CN108161487B - 微纳结构加工机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微纳结构加工机床，包括：工件座、与工件座相对设置的刀座、刀具承载盘及刀具，刀座包括轴线沿机床Z轴方向延伸的转轴，刀具承载盘装于转轴端部，工件座可沿着机床Z轴方向移动，刀座可沿着机床X轴方向移动；所述刀具承载盘包括底盘和飞刀盘，底盘装于刀座上并通过刀座实现旋转；所述飞刀盘可拆卸的层叠于底盘上且与底盘同轴；飞刀盘的盘面朝向工件座；所述飞刀盘的盘面上设有至少两个安装调节槽，两个安装调节槽关于飞刀盘的轴心呈中心对称，所述刀具装于一个所述安装调节槽内且凸出飞刀盘的盘面。所述微纳结构加工机床能够实现微纳结构的超精密飞刀切削加工，从而实现某些复杂微纳结构表面的加工。

Description

微纳结构加工机床

技术领域

本发明涉及机械加工设备领域，特别涉及一种微纳结构加工机床。

背景技术

具有微纳结构的光学产品通常要求有较高的面型精度及较低的表面粗糙度，因此需要具有较高加工精度的机床才能满足此类产品的加工需要。传统的超精密车削加工中，工件固定在真空吸盘上，金刚石刀具安置在刀架上，并通过真空吸盘带动工件的旋转与机床的运动配合加工。由于有些复杂微纳结构表面的加工需要飞刀加工，但该机床机构无法实现超精密飞刀铣削加工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微纳结构加工机床，能够满足复杂微纳结构表面的加工需求，从而实现对工件的超精密微纳结构的切削加工。

一种微纳结构加工机床，包括：工件座、与所述工件座相对设置的刀座、刀具承载盘及刀具，所述刀座包括轴线沿机床Z轴方向延伸的转轴，所述刀具承载盘装于所述转轴端部，所述工件座可沿着机床Z轴方向移动，所述刀座可沿着机床X轴方向移动；

所述刀具承载盘包括底盘和飞刀盘，所述底盘装于所述刀座上并通过刀座实现旋转；所述飞刀盘可拆卸的层叠于所述底盘上且与所述底盘同轴；所述飞刀盘的盘面朝向所述工件座；

所述飞刀盘的盘面上设有至少两个安装调节槽，两个所述安装调节槽关于所述飞刀盘的轴心呈中心对称，所述刀具装于一个所述安装调节槽内且凸出所述飞刀盘的盘面。

其中，所述至少两个安装调节槽凹设于所述飞刀盘的盘面并排列成一条经过所述飞刀盘轴心的直线。

其中，多个所述安装调节槽间隔设置且至少排列成一条经过所述飞刀盘轴心的直线，所述刀具装于一个所述安装调节槽内且凸出所述盘面。

其中，所述飞刀盘的盘面上设有第一载刀台和第一配重台，所述第一载刀台和所述第一配重台由所述飞刀盘轴心向外延伸并且关于所述轴心中心对称，所述第一载刀台的表面和所述第一配重台的表面与所述飞刀盘的盘面垂直，数个所述安装调节槽分布于所述第一载刀台的表面和所述第一配重台的表面上。

其中，所述飞刀盘的盘面上设有第二载刀台和第二配重台，所述第二载刀台和所述第二配重台由所述飞刀盘轴心向外延伸并且关于所述轴心中心对称，所述第二载刀台的表面和所述第二配重台的表面与所述飞刀盘的盘面垂直，所述第二载刀台与所述第一载刀台垂直设置，并且所述第二配重台与所述第一配重台垂直设置；所述第二载刀台的表面和所述第二配重台的表面上排布有数个安装所述刀具的所述安装调节槽。

其中，所述飞刀盘还包括配重件，所述配重件装于所述安装调节槽内，并且所述配重件到轴心的距离与配重件的质量的乘积等于刀具到轴心的距离与刀具的质量的乘积。

其中，所述飞刀盘的盘面凹设有两个关于所述飞刀盘轴心中心对称且贯穿所述飞刀盘周缘的开口槽，所述第一载刀台和所述第二载刀台为同一个开口槽的垂直的槽侧壁，所述第二配重台与所述第一配重台为另一个开口槽的垂直的槽侧壁。

