行器(工件固定平台)，通过压电驱动的方式，在直圆柔性铰链的两端施加z向振动，并通过激光位移传感器实现工件沿z轴方向的位移在线监测。具体地，伺服运动机构可以通过LabVIEW来调节压电驱动的输入电压的频率以及振幅等，从而实现伺服运动机构的频率和振幅的调节。
具体地，如图7所示，在工件的表面创成毫米级结构时，v为三轴运动平台使工件沿X轴方向移动的速度，D3(振动刀具轨迹中心线到原工件表面的距离)为名义切削深度，d3为毫米结构间距，h3为毫米结构高度，x轴方向为切削方向，z轴方向为切深方向。切削加工时，对三轴运动平台施加振动，三轴运动平台带动工件一起振动，工件振动时的位置方程满足：
Figure BDA0003498867840000155
其中，B3为工件在Z轴方向上的振幅，
Figure BDA0003498867840000161
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，振动刀具相对于工件的运动轨迹满足：
x＝vt；
Figure BDA0003498867840000162
运动轨迹参数(B3,v，f3)满足：
v＝d3*f3；
Figure BDA0003498867840000163
因此，可以根据加工需求选取合适的v和f3，并根据所需加工的微米级结构的高度，即可得到B3的值，从而得到运动轨迹参数(B3,v，f3)。具体地，三轴运动平台(AerotechANT130-060-XYZ)可通过其自身控制软件A3200 Motion Composer进行编程，从而控制x、y、z轴的运动。在本实施例中，三轴运动平台、伺服运动机构以及振动刀具三者为独立的控制单元，切削加工时可通过协同振动实现跨尺度结果特征表面的加工。
具体地，在切削加工之前，针对所需的跨尺度结构特征表面，可以通过傅里叶变换描述所需的跨尺度结构特征表面的空间频谱的组成成分，并根据获得的空间频谱的组成成分，获得切削加工的运动轨迹参数
Figure BDA0003498867840000164
(B2,v，f2)和/或(B3,v，f3)，再对工件进行切削加工。
具体地，获得空间频谱的组成成分包括如下步骤：
S100、针对给定的跨尺度结构特征表面z＝f(x，y)，在x轴上取M个点，并经过M个点做M条垂直于x轴的第一直线，在y轴上取N个点，并经过N个点做N条垂直于y轴的第二直线，提取第一直线和第二直线的交点，由此获得N*M个离散点，点Zi,j＝f(xj,yi)，1≤i≤M,1≤j≤N，从而得到离散点数据矩阵[Z]N*M；
S200、对离散点数据矩阵[Z]N*M进行傅里叶变换(可以用软件如Matlab进行)，得到频谱矩阵[K]N*M及相应的频谱图，频谱矩阵[K]N*M及相应的频谱图包含组成曲面z＝f(x,y)的多组方向不同的分量平面波的频谱信息，频谱信息包括每组平面波的幅值、频率、相位角及方向，其中，二维离散型傅里叶变换理论公式为:
Figure BDA0003498867840000171
M和N分别是频谱图图像的长和宽，U和x的范围从1到M-1；v和y的范围从1到N-1；
S300、根据频谱矩阵及相应的频谱信息，比较每个方向上频谱组的幅值平方和，取幅值平方和最大的那组频谱所指的方向为加工方向x，垂直于加工方向x的方向为进给方向y；
S400、根据所需的加工精度选取y向进给间距w，将跨尺度结构特征表面沿y向按间距w分割，将跨尺度结构特征表面分割为L个单元，对每个单元进行频谱分析，并提取每个单元沿x轴方向的频谱信息，得到跨尺度结构特征表面的空间频谱(空间频谱1-空间频谱L)的组成成分，每组空间频谱的频谱参数包括空间频率、幅值、相位角及方向，利用频谱参数计算得到组成给定跨尺度结构特征表面的各个余弦轮廓的高度、周期及距离。
具体地，当跨尺度结构包含纳米级结构时，获得切削加工的运动轨迹参数包括如下步骤：
S510、选定椭圆振动的频率f1，并根据步骤S400中所确定的d1、h1以及a，确定运动轨迹参数
Figure BDA0003498867840000172
S520、根据步骤S510中所确定的v以及微米级结构的间距d2以及高度h2，确定运动轨迹参数(B2,v，f2)，当跨尺度结构不包含微米级结构时，f2＝0，B2＝0；
S530、根据步骤S510中所确定的v以及豪米级结构的间距d3以及高度h3，确定运动轨迹参数(B3,v，f3)，当跨尺度结构不包含毫米级结构时，f3＝0，B3＝0；
当跨尺度结构尽包含微米级结构和毫米级结构时，获得切削加工的运动轨迹参数包括如下步骤：
S610、选定伺服运动机构的振动频率f2，并根据微米级结构的间距d2以及高度h2，确定运动轨迹参数(B2,v，f2)；
S620、根据步骤S610中确定的v以及豪米级结构的间距d3以及高度h3，确定运动轨迹参数(B3,v，f3)。
