微结构表面的金刚石铣削加工研究

论文摘要

超精密加工技术在微结构功能表面中加工体现出广阔的应用前景,尤其是在微结构光学元件的加工中,单晶金刚石超精密加工技术能够加工真正的微三维结构,且成形精度高;而单晶金刚石铣削技术在加工微透镜阵列和大深宽比微结构中也有其它加工方式无法替代的优势。本文首先介绍了金刚石半圆弧球头铣刀的设计,在Nanosys-300非球曲面超精密复合加工系统上用此铣刀对PC、LY12和T3铜进行了球形腔和球面凹槽工艺实验并对铣削力进行了测量。对加工后的微结构、切屑和刀具进行了扫描电子显微镜检测,并对微结构表面粗糙度进行了激光共聚焦扫描显微镜（LSCM）检测。其次,分别将铣削条件、铣削参数、刀具等对球形腔和球面凹槽微结构表面质量的影响做了分析。通过正交实验得到的铣削力值,使用回归分析方法建立了经验公式,并利用该公式分析比较了多种参数对球形腔铣削力的影响。分析了铣削球面凹槽时铣削力的变化情况及影响因素。最后对金刚石圆弧刃刀具的磨损机理进行了研究,并对实验中应用的金刚石刀具的形貌进行了具体分析。分析了刀具磨损对微结构精度的产生的影响。本文通过实验研究了球形腔和球面凹槽微结构的金刚石超精密铣削工艺,分析了加工这两种微结构时的影响因素和产生的铣削力的变化规律,总结了金刚石圆弧刃刀具的磨损机理及其影响因素,这些结论为完善微结构功能表面的金刚石超精密加工工艺积累了经验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题来源及研究意义
• 1.3 国内外微结构表面金刚石切削技术的发展现状
• 1.4 微结构表面金刚石超精密铣削加工综述
• 1.5 课题研究内容
• 第2章 金刚石铣削加工及粗糙度检测分析
• 2.1 引言
• 2.2 实验设备及实验条件
• 2.2.1 机床
• 2.2.2 刀具的设计
• 2.2.3 加工材料
• 2.2.4 加工环境
• 2.2.5 检测设备
• 2.3 实验加工过程
• 2.3.1 加工原理
• 2.3.2 对刀
• 2.4 粗糙度的影响因素
• 2.4.1 铣削条件对粗糙度的影响
• 2.4.2 其它因素对粗糙度的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 金刚石铣削加工过程中铣削力的研究
• 3.1 引言
• 3.2 金刚石半圆弧铣刀受力分析
• 3.3 实验方案
• 3.3.1 实验台的搭建
• 3.3.2 实验方案的设计
• 3.3.3 实验结果
• 3.4 基于LY12 材料的球面球形腔铣削力经验公式建立与分析
• 3.4.1 经验公式的建立
• 3.4.2 经验公式的有效性验证
• 3.5 铣削力的影响因素
• 3.5.1 铣削参数对力的影响
• 3.5.2 材料对铣削力的影响
• 3.5.3 铣削液对铣削力的影响
• 3.5.4 积屑瘤对铣削力的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 金刚石圆弧刃铣削刀具磨损分析
• 4.1 引言
• 4.2 金刚石圆弧刃刀具的磨损和破损机理
• 4.3 金刚石铣刀磨损分析
• 4.3.1 金刚石铣刀刃口的磨损
• 4.3.2 金刚石铣刀前刀面的磨损
• 4.3.3 金刚石铣刀的破损
• 4.4 金刚石铣刀磨损对粗糙度的影响
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