其中，所述底盘的周侧面等间距设有多个平衡件，每个所述平衡件到所述飞刀盘周侧面的距离可调节。

其中，所述底盘与所述飞刀盘通过螺钉固定连接，或者通过真空吸附固定。

其中，所述刀具包括刀柄和连接于所述刀柄的切削部；所述切削部叠设于所述刀柄的一端，所述切削部具有背向所述刀柄的第一切削面和第二切削面，所述第一切削面和所述第二切削面呈夹角设置。

其中，所述飞刀盘的盘面上设有凹槽，所述凹槽为经过所述轴心的条形槽，且横贯所述飞刀盘的盘面，多个所述安装调节槽均设于所述凹槽的槽壁上。

本发明的有益效果如下：通过在飞刀盘的表面上设置刀具，以及在与刀座相对位置设置工件座，来设计满足微纳结构加工需求的微纳结构加工机床。利用刀具在飞刀盘的转动和沿X轴方向平移带动下，并配合工件座在Z轴方向上移动来实现对工件的超精密切削加工，从而满足复杂微纳结构的加工需求并提升产品的加工精度。

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，下面将对实施例或现有技术描述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他的附图。

图1是本发明的微纳结构加工机床的结构示意图。

图2是图1的刀具结构示意图。

图3是本发明的第一种实施例的飞刀盘的平面结构示意图。

图4是本发明的第二种实施例的第一种实施方式的飞刀盘的平面结构示意图。

图5是本发明的第二种实施例的第二种实施方式的飞刀盘的平面结构示意图。

图6是本发明的第三种实施例的飞刀盘的平面结构示意图。

图7是本发明的第四种实施例的飞刀盘的结构示意图。

图8是本发明的第四种实施例的飞刀盘的平面结构示意图。

图9是本发明的第五种实施例的飞刀盘的平面结构示意图。

图10是图1底盘的结构示意图。

图11是图1的承载台的结构示意图。

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施方式提供一种微纳结构加工机床100，所述微纳结构加工机床100主要用于在工件的表面加工阵列排布的微纳结构。所述微纳结构为尺寸在微米级或者纳米级的具有一定几何形状的微小结构，如由数条交叉直线槽围成的三棱锥、四棱锥等多棱锥结构或者其它具有一定几何形状的凸起形成的微纳结构。微纳结构加工机床100包括：工件座10、与所述工件座10相对设置的刀座20、刀具承载盘30及刀具40。工件座10可沿着机床Z轴方向移动，刀座20可沿着机床X轴方向移动，刀座20包括轴线沿机床Z轴方向延伸的转轴，刀具承载盘30装于所述转轴端部。刀具承载盘30包括底盘31和飞刀盘32，底盘31装于刀座20上并通过刀座20实现旋转。飞刀盘32可拆卸的层叠于底盘31的盘面上，且与底盘31同轴。飞刀盘32的盘面朝向工件座10。飞刀盘32的盘面上设有至少两个安装调节槽322，两个安装调节槽322关于飞刀盘32的轴心呈中心对称，刀具40装于一个安装调节槽322内凸出飞刀盘32的盘面。

本发明的微纳结构加工机床100通过将刀具40安装在安装调节槽322上，并在刀具承载盘30旋转带动下，以及配合刀具承载盘30在X轴方向移动和安装在工件座10上的工件在Z轴方向的移动下，实现对工件的微纳结构切削加工。由于刀具40在刀具承载盘30的旋转带动下旋转且通过直线移动补刀以实现切削工件，克服了刀具在快刀伺服的振动频率对加工工件尺寸的限制，使得微纳结构加工机床100的刀具40的加工范围扩大。此外，微纳结构加工机床100通过三种运动方式的结合实现刀具40的加工路径，进而实现超精密的微纳结构切削加工。