需要说明的是，任意给定的曲面轮廓，都可以看成由若干个正弦平面波或若干个余弦平面波叠加而成，在本发明的实施例中，将给定的曲面轮廓看成由若干个余弦平面波叠加而成。而在实际加工的过程中，难以做到兼顾所有方向的平面波，因此在步骤S300中进行判定实际加工时的加工方向x和进给方向y，也即判定由哪个方向的平面波进行叠加得到所需的轮廓。在判定好加工方向x和进给方向y之后，再按照步骤S400中的，将给定轮廓按进给方向y按间距w进行分割，将给定轮廓分割为L个单元，对每个单元进行频谱分析时，主要分析每个单元沿截面xoz上的轮廓的组成成分，并提取每个单元沿x轴方向的频谱信息。
例如，若通过频谱分析得给定轮廓第i个单元组成成分的空间频率为Fi1、Fi2、Fi3……Fin,对应幅值为Hi1、Hi2、Hi3……Hin,对应相位角ψi1、ψi2、ψi3……ψin，
则各组成成分分别用函数表示如下：
Zi1＝Hi1cos(2πFi1X+ψi1)；
Zi2＝Hi2cos(2πFi2X+ψi2)；
Zi3＝Hi3cos(2πFi3X+ψi3)；
……
Zin＝Hincos(2πFinX+ψin)；
实际轮廓的方程便是上述方程的叠加：
Zi＝Hi1cos(2πFi1X+ψi1)+Hi2cos(2πFi2X+ψi2)+Hi3cos(2πFi3X+ψi3)+…+Hincos(2πFinX+ψin)；
通过上述方程便可分别计算出每个组成成分的轮廓的高h、距离d、或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a:
Figure BDA0003498867840000191
Figure BDA0003498867840000192
Figure BDA0003498867840000193
……
Figure BDA0003498867840000194
根据高度h将上述成分分为纳米级、微米级、毫米级，再根据纳米级、微米级以及毫米级各自的算法，得到各自的运动轨迹参数。
具体地，在此举例说明：
当纳米级结构由m个余弦成分组成时，余弦信息的频谱信息为频率F11、F12……F1m,幅值为H11、H12……H1m,相位角为ψ11、ψ12……ψ1m,则纳米级结构的轮廓方程为：
Z1＝H11cos(2πF11X+ψ11)+H12cos(2πF12X+ψ12)+…+H1mcos(2πF1mX+ψ1m),
通过上述轮廓方程可计算出纳米级结构的间距d1，纳米级结构的高度h1，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a，再根据纳米级结构相对应的公式计算运动轨迹参数。
当微米级结构由m个余弦成分组成，余弦信息的频谱信息为频率F21、F22……F2m,幅值为H21、H22……H2m,相位角为ψ21、ψ22……ψ2m,进而可分别计算出各余弦组成成分轮廓的高h、距离d，再根据微米级结构相对应的公式计算出各运动轨迹参数v,f21,f22……f2m,B21,B22……B2m，
Figure BDA0003498867840000201
则此时工件振动的位置方程为：
Figure BDA0003498867840000202
振动刀具相对于所述工件的运动轨迹满足:
x＝vt；
Figure BDA0003498867840000203
当毫米级结构由m个余弦成分组成，余弦信息的频谱信息为频率F31、F32……F3m,幅值为H31、H32……H3m,相位角为ψ31、ψ32……ψ3m,进而可分别计算出各余弦组成成分轮廓的高h、距离d，再根据毫米级结构相对应的公式计算出各运动轨迹参数v,f31,f32……f3m,B31,B22……B3m，
Figure BDA0003498867840000204
则此时工件振动的位置方程为：
Figure BDA0003498867840000205
振动刀具相对于所述工件的运动轨迹满足:
x＝vt；
Figure BDA0003498867840000211
具体地，每组空间频谱的组成成分均对应于一组工艺参数S，每组工艺参数S中均包含一组运动轨迹参数
Figure BDA0003498867840000212
(B2,v，f2)和/或(B3,v，f3)，空间频谱1-空间频谱L对应于工艺参数S1,S2,S3……Sl。
具体地，在工件的表面切削加工时，包括如下步骤：
S710、将工艺参数S1,S2,S3……Sl以及y向进给间距w输入切削工艺系统；
S720、切削工艺系统按照工艺参数S1协同运动，在工件的表面创成第一段结构，之后，工件返回至初始位置；
S730、振动刀具沿y轴方向进给一段距离w；
S730、切削工艺系统按照工艺参数S2协同运动，在工件的表面创成第二段结构，之后，工件返回至初始位置；
