大型金屬反射鏡超精密切削若干問題的研究.pdf

1、超精密加工技術(shù)是因軍事技術(shù)和宇航技術(shù)的發(fā)展需要，在20世紀60年代在美國形成和發(fā)展起來的，最具有代表性的技術(shù)是金剛石鏡面切削技術(shù)，它推動了超精密技術(shù)的發(fā)展，并且奠定了超精密加工技術(shù)這一分支的學科地位。但是隨著科學技術(shù)的發(fā)展，在新能源和軍事等許多領(lǐng)域都對大型光學元件的需求量巨大，因此對大型元件能否進行高精度高速高效加工已經(jīng)成為很多技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵問題。世界各國都把大型光學元件高效超精密加工技術(shù)列為研究重點，甚至組成跨國合作研究模式進行聯(lián)

2、合攻關(guān)。直接采用超精密切削的方法對大型光學元件進行加工后，加工精度通常在微米級，因此如果能將超精密切削加工大型光學元件的面形精度P-V值提高到λ/3—λ/5（λ=0.6328μm），將會極大的提高加工效率，以改變以往在此方面依賴拋光和研磨的加工方法。但是采用超精密切削方法加工大型光學元件時，就必須考慮在加工過程中金剛石刀具因磨損和熱變形對加工的影響問題。
　　因此本文首先對加工大型金屬反射鏡的金剛石刀具磨損問題進行研究，建立了金剛

3、石刀具切削鋁的分子動力學仿真模型，對金剛石刀具的磨損進行動態(tài)模擬。采用刀具前、后刀面的不同晶面組合進行切削仿真，分析了金剛石刀具各向異性對刀具磨損的影響，仿真過程中發(fā)現(xiàn)在一定的范圍內(nèi)改變切削速度和切削深度對刀具的磨損有輕微的影響，影響刀具磨損的主要因素取決于切削距離的長短；采用不同定向的刀具進行了切削鋁合金工件的實驗，在大量實驗的基礎(chǔ)上提出金剛石刀具后刀面磨損高度的預測模型，對因金剛石刀具的磨損帶來的加工誤差做到可以預測和補償，為后續(xù)切

4、削理論的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　其次，提出考慮金剛石刀具后刀面磨損因素，建立超精密車削動態(tài)切削力計算的數(shù)學模型，研究切削力的變化規(guī)律；研究發(fā)現(xiàn)當?shù)毒吆蟮睹娉霈F(xiàn)磨損時，主切削力Fc和背吃刀力都隨著磨損帶高度VB的增大而增加，但的增加速率大于Fc的增加速率，分析認為當快速增加的同時，振動也隨之增大， FpFpFp這同時解釋了當?shù)毒吣p后將影響加工表面質(zhì)量的原因；并通過切削實驗，驗證了所建模型的正確性，該模型的建立為下一步分析金剛石刀具在

5、切削過程中產(chǎn)生的切削熱和計算切削溫度做準備。
　　通過對刀具切削過程的切削熱進行分析，在計算刀具前、后刀面的平均溫度時，考慮到超精密切削所用的金剛石車刀具有體積小、導熱能力強的特點，針對前、后刀面不同接觸面的熱量相互影響的問題，建立符合超精密切削的切削溫度計算的數(shù)學模型；研究發(fā)現(xiàn)切削溫度隨切削速度、背吃刀量、進給量和刀具后刀面磨損帶高度的增加而增加，其中，切削速度和進給量對切削溫度的影響最為顯著，背吃刀量次之，隨著刀具后刀面磨損的

6、出現(xiàn)，刀具的平均切削溫度變化較大。
　　最后，在分析和計算切削熱和切削溫度的基礎(chǔ)上，建立理論模型計算金剛石刀具隨切削溫度變化的變形量。搭建模擬金剛石刀具升溫系統(tǒng)，采用點式電加熱器對金剛石刀尖進行加熱，模擬金剛石刀具在無切削液時實際刀具的升溫過程，并采用高精度、非接觸式熱像儀對溫度的變化進行跟蹤測量，研究金剛石刀具隨溫度變化的熱變形規(guī)律。實驗結(jié)果表明：當溫度從23.5℃升高到32.1℃，刀具實際變形量達到1.48μm，這將嚴重影響光