本发明的第一种实施例，飞刀盘32的盘面凹设有至少两个安装调节槽，并且排列成一条经过飞刀盘32轴心的直线。如图2和图3所示，所述飞刀盘32的盘面凹设有两个安装调节槽322。两个安装调节槽322关于飞刀盘32的轴心呈中心对称。其中一个安装调节槽322用于安装所述刀具40。本实施例中，刀具40包括刀柄41和连接于刀柄41的切削部42。刀具40的切削部42叠设于刀柄41的一端，切削部42具有背向刀柄41的第一切削面421和第二切削面422，第一切削面421和第二切削面422呈夹角设置。通过在刀具40的切削部42上设置第一切削面421和第二切削面422，并呈夹角设置，使得刀具40的切削部42更加的精细，这样有利于微纳结构加工机床100对工件进行微纳结构加工，提高工件的加工精度。所述刀柄41固定于所述安装调节槽322内。刀具40的切削部朝向固定于工件座10上的工件，并伸出安装调节槽322的外部。通过将刀具40固定于飞刀盘32上来实现刀具40对工件的旋转切削。

本实施例中，另一个安装调节槽322用于平衡调节刀具40的重量。具体的，飞刀盘32还包括配重件50，所述配重件50装于所述安装调节槽322内，并且所述配重件50到轴心的距离与配重件50的质量的乘积等于刀具40到轴心的距离与刀具40的质量的乘积。本发明实施例中，配重件50为配重螺钉，且配重件50的重量与刀具40的重量相等。配重螺钉有利于工作人员调节平衡刀具40的重量且方便安装。将刀具40固定于刀具承载盘30上的一安装调节槽322。由于刀具40具有重量，且根据刀具承载盘30转速和刀具40切削速率的增加，容易使得刀具承载盘30的重心发生偏移，影响加工精度。因此，通过在刀具40固定的位置关于轴心对称的安装调节槽322位置上锁持一配重螺钉，使得刀具承载盘30的重心保持平衡且与轴心重合或者接近重合。这样，微纳结构加工机床100的刀具在切削过程中处于动态平衡，从而保证超精密的微纳结构切削加工的精度。在其他实施例中，配重件50也可以为配重螺丝等，且配重件50的重量不一定与刀具40的重量相等，只要保证在刀具承载盘30的重量平衡调节过程中，配重件50到轴心的距离与配重件50的质量的乘积等于刀具40到轴心的距离与刀具40的质量的乘积，使得刀具承载盘30保持平衡。

进一步的，为了更好地调节切削系统的动平衡，底盘31的周侧面等间隔设有多个平衡件34，每个平衡件34到底盘31周侧面的距离可以调节。本实施例中，底盘31的侧面设有一圈等间距设置的多个平衡螺钉，平衡螺钉用以平衡调节底盘31的重心与轴心重合。具体的，当将刀具40固定于刀具承载盘30上安装调节槽322，并通过在关于轴心对称的安装调节槽322位置上锁持一配重件50时，为了进一步使得刀具承载盘30的重心与轴心重合，可通过杠杆原理调节各个平衡螺钉与刀具承载盘30的周侧面的距离。例如，当刀具承载盘30的重心沿着刀座20的正下方偏移时，可通过调节与偏移位置关于飞刀盘32的轴心中心对称的平衡螺钉伸出刀具承载盘30侧面的距离，来使刀具承载盘30的重心与轴心重合。这样便使得微纳结构加工机床100在切削过程中处于动态平衡，从而保证微纳结构的超精密切削加工精度。

本发明的第二种实施例，多个所述安装调节槽间隔设置且至少排列成一条经过所述飞刀盘32轴心的直线，所述刀具装于一个所述安装调节槽内且凸出所述盘面。本实施例的第一种实施方式中，如图4所示，所述飞刀盘32的盘面上设有离轴心不同距离的多个安装调节槽322,并且排列成一条经过飞刀盘32轴心的直线。当将刀具40固定于不同位置的安装调节槽322时，刀具40也将具有离轴心不同的距离，进而在相同转速情况下具有不同的线速度。当刀具承载盘30在旋转主轴的旋转带动下发生旋转，刀具40也相应地发生旋转，这时离轴心不同距离的刀具40可以实现不同大小的工件切割，从而扩大飞刀的切削范围。在相较于通过将工件固定于底盘31上，刀具40固定于工件座10上，微纳结构加工机床100更能够避免刀具40在固定于工件座10时因受到快刀伺服装置振动频率的限制而缩小工件加工的范围。此外，当刀具承载盘30带动刀具40旋转时，刀具40也能够随着刀具承载盘30沿着机床X轴方向平移而平移，从而刀具40的切削路径发生改变，实现任意曲线的切削加工路径，扩大微纳结构加工机床100的应用范围。