S740、振动刀具沿y轴方向进给一段距离w；
……
每按照一组工艺参数S协同振动，在工件的表面创成一段结构之后，振动刀具均沿y轴方向进给一段距离w，直到按照L组工艺参数创成所需的跨尺度结构。需要注意的是，进给距离w与给定的加工精度δ有关，因此，当给定的加工精度不同时，进给距离w的数值也将有所不同。
在获得工艺参数S1,S2,S3……Sl之后，分析工件的毛坯质量，并根据需要对工件进行预切。例如，工件的毛坯质量太差，不满足直接切削要求时，则需要对工件进行预切。具体地，振动刀具为金刚石刀具，且振动刀具的刃口半径范围为50nm～200nm，刃口半径表征振动刀具的锋利度，刃口半径越小，振动刀具越锋利，越容易加工出高质量的纳米级结构，但同时振动刀具也越容易磨损，因此，将振动刀具的刃口半径范围限定在50nm～200nm之间。
由以上描述可知，本方法具有以下优点：
1、本方法在加工过程中，除了振动刀具的刀刃正常磨损以外，无其它耗材，因而能够降低加工成本；
2、本方法加工过程简单，只需分析给定的跨尺度结构的轮廓，计算出加工的工艺参数并将工艺参数输进系统，装夹好工件之后，便可启动系统进行加工，加工过程一次成型，无需其它操作，能够简化工艺流程，提高加工效率；
3、本方法是利用振动刀具的轨迹创成所需的跨尺度结构的轮廓，所加工得到的轮廓不受限于振动刀具的刀刃参数。
下面提供一个具体的加工实施过程：
图8至图10为给定的兼具毫-微-纳跨尺度结构的特征表面(图中单位为mm)，给定的加工精度δ为10nm。
步骤一：对给定的跨尺度结构的特征表面进行初步频谱分析，利用Matlab，对给定的曲面进行二维离散快速傅里叶变换，得到的频谱图如图11所示(其中，图11中的坐标方向与图8一样)，由图11可以确定曲面的x轴方向为加工方向x，曲面的y轴为加工时的进给方向y，由此频谱图可知，组成此曲面的主要分量是x向的平面波，组成此曲面的y向的平面波不仅少而且幅度极小(小于10nm)，因此，主要提取曲面分量的x向的平面波的频谱，舍弃y向的频谱；
步骤二：确定y向进给间距w和进给次数L。由于δ为10nm，可得w≤2.82*10-3mm(振动刀具刃口半径r＝100μm),取w＝2.5*10-3mm,所以L＝400。
步骤三：将曲面沿y向等距离(L＝400)分成400个单元曲面，由于经步骤一判定了此曲面加工时只需考虑单一方向(x向)的组成分量，因此此次只需要精确分析任何一个单元的x向分量频谱即可。x向分量频谱精确分析如下表：
结构尺度 纳米 微米 微米 毫米 毫米 毫米 毫米 微米 微米 纳米
空间频率 5000 50 10 1 0.5 0.5 1 10 50 5000
幅值(mm) 2.5＊10<sup>－5</sup> 0.01 0.015 0.1 0.15 0.15 0.1 0.015 0.01 2.5＊10<sup>－5</sup>
相位角(rad) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
方向 X向 X向 X向 X向 X向 X向 X向 X向 X向 X向
表1
步骤四：由表1中的数据，计算得到纳米级、微米级以及毫米级的结构特征尺寸参数如下表(在表1中，相同空间频率和相位角下的成分的幅值先进行叠加，得到总幅值之后，再根据公式进行计算高度h)：
结构尺度 纳米 微米 微米 毫米 毫米
高度h(mm) 10<sup>－4</sup> 0.04 0.06 0.4 0.6
结构间距d(mm) 2＊10<sup>－4</sup> 0.02 0.1 1 2
间距a(mm) 10<sup>－4</sup> 0.01 0.05 0.5 1
相位角(rad) 0 0 0 0 0
表2
步骤五：确定运动轨迹参数
Figure BDA0003498867840000231
(B2,v，f2)和/或(B3,v，f3)：
纳米级结构加工：
Figure BDA0003498867840000232
表3
微米级结构加工：
Figure BDA0003498867840000233
表4
毫米级结构加工：
Figure BDA0003498867840000241
表5
由表2至表5中的参数，得到：
振动刀具的运动轨迹：
x＝0.5*10-3*cos(82000πt)
Z＝3*10-3*cos(82000πt+π/2)
伺服运动机构的运动轨迹：
Z＝0.02*cos(820πt)+0.03*cos(164πt)
三轴运动平台的运动轨迹：
x＝8.2*t
Z＝0.2cos(16.4πt)+0.3cos(8.2πt)
刀具与工件相对位置关系：
x＝0.5*10-3*cos(82000πt)+8.2t
Figure BDA0003498867840000242
