非回转对称微结构金刚石切削技术研究

论文摘要

近年来,非回转对称微结构表面的应用范围越来越广泛,无论在现代国防科技领域还是在普通工业领域的需求都越来越紧迫。非回转对称微结构,作为微结构表面其中的一类,相对于其他微结构有着更为复杂的面形结构,这类零件无法使用传统的切削加工方法进行加工。快速刀架伺服加工技术具有高频率响应、高定位精度等特点,使其成为非回转对称微结构加工的一种有效方法。而对于线性V槽微结构和由多条线性V槽相交形成的微结构阵列等非回转对称微结构,飞刀切削加工技术又具有其他金刚石加工方法无法比拟的优势。本文针对典型的非回转对称微结构,分析研究了快速刀架伺服加工和飞刀切削加工两种加工技术。首先分析了快速刀架伺服加工和飞刀切削加工技术对金刚石刀具的要求,提出了刀具几何参数设计原则,并结合典型微结构特征尺寸,设计了金刚石刀具,并对刃磨好的刀具进行了检测。其次,依据快速刀架伺服加工的特点,规划了加工过程中的刀具轨迹,提出了两种轨迹生成方式:等角度法和等弧长法,并在此基础上完成了快速刀架伺服加工非回转对称微结构的切削实验。此外,根据飞刀切削加工原理,分析了刀具安装与对正的重要性,以及各个切削参数的选择,进行了飞刀切削加工实验,并对实验结果进行了讨论。最后,分析了各种表面表征和评价方法的优缺点,据此提出应用功率谱密度(PSD)进行微结构表面评价的原因,并应用PSD对试验加工的微结构表面进行了评价。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 非回转对称微结构金刚石切削加工的国内外研究现状
• 1.2.1 非回转对称微结构切削加工方式
• 1.2.2 非回转对称微结构快速刀架伺服加工的研究现状
• 1.2.3 非回转对称微结构飞刀切削加工的研究现状
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 第2章 金刚石刀具的设计与制备
• 2.1 引言
• 2.2 金刚石刀具切削部分的几何形状
• 2.2.1 刀头形式
• 2.2.2 刀具几何参数
• 2.3 快速刀架伺服加工非回转对称微结构的刀具设计
• 2.4 飞刀切削加工非回转对称微结构的刀具设计
• 2.4.1 金刚石飞刀切削加工的刀具要求
• 2.4.2 金刚石飞刀的几何参数设计
• 2.5 金刚石刀具的定向
• 2.6 金刚石刀具的固定方式
• 2.7 金刚石刀具的检测
• 2.8 本章小结
• 第3章 金刚石快速刀架伺服加工实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 快速刀架伺服加工的轨迹规划
• 3.2.1 非回转对称微结构加工的特点
• 3.2.2 快速刀架伺服加工的加工原理
• 3.2.3 快速刀架伺服加工的刀具轨迹生成
• 3.2.4 刀尖圆弧半径补偿
• 3.3 快速刀架伺服加工实验
• 3.3.1 快速刀架伺服加工机床
• 3.3.2 加工参数的选择
• 3.3.3 实验结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 金刚石飞刀切削加工实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 飞刀切削加工的轨迹规划
• 4.2.1 加工对象的特征分析
• 4.2.2 飞刀切削加工的加工原理
• 4.2.3 飞刀切削加工的刀具轨迹规划
• 4.3 金刚石飞切加工实验
• 4.3.1 超精密切削机床
• 4.3.2 刀具安装与对正
• 4.3.3 加工参数的选择
• 4.3.4 加工结果讨论
• 4.4 本章小结
• 第5章 微结构表面质量的功率谱密度评价
• 5.1 引言
• 5.2 微结构表面质量评价方法分析
• 5.3 三维空间表面的PSD 数值计算
• 5.4 微结构表面的PSD 表征实验研究
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