本发明的第二种实施例的第二种实施方式，与第一种实施方式不同之处在于：如图5所示，多个安装调节槽322排列成两条垂直设置的经过飞刀盘32轴心的直线。每条直线上设有多个安装调节槽322。刀具40可根据加工工件设计需求装于一条直线上的一个安装调节槽322内，为了保持飞刀盘32在旋转过程中的平衡，位于同一条直线上的安装调节槽322装设有与刀具40通过轴心对称的配重件50。进一步的，为了保证飞刀盘32的重心(盘的中心)与轴心重合，通过调节平衡件34与刀具承载盘30周侧面的距离。

本发明的第三种实施例，多个所述安装调节槽间隔设置且至少排列成一条经过所述飞刀盘轴心的直线，所述刀具装于一个所述安装调节槽内且凸出所述盘面。与上个实施例不同的是所述飞刀盘的盘面上设有第一载刀台和第一配重台，所述第一载刀台和所述第一配重台由飞刀盘轴心向外延伸并且关于所述轴心中心对称，所述第一载刀台的表面和第一配重台的表面与飞刀盘的盘面垂直，数个所述安装调节槽分布于所述第一载刀台的表面和第一配重台的表面上。具体的，如图6所示，飞刀盘32的盘面上设有第一载刀台323和第一配重台324，所述第一载刀台323和所述第一配重台324由飞刀盘32轴心向外延伸并且关于所述轴心中心对称，第一载刀台323的表面和第一配重台324的表面与飞刀盘32的盘面垂直。第一载刀台323的表面与第一配重台324的表面的方向相反。数个安装调节槽322分布于第一载刀台323的表面和第一配重台324的表面上。在其他实施例中，第一载刀台323的表面上的安装调节槽也可以用于安装配重件50，第一配重台324的表面上的安装调节槽322也可以用于安装到刀具40。

具体的，第一载刀台323的表面设有等间距的安装调节槽322，且每个安装调节槽322离轴心的距离呈同等增加。在其他实施例里，安装调节槽322的位置不作限制可根据实际情况灵活设计。第一配重台324的安装调节槽322的位置针对第一载刀台323的安装调节槽322的位置关于飞刀盘32的轴心呈中心对称设置。通过设计等间距的安装调节槽322有助于方便工作人员在进行工件切削过程中精确地调整刀具40的速度，也能够有助于工作人员快速且简便地平衡调节飞刀盘的重心。

其中，第一载刀台323的表面设有等间距的安装调节槽322，且每个安装调节槽322离轴心的距离呈同等增加。具体的，刀具40可拆卸地固定于其中一个安装调节槽322内。第一配重台的安装调节槽322的位置针对第一载刀台323的安装调节槽322的位置关于飞刀盘32的轴心中心对称设置。当将刀具40通过紧固件固定于第一载刀台323安装调节槽322时，在关于轴心对称的第一配重台324的安装调节槽322位置上锁持一配重件50，使得刀具承载盘30的重心位于轴心附近。为了进一步使得刀具承载盘30的重心与轴心重合，可通过杠杆原理调节各个平衡螺钉与刀具承载盘30的周侧面的距离。

由于第一载刀台323的表面设有等间距的安装调节槽322，刀具40也具有离轴心不同的距离。当刀具承载盘30在旋转主轴的旋转带动下发生旋转，刀具40也相应地发生旋转，这时离轴心不同距离的刀具40可以实现大小不同的工件切割，从而扩大飞刀的切削范围，也能够通过调节刀具40离轴心不同距离来控制刀具40的线速度，实现对微纳结构的精确切削。在相较于通过将工件固定于底盘31上，刀具40固定于工件座10上，微纳结构加工机床100更能够避免刀具40在固定于工件座10时因受到振动频率的限制而缩小工件加工的范围。此外，当刀具承载盘30带动刀具40旋转时，刀具40也能够随着刀具承载盘30沿着X轴方向平移而平移。因此通过将刀具40的旋转运动与沿着X轴方向平移相互结合，从而增加刀具40的切削路径，实现曲线切削加工路径，扩大微纳结构加工机床100的应用范围。