步骤六：各部件按上一步设计的轨迹运动，x向为切削方向，z向为切深方向，y向为进给方向，当刀具沿x向切削出一个曲面单元后，都会回此次切削起始点，然后向y进给距离2.5μm，再沿x向切削下一个曲面单元，如此循环以完成整个曲面加工。
加工完成后，利用原子力显微镜扫描，通过配套的软件nanoscope analysis分析出跨尺度结构表面的三维特征，得到的局部轮廓如图12至图14所示所示，通过此软件提取测量出每种尺度结构的形貌特征、尺寸大小等(如结构高度，相邻结构的距离等)，最后比较测量结果和给定值的偏差，可以评判加工的效果。从图13、图14与图9和图10中的截面轮廓来看，所加工得到的跨尺度结构与给定的曲面轮廓相似度较高。
需要说明的是，表1中的数据是利用matlab进行傅里叶变换计算得来，部分空间频率和幅值数据在图11中有体现，但由于空间频率跨度太大，无法用图全部体现。再在11中，状柱的高度为幅值，空间频率是通过编程计算得到(但程序设计并非本发明所要保护的重点，因此在这里不提供具体的程序)，与状柱离中心点(251，1001)的距离及傅里叶变换时采样频率、采样点数等有关，图11中部分频谱用表格表示如下：
Figure BDA0003498867840000251
表6
需要注意的是，在本发明的描述中，如有涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系的，均为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一或第二等的，只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (13)

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：
Figure FDA0003745250390000021
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：
Figure FDA0003745250390000022
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，
Figure FDA0003745250390000023
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；
Figure FDA0003745250390000024
运动轨迹参数
Figure FDA0003745250390000025
满足：
v＝d1*f1；
Figure FDA0003745250390000026
Figure FDA0003745250390000027
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：
Figure FDA0003745250390000031
其中，B2为所述工件在Z轴方向上的振幅，
Figure FDA0003745250390000032
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；
Figure FDA0003745250390000033
运动轨迹参数(B2,v，f2)满足：
v＝d2*f2；
Figure FDA0003745250390000034
其中，d2为微米级结构的间距，h2为微米级结构的高度。
6.根据权利要求5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，对所述三轴运动平台施加振动时，所述三轴运动平台带动所述工件一起振动，所述工件振动时的位置方程满足：
Figure FDA0003745250390000035
其中，B3为所述工件在Z轴方向上的振幅，
Figure FDA0003745250390000036
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；
Figure FDA0003745250390000037
运动轨迹参数(B3,v，f3)满足：
v＝d3*f3；
Figure FDA0003745250390000041
其中，d3为毫米级结构的间距，h3为毫米级结构的高度。
7.根据权利要求6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，在切削加工之前，针对所需的跨尺度结构特征表面，通过傅里叶变换描述所需的跨尺度结构特征表面的空间频谱的组成成分，并根据获得的空间频谱的组成成分，获得切削加工的运动轨迹参数
Figure FDA0003745250390000042
