發(fā)布時間：2021-08-20 11:22

　　光學(xué)自由曲面、微結(jié)構(gòu)功能表面和脆性材料由于其優(yōu)異的機(jī)械,光學(xué),物理和化學(xué)性能而廣泛應(yīng)用于精密工程,光學(xué)儀器,半導(dǎo)體,航空航天,汽車,醫(yī)療設(shè)備,國防和軍事等領(lǐng)域�？焖俚毒咚欧‵ast Tool Servo,FTS）金剛石車削技術(shù)由于其高精度、高靈活性和高效率等優(yōu)點已經(jīng)成為加工光學(xué)自由曲面、微結(jié)構(gòu)功能表面和脆性材料的一種有前景的技術(shù)。這種加工技術(shù)已經(jīng)引起了越來越多的關(guān)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(shù)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(kuò)展了FTS切削技術(shù)在生成光學(xué)自由曲面和在脆性材料上生成微結(jié)構(gòu)表面的應(yīng)用領(lǐng)域。然后結(jié)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(jī)理,并進(jìn)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(nèi)容包括:（1）開發(fā)了一種具有高頻率、低耦合的壓電驅(qū)動兩自由度FTS裝置。主要結(jié)構(gòu)包括柔性機(jī)構(gòu)主體、壓電驅(qū)動器、金剛石刀具、預(yù)緊楔形塊、預(yù)緊螺釘。采用了一種高剛度的四桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)沿z軸方向的運(yùn)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(zhuǎn)運(yùn)動實現(xiàn)沿... 

【文章來源】：長春工業(yè)大學(xué)吉林省

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學(xué)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(xué)效率。因此，該系統(tǒng)具有降低成本，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高光學(xué)性能，擴(kuò)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(lǐng)域[7][8]。圖1.2顯示了光學(xué)自由曲面的一些應(yīng)用。這些自由曲面構(gòu)成了光學(xué)表面的革命性一代，但是它們要求極高的加工制造精度。關(guān)于光學(xué)自由曲面的FTS車削加工技術(shù)已經(jīng)成為多年來諸多學(xué)者的研究熱點。（a）汽車尾燈[9]（b）寶麗來SX-70相機(jī)[10]（c）詹姆斯太空望遠(yuǎn)鏡[11]（d）夜視頭盔顯示器（HMD）[12]圖1.2光學(xué)自由曲面的應(yīng)用微結(jié)構(gòu)功能表面（Micro-StructuredFunctionalSurface，MSFS）具有高的空間頻率和復(fù)雜性特征，空間結(jié)構(gòu)尺度更小，特征尺寸一般在微米級或亞微米級。隨著MSFS的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，國內(nèi)外諸多學(xué)者已經(jīng)將FTS車削技術(shù)應(yīng)用到MSFS的加工當(dāng)中，尤其是微棱鏡，微透鏡陣列，正弦網(wǎng)格，復(fù)眼結(jié)構(gòu)，衍射光學(xué)元件（DiffractiveOpticalElements，DOE），菲涅耳微結(jié)構(gòu)，V形槽和F-θ透鏡。近年來，例如光學(xué)玻璃，晶體硅，碳化鎢（WC），鍺，氮化硅，高級陶瓷和陶瓷基復(fù)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(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)越的性能而廣泛應(yīng)用于精密工程，光學(xué)儀器，半導(dǎo)體，航空航天，汽車，醫(yī)療設(shè)備，國防和軍事等行業(yè)[13]。例如，由于優(yōu)異的光學(xué)性能和高化學(xué)穩(wěn)定性，光學(xué)玻璃是制造包括棱鏡，透鏡，反射鏡和窗戶在內(nèi)的光學(xué)儀器關(guān)鍵部件的重要原材料。它也是信息技術(shù)的基礎(chǔ)材料，因此在光傳輸，存儲和顯示領(lǐng)域得

第1章緒論3到了廣泛的應(yīng)用[14]。藍(lán)寶石作為一種典型的高級陶瓷，由于具有高強(qiáng)度，良好的透光性和高抗風(fēng)蝕性[15]，因此經(jīng)常應(yīng)用于許多高科技領(lǐng)域，例如紅外夜視設(shè)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(fù)合材料已成為在核能，能源，軍事，航空航天和運(yùn)輸行業(yè)等領(lǐng)域的戰(zhàn)略性結(jié)構(gòu)材料。陶瓷基復(fù)合材料具有優(yōu)異的物理和機(jī)械性能，結(jié)合了高強(qiáng)度，硬度和耐熱性的陶瓷特性以及由于纖維增強(qiáng)而具有的高韌性，從而提高了產(chǎn)品在沖擊載荷下的安全系數(shù)[16]。在這些脆性材料中，由于其獨(dú)特的光學(xué)功能，優(yōu)異的光捕獲性能和較高的光電轉(zhuǎn)換效率，單晶硅微結(jié)構(gòu)的制造引起了先進(jìn)紅外（IR）光學(xué)，太陽能電池和光電行業(yè)各種應(yīng)用的廣泛關(guān)注[17-19]。例如，與光滑表面相比，單晶硅的微結(jié)構(gòu)化表面大大提高了太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率[20]。單晶硅的微透鏡陣列可以實現(xiàn)先進(jìn)紅外光學(xué)系統(tǒng)的集成和最小化[21]。如圖1.3展示了脆性材料的應(yīng)用領(lǐng)域。（a）卡塞格林望遠(yuǎn)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(yīng)用領(lǐng)域高科技的飛速發(fā)展對脆性材料的加工質(zhì)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(xiàn)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(shù)由于其高精度、高靈活性和高效率等優(yōu)點被廣泛認(rèn)為是能夠在脆性材料上有效地生成微結(jié)構(gòu)的一種有前景的技術(shù)[23-25]。目前諸多學(xué)者已經(jīng)對FTS的金剛石車削技術(shù)做出了大量的研究，并且取得

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]利用快速刀具伺服車削光學(xué)自由曲面的研究[D]. 劉強(qiáng).吉林大學(xué) 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(shè)計與控制[D]. 任萬飛.長春工業(yè)大學(xué) 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(xué) 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(xué) 2015
[4]散射抑制車削新方法及裝置研究[D]. 朱志偉.吉林大學(xué) 2013
[5]一種新型快速刀具伺服裝置及其性能研究[D]. 劉強(qiáng).吉林大學(xué) 2009



本文編號：3353410