本发明的第四种实施例，与本发明的第三种实施例不同之处在于：如图7和图8所示，飞刀盘32的盘面上设有第二载刀台325和第二配重台326，第二载刀台325和第二配重台326由飞刀盘32轴心向外延伸并且关于所述轴心呈中心对称，第二载刀台325的表面和第二配重台326的表面与飞刀盘32的盘面垂直，第二载刀台325与第一载刀台323垂直设置，并且第二配重台326与所述第一配重台324垂直设置；第二载刀台325的表面和第二配重台的表面326上排布有数个安装刀具40的安装调节槽322。其中，第二载刀台325和第一配重台324的表面呈直角相对。第二配重台326和第一载刀台323的表面呈直角相对。

具体的，第二载刀台325的表面设有等间距的安装调节槽322，且每个安装调节槽322离轴心的距离呈同等增加。在其他实施例里，安装调节槽322的位置不作限制可根据实际情况灵活设计。第二配重台326的安装调节槽322的位置针对第二载刀台325的安装调节槽322的位置关于飞刀盘32的轴心呈中心对称设置。通过设计等间距的安装调节槽322有助于方便工作人员在进行工件切削过程中精确地调整刀具40的速度，也能够有助于工作人员快速且简便地平衡调节飞刀盘的重心。

本实施例中，飞刀盘32的盘面凹设有两个关于飞刀盘32轴心呈中心对称且贯穿飞刀盘32周缘的开口槽，第一载刀台323和第二载刀台325为同一个开口槽的垂直的槽侧壁，第二配重台324与第一配重台326为另一个开口槽的垂直的槽侧壁。具体的，所述飞刀盘32的盘面为四个直角扇形区域，其中两个以轴心对称的区域形成扇形开口槽，另外两个区域为凸起。通过将第一载刀台323和第二载刀台325设计为同一个开口槽的垂直的槽侧壁，可以为安装刀具40提供充足的空间，这样有助于方便工作人员快速且简便地安装刀具40，也能够有效平衡调节飞刀盘32的重心。此外，通过将第二配重台324与第一配重台326设计为同一个开口槽的垂直的槽侧壁，可以为安装配重件50提供充足的空间，这样有助于方便工作人员快速且简便地安装刀具40，也能够有效平衡调节飞刀盘32的重心。

第二载刀台325的安装调节槽322装配有刀具40。刀具40上的螺孔411与第二载刀台325的安装调节槽322可以实现对准连接。刀具40的尖端朝向固定于工件座10上的工件，并伸出飞刀盘32的外部。当将刀具40通过紧固件固定于第二载刀台325安装调节槽322时，在关于轴心对称的第二配重台326的安装调节槽322位置上锁持一配重件50，使得刀具承载盘30的重心保持平衡且与轴心重合或者接近重合。为了进一步使得刀具承载盘30的重心与轴心重合，可通过杠杆原理调节各个平衡螺钉与刀具承载盘30的周侧面的距离。

本发明的第五种实施例，与本发明的第四种实施例不同之处在于：如图9所示，飞刀盘32的盘面上设有凹槽33，凹槽33为经过所述轴心的条形槽，且横贯飞刀盘32的盘面，多个所述安装调节槽322均设于所述凹槽33的槽壁上。具体的，条形槽包括第一载刀台323、第一配重台324、第二载刀台325及第二配重台326。第一载刀台323的表面、第一配重台324的表面、第二载刀台325表面及第二配重台326的表面均与飞刀盘32的盘面垂直，第一载刀台323与第二载刀台325相对平行设置，并且第一配重台324与第二配重台326相对平行设置。在其他实施例中，飞刀盘32的盘面上也可设有凸台，凸台为经过所述轴心的条形凸台，且横贯飞刀盘32的盘面，多个所述安装调节槽322均设于所述凸台的侧壁上。具体可以根据实际情况灵活设置。