(B2,v，f2)和/或(B3,v，f3)，再对所述工件进行切削加工。
8.根据权利要求7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，获得空间频谱的组成成分包括如下步骤：
S100、针对给定的跨尺度结构特征表面z＝f(x,y)，在x轴上取M个点，并经过M个点做M条垂直于x轴的第一直线，在y轴上取N个点，并经过N个点做N条垂直于y轴的第二直线，提取第一直线和第二直线的交点，由此获得N*M个离散点，点Zi,j＝f(xj,yi)，1≤i≤M,1≤j≤N，从而得到离散点数据矩阵[Z]N*M；
S200、对离散点数据矩阵[Z]N*M进行傅里叶变换，得到频谱矩阵[K]N*M及相应的频谱图，频谱矩阵[K]N*M及相应的频谱图包含组成曲面z＝f(x,y)的多组方向不同的分量平面波的频谱信息，所述频谱信息包括每组平面波的幅值、频率、相位角及方向；
S300、根据频谱矩阵及相应的频谱信息，比较每个方向上频谱组的幅值平方和，取幅值平方和最大的那组频谱所指的方向为加工方向x，垂直于加工方向x的方向为进给方向y；
S400、根据所需的加工精度选取y向进给间距w，将跨尺度结构特征表面沿y向按间距w分割，将跨尺度结构特征表面分割为L个单元，对每个单元进行频谱分析，并提取每个单元沿x轴方向的频谱信息，得到跨尺度结构特征表面的空间频谱1-空间频谱L的组成成分，每组空间频谱的频谱参数包括空间频率、幅值、相位角及方向，利用频谱参数计算得到组成给定跨尺度结构特征表面的各个余弦轮廓的高度、周期及距离。
9.根据权利要求8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，
当跨尺度结构包含纳米级结构时，获得切削加工的运动轨迹参数包括如下步骤：
S510、选定椭圆振动的频率f1，并根据步骤S400中所确定的d1、h1以及a，确定运动轨迹参数
Figure FDA0003745250390000051
S520、根据所述步骤S510中所确定的v以及微米级结构的间距d2以及高度h2，确定运动轨迹参数(B2,v，f2)，当跨尺度结构不包含微米级结构时，f2＝0，B2＝0；
S530、根据所述步骤S510中所确定的v以及毫米级结构的间距d3以及高度h3，确定运动轨迹参数(B3,v，f3)，当跨尺度结构不包含毫米级结构时，f3＝0，B3＝0；
当跨尺度结构尽包含微米级结构和毫米级结构时，获得切削加工的运动轨迹参数包括如下步骤：
S610、选定所述伺服运动机构的振动频率f2，并根据微米级结构的间距d2以及高度h2，确定运动轨迹参数(B2,v，f2)；
S620、根据所述步骤S610中确定的v以及毫米级结构的间距d3以及高度h3，确定运动轨迹参数(B3,v，f3)。
10.根据权利要求9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，每组空间频谱的组成成分均对应于一组工艺参数S，每组工艺参数S中均包含一组运动轨迹参数
Figure FDA0003745250390000061
(B2,v，f2)和/或(B3,v，f3)，空间频谱1-空间频谱L对应于工艺参数S1,S2,S3……Sl。
11.根据权利要求10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，在所述工件的表面切削加工时，包括如下步骤：
S710、将工艺参数S1,S2,S3……Sl以及y向进给间距w输入所述切削工艺系统；
S720、所述切削工艺系统按照工艺参数S1协同运动，在所述工件的表面创成第一段结构，之后，所述工件返回至初始位置；
S730、所述振动刀具沿y轴方向进给一段距离w；
S730、所述切削工艺系统按照工艺参数S2协同运动，在所述工件的表面创成第二段结构，之后，所述工件返回至初始位置；
S740、所述振动刀具沿y轴方向进给一段距离w；
每按照一组工艺参数S协同振动，在所述工件的表面创成一段结构之后，所述振动刀具均沿y轴方向进给一段距离w，直到按照L组工艺参数创成所需的跨尺度结构。
12.根据权利要求10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，在获得工艺参数S1,S2,S3……Sl之后，分析所述工件的毛坯质量，并根据需要对所述工件进行预切。
13.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，所述振动刀具为金刚石刀具，且所述振动刀具的刃口半径范围为50nm～200nm。
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