兩自由度快速刀具伺服加工技術研究
發(fā)布時間：2021-08-20 11:22
光學自由曲面、微結構功能表面和脆性材料由于其優(yōu)異的機械,光學,物理和化學性能而廣泛應用于精密工程,光學儀器,半導體,航空航天,汽車,醫(yī)療設備,國防和軍事等領域�？焖俚毒咚欧‵ast Tool Servo,FTS）金剛石車削技術由于其高精度、高靈活性和高效率等優(yōu)點已經成為加工光學自由曲面、微結構功能表面和脆性材料的一種有前景的技術。這種加工技術已經引起了越來越多的關注,并在過去幾十年中被大力研究。因此,本文針對FTS加工技術開展了深入的理論研究。首先開發(fā)了一種新型的FTS裝置,提高了FTS切削系統(tǒng)的加工性能,從而擴展了FTS切削技術在生成光學自由曲面和在脆性材料上生成微結構表面的應用領域。然后結合本文所開發(fā)的FTS切削裝置探究了脆性材料延性加工機理,并進行了單晶硅刻劃加工實驗,驗證所開發(fā)FTS裝置加工脆性材料的可行性。本文主要研究內容包括:（1）開發(fā)了一種具有高頻率、低耦合的壓電驅動兩自由度FTS裝置。主要結構包括柔性機構主體、壓電驅動器、金剛石刀具、預緊楔形塊、預緊螺釘。采用了一種高剛度的四桿機構來實現沿z軸方向的運動。另外,采用了柔性軸承鉸鏈,并利用繞柔性軸承鉸鏈的微旋轉運動實現沿...
【文章來源】：長春工業(yè)大學吉林省
【文章頁數】：84 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
FTS車削加工原理示意圖[4]
第1章緒論2光學效率。因此，該系統(tǒng)具有降低成本，簡化系統(tǒng)結構，提高光學性能，擴大視野和提高分辨率的優(yōu)勢[6]。這些表面已被廣泛用于民用，軍事和太空探索領域[7][8]。圖1.2顯示了光學自由曲面的一些應用。這些自由曲面構成了光學表面的革命性一代，但是它們要求極高的加工制造精度。關于光學自由曲面的FTS車削加工技術已經成為多年來諸多學者的研究熱點。（a）汽車尾燈[9]（b）寶麗來SX-70相機[10]（c）詹姆斯太空望遠鏡[11]（d）夜視頭盔顯示器（HMD）[12]圖1.2光學自由曲面的應用微結構功能表面（Micro-StructuredFunctionalSurface，MSFS）具有高的空間頻率和復雜性特征，空間結構尺度更小，特征尺寸一般在微米級或亞微米級。隨著MSFS的應用領域越來越廣泛，國內外諸多學者已經將FTS車削技術應用到MSFS的加工當中，尤其是微棱鏡，微透鏡陣列，正弦網格，復眼結構，衍射光學元件（DiffractiveOpticalElements，DOE），菲涅耳微結構，V形槽和F-θ透鏡。近年來，例如光學玻璃，晶體硅，碳化鎢（WC），鍺，氮化硅，高級陶瓷和陶瓷基復合材料等脆性材料由于其高硬度，低密度，高熱量，耐磨性好以及高化學穩(wěn)定性等優(yōu)越的性能而廣泛應用于精密工程，光學儀器，半導體，航空航天，汽車，醫(yī)療設備，國防和軍事等行業(yè)[13]。例如，由于優(yōu)異的光學性能和高化學穩(wěn)定性，光學玻璃是制造包括棱鏡，透鏡，反射鏡和窗戶在內的光學儀器關鍵部件的重要原材料。它也是信息技術的基礎材料，因此在光傳輸，存儲和顯示領域得
第1章緒論3到了廣泛的應用[14]。藍寶石作為一種典型的高級陶瓷，由于具有高強度，良好的透光性和高抗風蝕性[15]，因此經常應用于許多高科技領域，例如紅外夜視設備，高速整流罩的窗口，微電子基板等。此外，以SiC陶瓷為代表的陶瓷基復合材料已成為在核能，能源，軍事，航空航天和運輸行業(yè)等領域的戰(zhàn)略性結構材料。陶瓷基復合材料具有優(yōu)異的物理和機械性能，結合了高強度，硬度和耐熱性的陶瓷特性以及由于纖維增強而具有的高韌性，從而提高了產品在沖擊載荷下的安全系數[16]。在這些脆性材料中，由于其獨特的光學功能，優(yōu)異的光捕獲性能和較高的光電轉換效率，單晶硅微結構的制造引起了先進紅外（IR）光學，太陽能電池和光電行業(yè)各種應用的廣泛關注[17-19]。例如，與光滑表面相比，單晶硅的微結構化表面大大提高了太陽能電池的光電轉換效率[20]。單晶硅的微透鏡陣列可以實現先進紅外光學系統(tǒng)的集成和最小化[21]。如圖1.3展示了脆性材料的應用領域。（a）卡塞格林望遠鏡（b）夜視頭盔顯示器（c）單體碳化硅反射鏡（d）太陽能電池板圖1.3脆性材料的應用領域高科技的飛速發(fā)展對脆性材料的加工質量和加工效率提出了越來越高的要求[22]。然而，脆性材料具有高硬度、低斷裂韌性和可加工性差等特點，這種固有的缺陷給在脆性材料上實現無裂紋、無損傷和高精度的加工制造帶來了巨大的挑戰(zhàn)。FTS金剛石切削技術由于其高精度、高靈活性和高效率等優(yōu)點被廣泛認為是能夠在脆性材料上有效地生成微結構的一種有前景的技術[23-25]。目前諸多學者已經對FTS的金剛石車削技術做出了大量的研究，并且取得
【參考文獻】：
博士論文