第一载刀台323及第二载刀台325的表面设有等间距的安装调节槽322。在其他实施例里，安装调节槽322的位置不作限制可根据实际情况灵活设计。第一配重台324及第二配重台326的安装调节槽322的位置分别与第一载刀台323及第二载刀台325的安装调节槽322的位置关于飞刀盘32的轴心呈中心对称设置。通过设计等间距的安装调节槽322有助于方便工作人员在进行工件切削过程中精确地调整刀具40的线速度，也能够有助于工作人员快速且简便地平衡调节飞刀盘的重心。

第一载刀台323及第二载刀台325的安装调节槽322可用于装配刀具40。刀具40上的螺孔411与第二载刀台325的安装调节槽322可以实现对准连接。刀具40的尖端朝向固定于工件座10上的工件，并伸出飞刀盘32的外部。当将刀具40通过紧固件固定于第二载刀台325安装调节槽322时，并考虑在配重件50与刀具40的重量一致时，在关于轴心对称的第二配重台326的安装调节槽322位置上锁持一配重件50，使得刀具承载盘30的重心保持平衡且与轴心重合或者接近重合。为了进一步使得刀具承载盘30的重心与轴心重合，可通过杠杆原理调节各个平衡螺钉与刀具承载盘30的周侧面的距离。

本实施例通过在飞刀盘32的盘面上设有横贯飞刀盘32的盘面的条形槽。并在条形槽内将刀具40安装在不同等间距的安装调节槽322内，来实现对不同大小的工件进行切削加工，从而扩大飞刀的切削范围。在相较于通过将工件固定于底盘31上，刀具40固定于工件座10上，微纳结构加工机床100更能够避免刀具40在固定于工件座10时因受到快刀伺服振动频率的限制而缩小工件加工的范围。此外，当刀具承载盘30带动刀具40旋转时，刀具40也能够随着刀具承载盘30沿着机床X轴方向平移而平移，从而刀具40的切削路径发生改变，实现曲面切削加工，扩大微纳结构加工机床100的应用范围。

如图10所示，本实施例中，刀具承载盘30包括底盘31与飞刀盘32，底盘31与飞刀盘32可拆卸连接，底盘31与刀座20配合并可带动飞刀盘32转动。飞刀盘32与固定于承载台12的工件相对设置。当底盘31或飞刀盘32长期使用使得底盘31或飞刀盘32的表面产生缺损，或者不能运行，可以方便工作人员进行替换，从而有效提高微纳结构加工机床100的性能维护。本实施例中，飞刀盘32的表面周缘设有一圈等间距的第二螺孔321，底盘31的表面周缘也设有一圈与第二螺孔321相对应的等间距的第三螺孔311，第二螺孔321与第三螺孔311对准，并通过螺钉或者螺丝使底盘31与飞刀盘32相互平行锁紧。此外，通过设置一圈等间距的第二螺孔321可以避免刀具承载盘30的重心发生偏移。在其他实施例中，底盘31和飞刀盘32上的第二螺孔321与第三螺孔311的位置不作限定。例如，飞刀盘32的表面周缘设有4个第二螺孔321，第二螺孔321以轴心为中心，呈正方形分布。

底盘31的轴向面上设有多个连接件及等间距排布的多个固定孔312，多个连接件一对一地穿设于多个固定孔312中，以将底盘31装配在刀座20上。本实施例中，底盘31的表面上设有一圈等间距的多个固定孔312，每个固定孔312可装有一个连接件，用于将底盘31装配在刀座20上。所述连接件可以为螺钉、螺丝、销钉或者卡持件。这样，刀具承载盘30便紧密地固定于刀座20上。因此，当刀座20沿着机床X轴方向上平移，也将精确地带动刀具承载盘30沿着机床X轴方向的平移。当旋转主轴在电机的旋转带动下，刀具承载盘30也能够在旋转主轴的旋转带动下精确地旋转。所述刀具承载盘30以Z轴为旋转主轴可顺时针发生旋转也可逆时针发生旋转，以满足不同工件的加工需求。底盘31表面上的固定孔312的位置可以根据实际情况灵活设计，本发明不作限制。在其他实施例里，底盘31与飞刀盘32也可以通过真空吸附实现固定。当在切削加工过程中，由于底盘31与飞刀盘32通过真空吸附紧密固定可以方便刀具承载盘30的拆卸以及保证刀具40在切削过程中更加稳定，进一步提高加工精度，从而实现微纳结构加工。

