一种表面微结构阵列的加工方法与流程

本发明涉及一种表面微结构阵列的加工方法，属于表面微结构超精密加工领域。

背景技术

表面微结构是指具有某种特定形状且达到微米甚至纳米尺寸量级的基本结构单元，其具有许多新的物理和化学特性，例如可以加强工件表面抗腐蚀性和耐磨性，实现超疏水性或超亲水性，起到减阻降噪的效果等，在光学、机械电子、生物医学和军工等领域具有重要的应用价值。目前，表面微结构的制造方法有两种：一种是材料堆积法，在原始表面通过自身生长、变化反应的方式形成新结构，如气相沉淀法是利用热蒸汽获得沉积材料的气体分子、原子或离子，具有原料转化率高、沉积膜纯度高的优点，但该方法加工条件严格，使得生产成本较高；另一种是材料去除法，利用某种能量去除原始表面一些结构而留下特定的目标结构，获得基本的微结构单元，如光刻技术、聚焦离子束技术、激光微纳加工、纳米压印技术、机械微纳加工技术等。光刻、聚焦离子束和激光微纳加工技术目前存在设备昂贵、加工成本高的劣势，纳米压印技术只能提供单步的压印，无法进行套刻以实现更为复杂的结构，且压膜板制作成本很高。相比较上述几种表面微结构制造方法，机械微纳加工技术具有效率高、成本低且可以加工出比较复杂的表面结构的优点，其在表面微结构制造领域具有广阔的应用前景。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种表面微结构阵列的加工方法，利用特制加工工具，通过控制主轴转速、工件进给速度和工件进给量，可以加工出有规则的表面微结构阵列，实现表面微结构的制造。

本发明所采用的技术方案如下：

一种表面微结构阵列的加工方法，包括如下步骤：

（1）去除待加工工件表面的污染物，经干燥后得到洁净的工件表面，并将其固定在工作台上；

（2）将特制加工工具安装在机床主轴上；

（3）根据工件的材料属性、特制加工工具的回转半径r以及特制加工工具上微细刀具的数量n，设定主轴转速n、工件进给速度vw和加工深度ap；

（4）对工件加工面进行对刀，开始加工；

（5）所述表面微结构阵列的加工方法有如下两种加工方式：

加工方式一：工件沿x轴方向进给，进给速度为vw，特制加工工具在工件表面加工出第一排微结构单元，之后工件沿y轴方向进给，进给量为m，特制加工工具加工出下一排微结构单元，重复以上动作，即可加工出表面微结构阵列；

加工方式二：特制加工工具上的微细刀具在工件表面每加工出一个微结构单元，工件沿y轴方向进给，进给量为m，直至完成第一排微结构单元的加工，之后工件沿x轴方向进给，进给量为△d，继续加工下一排微结构单元，重复以上动作，即可加工出表面微结构阵列；

（6）工件表面微结构阵列加工结束后，去除工件表面的污染物，完成加工。

所述的特制加工工具，其基体圆周上固定一把或等间距固定多把微细刀具，如金刚石刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具或合金钢刀具，每把微细刀具的刀尖与基体轴心的距离相等，且微细刀具的刀尖在垂直于基体轴心线的同一平面内。

所述的加工方式一中：

（1）当时，相邻两个微结构单元之间会有一段未加工区域，工件表面形成平凹相间分布的表面微结构阵列；

（2）当时，微细刀具在工件表面产生交叉式加工，工件表面形成尖状类的表面微结构阵列。

所述的加工方式二中：

（1）当时，工件表面形成平凹相间分布的表面微结构阵列；

（2）当时，工件表面形成尖状类的表面微结构阵列。

本发明具有工序少、操作简便、加工效率高、加工成本低的优点，通过控制主轴转速、工件进给速度以及工件进给量之间大小关系，可一次性加工出不同形状的表面微结构阵列。

附图说明

图1为一种表面微结构阵列的加工示意图，其中，1表示特制加工工具，2表示工件，3表示工作台。

图2为特制加工工具示意图，其中，1-1表示微细刀具，1-2表示基体。

图3为平凹相间分布的表面微结构阵列示意图。

图4为尖状类的表面微结构阵列示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2，详细说明一种表面微结构阵列的加工方法，包括如下步骤：

（1）去除待加工工件2表面的污染物，经干燥后得到洁净的工件2表面，并将其固定在工作台3上；

（2）将特制加工工具1安装在机床主轴上；

（3）根据工件2的材料属性、特制加工工具1的回转半径r以及特制加工工具1上微细刀具1-1的数量n，设定主轴转速n，工件进给速度vw，加工深度ap；

（4）对工件2加工面进行对刀，开始加工；

（5）所述表面微结构阵列的加工方法有如下两种加工方式：

加工方式一：工件2沿x轴方向进给，进给速度为vw，特制加工工具1在工件2表面加工出第一排微结构单元，之后工件2沿y轴方向进给，进给量为m，特制加工工具1加工出下一排微结构单元，重复以上动作，即可加工出表面微结构阵列；

加工方式二：特制加工工具1上的微细刀具1-1在工件2表面每加工出一个微结构单元，工件2沿y轴方向进给，进给量为m，直至完成第一排微结构单元的加工，之后工件2沿x轴方向进给，进给量为△d，继续加工下一排微结构单元，重复以上动作，即可加工出表面微结构阵列；

（6）工件2表面微结构阵列加工结束后，去除工件2表面的污染物，完成加工。

具体实施方式二：结合图1和图2，详细说明所述的特制加工工具1，其特征是，基体1-2圆周上固定一把或等间距固定多把微细刀具1-1，如金刚石刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具或合金钢刀具，每把微细刀具1-1的刀尖与基体1-2轴心的距离相等，且微细刀具1-1的刀尖在垂直于基体1-2轴心线的同一平面内。

具体实施方式三：结合具体实施方式一中所述的一种表面微结构阵列的加工方法，以及图1、图2、图3和图4，详细说明所述的加工方式一：

（1）当时，相邻两个微结构单元之间会有一段未加工区域，工件2表面形成平凹相间分布的表面微结构阵列；

（2）当时，微细刀具1-1在工件表面产生交叉式加工，工件2表面形成尖状类的表面微结构阵列。

具体实施方式四：结合具体实施方式一中所述的一种表面微结构阵列的加工方法，以及图1、图3和图4，详细说明所述的加工方式二：

（1）当时，工件2表面形成平凹相间分布的表面微结构阵列；

（2）当时，工件2表面形成尖状类的表面微结构阵列。