金属表面高深宽比柱状微纳织构的高效加工装置和方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116021229A(43)申请公布日2023.04.28(21)申请号202310118836.0(22)申请日2023.01.31(71)申请人清华大学地址100084北京市海淀区清华园1号(72)发明人王健健张建富郑中鹏冯平法吴志军郁鼎文李志伟(74)专利代理机构北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)11201专利代理师黄德海(51)Int.Cl.B23P9/00(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图8页(54)发明名称金属表面高深宽比柱状微纳织构的高效加工装置和方法(57)摘要本发明公开了一种金属表面高深宽比柱状微纳织构的高效加工装置和方法，金属表面高深宽比柱状微纳织构的高效加工装置包括：基座；转接件，转接件具有三个连接肢；振动块，振动块上连接有三个挠性铰链；三个压电堆栈，第一压电堆栈的轴向垂直于第二压电堆栈的轴向且垂直于第三压电堆栈的轴向；刀具，刀具安装在振动块上，刀具适于在第一压电堆栈和第二压电堆栈的驱动下进行椭圆轨迹运动。根据本发明实施例的金属表面高深宽比柱状微纳织构的高效加工装置，具有加工效率高、成本低、加工效果好、无污染等优点。CN116021229ACN116021229A权利要求书1/2页1.一种金属表面高深宽比柱状微纳织构的高效加工装置，其特征在于，包括：基座；转接件，所述转接件安装在所述基座上，所述转接件具有三个连接肢，三个所述连接肢分别为第一连接肢、第二连接肢和第三连接肢；振动块，所述振动块为立方体状，所述振动块上连接有三个挠性铰链，三个所述挠性铰链分别为第一挠性铰链、第二挠性铰链和第三挠性铰链，所述第一挠性铰链、所述第二挠性铰链和所述第三挠性铰链分别连接在所述振动块不相对的三个表面上；三个压电堆栈，所述三个压电堆栈分别为第一压电堆栈、第二压电堆栈和第三压电堆栈，所述第一压电堆栈分别与所述第一连接肢和所述第一挠性铰链相连，所述第二压电堆栈分别与所述第二连接肢和所述第二挠性铰链相连，所述第三压电堆栈分别与所述第三连接肢和所述第三挠性铰链相连，所述第一压电堆栈的轴向垂直于所述第二压电堆栈的轴向且垂直于所述第三压电堆栈的轴向；刀具，所述刀具安装在所述振动块上且位于所述第一挠性铰链相对的表面与所述第二挠性铰链相对的表面的连接处，所述刀具适于在所述第一压电堆栈和所述第二压电堆栈的驱动下进行椭圆轨迹运动。2.根据权利要求1所述的金属表面高深宽比柱状微纳织构的高效加工装置，其特征在于，所述第一挠性铰链、所述第二挠性铰链和所述第三挠性铰链与所述振动块一体形成。3.根据权利要求1所述的金属表面高深宽比柱状微纳织构的高效加工装置，其特征在于，每个所述挠性铰链包括连接段和挠性段，所述连接段与压电堆栈相连且所述挠性段与所述振动块相连，所述挠性段上设有沿所述挠性段周向延伸的挠性环槽。4.根据权利要求3所述的金属表面高深宽比柱状微纳织构的高效加工装置，其特征在于，每个所述挠性段设有两个轴向相互垂直的挠性孔且两个所述挠性孔的轴向均垂直于所在挠性铰链长度方向。5.根据权利要求1所述的金属表面高深宽比柱状微纳织构的高效加工装置，其特征在于，每个所述压电堆栈包括多个压电片和多个电极片，多个所述压电片和多个所述电极片在所述压电堆栈的轴向上交替叠置。6.根据权利要求1所述的金属表面高深宽比柱状微纳织构的高效加工装置，其特征在于，所述振动块上设有减重孔。7.根据权利要求1所述的金属表面高深宽比柱状微纳织构的高效加工装置，其特征在于，所述振动块上所述第一挠性铰链相对的表面与所述第二挠性铰链相对的表面的连接处设有刀具安装座，所述刀具安装在所述刀具安装座上。8.一种金属表面柱状微纳织构加工方法，利用根据权利要求1‑7中任一项所述的金属表面高深宽比柱状微纳织构的高效加工装置，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据所要加工的微纳织构的深度和在进给方向上的间隔计算每个所述压电堆栈的输入信号的振幅、每两个所述压电堆栈的输入信号的相位差、所述金属表面高深宽比柱状微纳织构的高效加工装置与待加工零件在进给方向上的相对运动速度和所述刀具与所述待加工零件之间的夹角；S2、按照获得的每个所述压电堆栈的输入信号的振幅、每两个所述压电堆栈的输入信号的相位差、所述金属表面高深宽比柱状微纳织构的高效加工装置与待加工零件在进给方2CN116021229A权利要求书2/2页向上的相对运动速度和所述刀具与所述待加工零件之间的夹角对所述待加工零件进行加工。9.根据权利要求8所述的金属表面柱状微纳织构加工方法，其特征在于，在步骤S1中至少包括：根据所要加工的微纳织构的深度计算所述椭圆轨迹运动的长半轴长度、所述椭圆轨迹运动的短半轴长度，根据所述椭圆轨迹运动的长半轴长度和所述椭圆轨迹运动的短半轴长度计算所述第一压电堆