如图1和图11所示，工件座10可实现在Z轴方向上自动化地精确平移。工件座10包括第一移动平台11和固定于第一移动平台11的承载台12。第一移动平台11在所述Z轴方向上平移并带动承载台12在所述Z轴方向上精确平移。承载台12用于固定工件。本实施例里，承载台12包括一支撑面121，所述工件放置于支撑面121上，并通过螺丝、螺钉或者固定胶固定于承载面121上，避免工件在切削加工过程中发生移动或者晃动，从而影响工件加工的面型精度。在其他实施例里，承载台12还包括夹持件及沿机床Y轴方向移动的高度调节装置。当需要对工件进行加工时，通过控制夹持件的平移，使得工件的侧面夹持于夹持件上。当对工件完成加工时，通过控制夹持件的平移，松开夹持于工件上的夹持件。利用承载台12的夹持件，可以使得工件更加牢固地固定于承载台12上，避免工件在切削加工过程中发生移动或者晃动，从而影响工件的加工精度。当需要对工件进行不同高度的切削时，也可通过高度调节装置准确调节工件的高度，以提高工件的加工精度。

如图1所示，所述刀座20能够沿机床X轴方向(图中所示的前后方向)进行移动。所述X轴方向包括X轴正方向及X轴负方向。本实施例中，所述X轴正方向为图1所示的朝前的方向，所述X轴负方向为图1所示的朝后的方向。所述工件座10能够沿机床Z轴方向移动，所述Z轴方向包括Z轴正方向及Z轴负方向。本实施例中，所述Z轴正方向为图1所示的朝右的方向，所述Z轴负方向为图1所示的朝左的方向。

与工件座10相对设置的刀座20可实现在X轴方向上自动化地精确平移。本实施例中，X轴方向与Z轴方向正交。这样方便于工作人员准确控制刀座20与工件座10的移动精度，确保在切削过程中能够切削出满足微纳结构精度要求的工件。刀座20包括第二移动平台21和固定于第二移动平台21的刀具承载架22。第二移动平台21在所述X轴方向上平移并带动刀具承载架22在所述X轴方向上精确平移。由于所述X轴方向与所述Z轴方向在同一个水平面上，使得微纳结构加工机床100可以对工件在Z轴方向和X轴方向实现微纳结构加工。本实施例里，刀具承载架22包括一旋转主轴和驱动旋转主轴旋转的电机。所述旋转主轴的方向与所述X轴方向垂直并与Z轴平行。所述电机旋转可带动旋转主轴发生旋转。旋转主轴可顺时针发生旋转也可逆时针发生旋转，以满足不同工件的加工需求。在其他实施例里，也可以通过驱动马达或者其他驱动装置驱动所述旋转主轴旋转。所述电机通过设置旋转时间及旋转角速度精确地带动旋转主轴发生旋转。这样刀座20既可以实现在X轴方向上移动，又可以通过驱动装置带动旋转主轴发生旋转，可配合出任意曲线刀具路径。

由此，本发明实施例的微纳结构加工机床100，通过在刀座20可转动地连接上刀具承载盘30，并在刀具承载盘30的表面上设置刀具40，以及与刀座20相对设置的工件座10上装夹工件，使得刀具40在刀具承载盘30的转动和沿着X轴方向平移带动下及配合工件在Z轴方向的移动下来对工件进行飞刀切削，从而实现工件表面的微纳结构加工。由于刀具40在刀具承载盘30的旋转带动下旋转切削工件，克服了刀具在快刀伺服的振动频率对加工工件范围的限制，使得微纳结构加工机床100的刀具40的加工范围扩大，并且微纳结构加工机床100通过三种运动方式的结合实现大面积复杂微纳结构的超精密切削加工。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种微纳结构加工机床，其特征在于，包括：工件座、与所述工件座相对设置的刀座、刀具承载盘及刀具，所述刀座包括轴线沿机床Z轴方向延伸的转轴，所述刀具承载盘装于所述转轴端部，所述工件座可沿着机床Z轴方向移动，所述刀座可沿着机床X轴方向移动；

