脆性材料自由曲面变进给车削的研究

【摘要】光学自由曲面备受学术界研究人员的青睐，特别是在航天航空领域广泛应用着由脆性材料例如单晶锗、硅、石英玻璃以及光学玻璃等加工而成的光学曲面；目前脆性材料加工仍然以磨削为主要加工方法，由于磨削加工存在着效率低、难以完成复杂曲面的加工等缺点大大限制了光学曲面的发展。所以本文着力研究将单点金刚石车削技术应用于脆性材料塑性域的材料去除。但由于脆性材料自身的低韧性、高脆性等特点，本文中提出了一种将金刚石车刀的车削厚度控制在塑性域内的路径规划策略，并且分析了刀具几何前角对脆性材料去除的关键性作用。配合等切削厚度路径规划策略本文设计了一款两自由度差动式FTS装置。提出了一种应用于脆性材料塑性域内去除的刀具路径策略；该路径应用于单点金刚石车削领域通过切削厚度的控制以实现脆性材料塑性域材料的去除；提高了加工效率，加工质量也得到了改善；脆性材料在加工过程中首先在塑性域内完成材料去除随着切削厚度变化逐渐形成脆性破坏脱离塑性域，再此过程中存在着临界车削厚度；所以本路径中以临界车削厚度为约束条件，通过建立刀具刀位点间距同车削厚度的函数关系，经由控制恒定刀位点间距以实现等车削厚度的原理；刀具路径计算过程中涉及到了刀具前角补偿、刀尖圆弧半径补偿、断裂力学理论分析切削厚度。研制了一种两自由度FTS装置；本装置具有大行程特性，运动性能和同等级装置相比具有较好的跟踪性能和较小的非预定运动轨迹串扰，在满足刚度需求下具有较好的加工性能。设计过程中充分考虑了装置运动解耦的问题，以保证两轴在运动过程中互不干扰，实现精准运动；柔性铰链运动传递单元采用一体式结构，一方面避免的铰链之间装配误差，另一方面提高了柔性铰链运动精度避免铰链间消耗位移降低装置加工性能；侧向支撑单元采用的直板型柔性铰链实现侧向运动传递同平面运动Z型铰链的连接固定，计算过程中采用了相对准确的柔度矩阵法，完成了铰链的柔度分析计算；作为运动传递的主要实现部分Z铰链，材料选择恢复力强的65Mn，采用柔度矩阵法分析柔度模型外还进行了有限元软件分析，分析验证铰链的运动性能参数。静态条件下完成了测量系统内部环境噪音的测试，并对系统环境噪音加以评价分析；开环测试了装置的两向运动刚度，经由软件处理数据分析后获得了两向刚度值，其中X向远大于Z向；闭环条件下以Z轴运动为例电机提供输入，测量Z轴运动下的X向串扰，串扰率在一个百分点以下；电机输入正弦波通过闭环反馈测量装置行程X、Z向达到预期目标；最后进行了系统跟踪性能测试，根据试验数据分析了该装置具有较好的跟踪性能。
【作者】贾闯；
【导师】周晓勤；刘强；
【作者基本信息】吉林大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】自由曲面车削；脆性表面加工；塑性形变；刀具路径；两轴快速刀具伺服；

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