基于探针轨迹运动的微加工装置建立及实验研究

摘要

微流控芯片由于其具有体积小、集成化高及分析速度快等优点,在医学、生物、化学等领域中表现出了极大的发展潜力,发展成为了机械、生物、化学等交叉学科的崭新研究领域。微流控芯片的制造也成为各大学者的研究方向。微流控芯片由微通道单元组成,而微通道尺寸小,一般在微米级,应用普通加工方法难以加工。目前加工微通道的主要方法如微铣削加工、振动辅助铣削加工、光刻技术及基于探针轨迹运动加工方法等都存在着一些缺点,如受刀具尺寸限制、刀具磨损较严重、无法加工复杂三维结构、针尖磨损、加工范围较小等,这些都制约着成为先进的微通道加工技术。因此,建立一套有效、可靠的微通道加工装置就变得尤为重要。本文将主要从以下三方面进行研究分析。
　　首先,设计并建立一套微沟槽加工装置;利用C++语言对软件部分进行编程,实现加工自动化;对微动工作台的两种放置形式进行轨迹验证实验;利用所搭建装置进行微沟槽加工实验,验证系统加工可行性。
　　其次,应用前人理论模型对微沟槽加工过程中的切削厚度进行理论计算,对加工过程中切削力进行计算,并与通过测力仪将实际加工中测得的切削力进行比较,进行单因素实验,分析了切削力的变化对微沟槽表面粗糙度的影响;对比分析了两种不同针尖的微沟槽加工结果。
　　最后,进行微沟槽加工工艺实验,分析了开环、闭环微沟槽加工质量好坏;对微沟槽加工方式提出了改进;进行微沟槽正交试验,得出最优工艺参数组合;进行单侧进给及往复进给两种进给方式的微沟槽实验,得出最佳进给方式及进给量;利用得到的最好加工方式及最优参数组合进行平面铣削运动,并在铣削平面上进行微结构加工。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2国内外在微结构加工方向的研究现状及分析

1.3 本文的主要研究内容

第2章 微加工系统装置的研制

2.1 引言

2.2 系统的组成和加工原理

2.3 控制系统的软硬件设计

2.4 针尖运动轨迹验证试验

2.5 本章小结

第3章 探针轨迹运动微加工理论分析及实验

3.1 引言

3.2 未变形切削厚度确定

3.3 材料完全去除条件

3.4 切削力理论计算

3.5 切削力信号的采集与分析

3.6 理论切削力及实际测得切削力对比

3.7 切削力及已加工表面粗糙度试验研究

3.8 圆锥针尖及三棱锥针尖加工结果对比分析

3.9 本章小结

第4章 微沟槽加工工艺实验研究

4.1 引言

4.2 微动台开环闭环控制实验

4.3 单次加工与往复加工实验分析

4.4 往复加工中圆锥针尖及三棱锥针尖沟槽加工结果对比

4.5 微沟槽正交实验研究

4.6 带进给的微沟槽加工实验研究

4.7 微结构加工

4.8 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