所述刀具承载盘包括底盘和飞刀盘，所述底盘装于所述刀座上并通过刀座实现旋转；所述飞刀盘可拆卸的层叠于所述底盘上且与所述底盘同轴；所述飞刀盘的盘面朝向所述工件座；

所述飞刀盘的盘面上设有至少两个安装调节槽，两个所述安装调节槽关于所述飞刀盘的轴心呈中心对称，所述刀具装于一个所述安装调节槽内且凸出所述飞刀盘的盘面，所述刀具在所述刀具承载盘旋转带动下，并配合所述刀座沿着机床X轴方向移动与所述工件座沿着机床Z轴方向移动，以实现对工件的微纳结构切削加工。

2.根据权利要求1所述的微纳结构加工机床，其特征在于，所述至少两个安装调节槽凹设于所述飞刀盘的盘面并排列成一条经过所述飞刀盘轴心的直线。

3.根据权利要求1所述的微纳结构加工机床，其特征在于，多个所述安装调节槽间隔设置且至少排列成一条经过所述飞刀盘轴心的直线，所述刀具装于一个所述安装调节槽内且凸出所述盘面。

4.根据权利要求3所述的微纳结构加工机床，其特征在于，所述飞刀盘的盘面上设有第一载刀台和第一配重台，所述第一载刀台和所述第一配重台由所述飞刀盘轴心向外延伸并且关于所述轴心中心对称，所述第一载刀台的表面和所述第一配重台的表面与所述飞刀盘的盘面垂直，数个所述安装调节槽分布于所述第一载刀台的表面和所述第一配重台的表面上。

5.根据权利要求4所述的微纳结构加工机床，其特征在于，所述飞刀盘的盘面上设有第二载刀台和第二配重台，所述第二载刀台和所述第二配重台由所述飞刀盘轴心向外延伸并且关于所述轴心中心对称，所述第二载刀台的表面和所述第二配重台的表面与所述飞刀盘的盘面垂直，所述第二载刀台与所述第一载刀台垂直设置，并且所述第二配重台与所述第一配重台垂直设置；所述第二载刀台的表面和所述第二配重台的表面上排布有数个安装所述刀具的所述安装调节槽。

6.根据权利要求1-5任一项所述的微纳结构加工机床，其特征在于，所述飞刀盘还包括配重件，所述配重件装于所述安装调节槽内，并且所述配重件到轴心的距离与配重件的质量的乘积等于刀具到轴心的距离与刀具的质量的乘积。

7.根据权利要求5所述的微纳结构加工机床，其特征在于，所述飞刀盘的盘面凹设有两个关于所述飞刀盘轴心中心对称且贯穿所述飞刀盘周缘的开口槽，所述第一载刀台和所述第二载刀台为同一个开口槽的垂直的槽侧壁，所述第二配重台与所述第一配重台为另一个开口槽的垂直的槽侧壁。

8.根据权利要求1-5任一项所述的微纳结构加工机床，其特征在于，所述底盘的周侧面等间距设有多个平衡件，每个所述平衡件到所述飞刀盘周侧面的距离可调节。

9.根据权利要求6所述的微纳结构加工机床，其特征在于，所述刀具包括刀柄和连接于所述刀柄的切削部；所述切削部叠设于所述刀柄的一端，所述切削部具有背向所述刀柄的第一切削面和第二切削面，所述第一切削面和所述第二切削面呈夹角设置。

10.根据权利要求1所述的微纳结构加工机床，其特征在于，所述飞刀盘的盘面上设有凹槽，所述凹槽为经过所述轴心的条形槽，且横贯所述飞刀盘的盘面，多个所述安装调节槽均设于所述凹槽的槽壁上。