[1]利用快速刀具伺服車削光學自由曲面的研究[D]. 劉強.吉林大學 2012
碩士論文
[1]基于NI控制器的單自由度快速刀具伺服裝置設計與控制[D]. 任萬飛.長春工業(yè)大學 2017
[2]兩自由度快速刀具伺服裝置的服役性能研究[D]. 桂堂軍.吉林大學 2017
[3]自由曲面伺服車削切削力測量及裝置研制[D]. 謝曉麟.吉林大學 2015
[4]散射抑制車削新方法及裝置研究[D]. 朱志偉.吉林大學 2013
[5]一種新型快速刀具伺服裝置及其性能研究[D]. 劉強.吉林大學 2009
本文編號：3353410
【文章來源】：長春工業(yè)大學吉林省
【文章頁數】：84 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
FTS車削加工原理示意圖[4]
第1章緒論2光學效率。因此，該系統(tǒng)具有降低成本，簡化系統(tǒng)結構，提高光學性能，擴大視野和提高分辨率的優(yōu)勢[6]。這些表面已被廣泛用于民用，軍事和太空探索領域[7][8]。圖1.2顯示了光學自由曲面的一些應用。這些自由曲面構成了光學表面的革命性一代，但是它們要求極高的加工制造精度。關于光學自由曲面的FTS車削加工技術已經成為多年來諸多學者的研究熱點。（a）汽車尾燈[9]（b）寶麗來SX-70相機[10]（c）詹姆斯太空望遠鏡[11]（d）夜視頭盔顯示器（HMD）[12]圖1.2光學自由曲面的應用微結構功能表面（Micro-StructuredFunctionalSurface，MSFS）具有高的空間頻率和復雜性特征，空間結構尺度更小，特征尺寸一般在微米級或亞微米級。隨著MSFS的應用領域越來越廣泛，國內外諸多學者已經將FTS車削技術應用到MSFS的加工當中，尤其是微棱鏡，微透鏡陣列，正弦網格，復眼結構，衍射光學元件（DiffractiveOpticalElements，DOE），菲涅耳微結構，V形槽和F-θ透鏡。近年來，例如光學玻璃，晶體硅，碳化鎢（WC），鍺，氮化硅，高級陶瓷和陶瓷基復合材料等脆性材料由于其高硬度，低密度，高熱量，耐磨性好以及高化學穩(wěn)定性等優(yōu)越的性能而廣泛應用于精密工程，光學儀器，半導體，航空航天，汽車，醫(yī)療設備，國防和軍事等行業(yè)[13]。例如，由于優(yōu)異的光學性能和高化學穩(wěn)定性，光學玻璃是制造包括棱鏡，透鏡，反射鏡和窗戶在內的光學儀器關鍵部件的重要原材料。它也是信息技術的基礎材料，因此在光傳輸，存儲和顯示領域得
第1章緒論3到了廣泛的應用[14]。藍寶石作為一種典型的高級陶瓷，由于具有高強度，良好的透光性和高抗風蝕性[15]，因此經常應用于許多高科技領域，例如紅外夜視設備，高速整流罩的窗口，微電子基板等。此外，以SiC陶瓷為代表的陶瓷基復合材料已成為在核能，能源，軍事，航空航天和運輸行業(yè)等領域的戰(zhàn)略性結構材料。陶瓷基復合材料具有優(yōu)異的物理和機械性能，結合了高強度，硬度和耐熱性的陶瓷特性以及由于纖維增強而具有的高韌性，從而提高了產品在沖擊載荷下的安全系數[16]。在這些脆性材料中，由于其獨特的光學功能，優(yōu)異的光捕獲性能和較高的光電轉換效率，單晶硅微結構的制造引起了先進紅外（IR）光學，太陽能電池和光電行業(yè)各種應用的廣泛關注[17-19]。例如，與光滑表面相比，單晶硅的微結構化表面大大提高了太陽能電池的光電轉換效率[20]。單晶硅的微透鏡陣列可以實現先進紅外光學系統(tǒng)的集成和最小化[21]。如圖1.3展示了脆性材料的應用領域。（a）卡塞格林望遠鏡（b）夜視頭盔顯示器（c）單體碳化硅反射鏡（d）太陽能電池板圖1.3脆性材料的應用領域高科技的飛速發(fā)展對脆性材料的加工質量和加工效率提出了越來越高的要求[22]。然而，脆性材料具有高硬度、低斷裂韌性和可加工性差等特點，這種固有的缺陷給在脆性材料上實現無裂紋、無損傷和高精度的加工制造帶來了巨大的挑戰(zhàn)。FTS金剛石切削技術由于其高精度、高靈活性和高效率等優(yōu)點被廣泛認為是能夠在脆性材料上有效地生成微結構的一種有前景的技術[23-25]。目前諸多學者已經對FTS的金剛石車削技術做出了大量的研究，并且取得
【參考文獻】：
博士論文
[1]利用快速刀具伺服車削光學自由曲面的研究[D]. 劉強.吉林大學 2012
碩士論文
[1]基于NI控制器的單自由度快速刀具伺服裝置設計與控制[D]. 任萬飛.長春工業(yè)大學 2017
[2]兩自由度快速刀具伺服裝置的服役性能研究[D]. 桂堂軍.吉林大學 2017
[3]自由曲面伺服車削切削力測量及裝置研制[D]. 謝曉麟.吉林大學 2015
[4]散射抑制車削新方法及裝置研究[D]. 朱志偉.吉林大學 2013
[5]一種新型快速刀具伺服裝置及其性能研究[D]. 劉強.吉林大學 2009
本文編號：3353410
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