KDP晶體超精密飛切加工表面形貌形成過(guò)程仿真與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、KDP晶體（KH2PO4）是慣性約束核聚變固體激光器光路系統(tǒng)中的關(guān)鍵光學(xué)元件，制造精度要求很高，但是KDP晶體具有易潮解、質(zhì)軟、脆性高、易開(kāi)裂等不利于加工的特點(diǎn)，使其成為最難加工的光學(xué)元件。目前對(duì)KDP晶體的加工廣泛使用的是超精密飛切加工技術(shù)。如何在加工中控制好KDP晶體的粗糙度和波紋度誤差是當(dāng)下研究的重點(diǎn)。
　　本文首先分析了超精密飛切加工表面形貌形成過(guò)程仿真模型中需要考慮的影響因素，主要包括主軸的偏擺運(yùn)動(dòng)、刀具—工件的相對(duì)振動(dòng)

2、、切削過(guò)程刀具的熱變形情況和切削參數(shù)。該加工表面形貌形成過(guò)程仿真模型的建立是基于加工的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，加工表面形貌由刀具在工件上的切削運(yùn)動(dòng)輪廓形成。因此分別對(duì)各影響因素建立了刀尖的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。其中，由于切削過(guò)程中刀具熱膨脹導(dǎo)致的刀尖位移變化不能通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量。因此本文進(jìn)行了超精密飛切加工主切削力的測(cè)量實(shí)驗(yàn)，并建立了切削熱理論模型，計(jì)算了切削過(guò)程中不同切削參數(shù)和主切削力對(duì)應(yīng)的輸入刀尖的熱流量，通過(guò)有限元仿真的方法分析了刀具熱變形所引起的刀尖位移變化

3、，從而擬合得到了相應(yīng)的刀尖位移方程。此外，本文還考慮了多次切削的切削截面輪廓干涉現(xiàn)象和刀尖圓弧半徑對(duì)于仿真中切削深度的影響，在仿真算法中進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計(jì)并建立了完整的超精密飛切加工表面形貌的仿真模型。
　　利用所建立的KDP晶體超精密飛切加工表面形貌的仿真模型，本文分別分析了切削參數(shù)、主軸偏擺運(yùn)動(dòng)、刀具—工件的相對(duì)振動(dòng)以及刀具的熱變形對(duì) KDP晶體加工表面形貌的影響。分析過(guò)程中通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)了對(duì)仿真形貌的濾波，形貌信息提取及粗糙度、

4、波紋度誤差的評(píng)價(jià)。結(jié)果表明切削參數(shù)對(duì)工件表面粗糙度的影響較大，而主軸偏擺運(yùn)動(dòng)及刀具—工件相對(duì)振動(dòng)情況對(duì)粗糙度和波紋度均有影響，刀具的熱變形不會(huì)對(duì)粗糙度和波紋度誤差造成明顯影響，其主要影響加工表面的面形特征。最后，進(jìn)行了KDP晶體的超精密飛切加工實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析并驗(yàn)證了超精密飛切加工表面形貌形成過(guò)程仿真模型的有效性及合理性。
　　利用本文中的KDP晶體超精密飛切加工表面形貌形成過(guò)程仿真模型可以分析不同加工條件下的加工表面形