【摘要】：天然金剛石刀具廣泛應用于超精密切削加工,在超光滑表面加工中具有獨特的優(yōu)勢,加工表面粗糙度可達數(shù)個納米。在高精度表面加工中,刀尖圓弧波紋度是決定表面質(zhì)量的關鍵因素之一。因此,需要嚴格控制刀尖圓弧波紋度誤差。根據(jù)目前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,尚未有關于高精度金剛石刀具刀尖圓弧波紋度的精密在位檢測技術的研究,不能實現(xiàn)加工過程中對刀尖圓弧波紋度的在位檢測。因此,本文對金剛石刀具在位檢測技術進行研究,提出了一套高精度的金剛石刀具在位檢測系統(tǒng)。首先,本文利用金剛石刀具研磨過程中刀尖圓弧圓心與研磨機床擺軸回轉(zhuǎn)中心重合的特點,建立了基于C_LVDT電容位移傳感器的金剛石刀具圓弧波紋度在位檢測系統(tǒng),完成了檢測系統(tǒng)硬件、軟件設計,初步分析了檢測系統(tǒng)的精度。在分析傳統(tǒng)最小二乘圓法進行短圓弧擬合局限性的基礎上,改進了最小二乘圓法的尋優(yōu)過程并提出了基于數(shù)理統(tǒng)計的最小二乘圓法,能夠有效抑制短圓弧擬合結(jié)果的偏心現(xiàn)象。設計了金剛石刀具圓弧波紋度在位檢測及評價軟件,能夠?qū)崿F(xiàn)圓弧波紋度的在位檢測與即時評價,減少了后續(xù)數(shù)據(jù)處理的工作量。其次,本文通過理論建模分析了金剛石探針曲率半徑、棱邊錐角以及被測表面粗糙度、短波長誤差信號對圓弧波紋度測量精度的影響。利用Matlab軟件建立了金剛石探針的測量計算模型,仿真計算探針測量光滑正弦表面、帶有粗糙度、小尺度波紋的正弦表面、由AFM檢測獲得的金剛石刀具后刀面橫截面真實輪廓的測量結(jié)果。對模擬測量數(shù)據(jù)進行頻譜分析,探究了探針曲率半徑、棱邊錐角大小、以及后刀面粗糙度周期性、小尺度波紋峰谷值對圓弧波紋度測量精度的影響。設計了金剛石探針模擬測量軟件,為后續(xù)金剛石刀具圓弧波紋度檢測實驗的金剛石探針選擇提供了理論依據(jù)。再次,本文通過分析研磨機床擺軸回轉(zhuǎn)運動特征及傳統(tǒng)軸系回轉(zhuǎn)誤差分離手段,提出了多點雙向法擺軸回轉(zhuǎn)誤差分離模型。定量分析了標準球安裝偏心,傳感器相對標準球赤道面安裝偏差對擺軸回轉(zhuǎn)誤差分離精度的影響,討論了擺軸徑向回轉(zhuǎn)誤差的獨立性及通過濾一次諧波消除標準球安裝偏心誤差的可行性。搭建了金剛石刀具研磨機床擺軸回轉(zhuǎn)誤差檢測系統(tǒng),編寫了金剛石刀具研磨機床擺軸回轉(zhuǎn)誤差檢測系統(tǒng)控制軟件,利用最小二乘圓法評價由反向法、多點雙向法分離所得的擺軸回轉(zhuǎn)誤差、標準球圓度誤差。為后續(xù)修正金剛石刀具圓弧波紋度在位檢測結(jié)果提供了技術依托。最后,本文利用設計的檢測系統(tǒng)對金剛石刀具圓弧波紋度進行了在位檢測實驗,包括金剛石探針的設計與制備、研磨機床擺軸回轉(zhuǎn)誤差的檢定與校核、金剛石刀具圓弧波紋度的在位檢測與評價。通過基于觸針式輪廓儀和半徑波幅測量儀的對比實驗,驗證了系統(tǒng)的可行性和精度等級。實驗結(jié)果表明,本文建立的金剛石刀具圓弧波紋度在位檢測技術切實可靠。
【圖文】：

第 1 章 緒論來源及研究的背景和意義題來源來源于工信部“高檔數(shù)控機床與基礎制造裝備”國家科技重金剛石刀具數(shù)控刃磨機床研制及其刃磨工藝研究。題背景防建設、經(jīng)濟發(fā)展以及人民日常生活都與機械制造業(yè)息息相平的提高和國防建設的大力發(fā)展，各相關領域已對機械制造較于傳統(tǒng)切削加工，超精密切削以其加工表面精度高、加工工序簡易等優(yōu)勢在國防建設和電子科技等領域得到了十分重前狀況下各國競爭的激烈程度，超精密加工技術發(fā)展水平高國家是否為制造業(yè)強國的重要標準。目前利用該加工技術已精度的光學零件，如圖 1-1 所示。

圖 1-2 基于 SEM 的金剛石刀具圓弧波紋度測量[15]，SEM 測量時要求樣品導電，并在真空環(huán)境下進行，，需要將刀卸下來，進行噴金處理，噴金厚度和靜電荷會對測量結(jié)果產(chǎn)生一在位測量[24]。原子力顯微鏡測量法（AFM 法） 近年來，基于原子力顯微面微觀形貌檢測受到了眾多學者的關注。哈爾濱工業(yè)大學孫濤子力顯微鏡的刃口三坐標檢測系統(tǒng)，檢測精度最高可達 20nm[2金剛石刃口鈍圓半徑檢測精度需求。在借鑒哈爾濱工業(yè)大學相上，中國工程物理研究院張曉峰等人提出了基于原子力顯微鏡測方法，建立了一種新型的檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)以 AFM 為主要精密回轉(zhuǎn)氣浮軸系和驅(qū)動系統(tǒng)，實現(xiàn)了圓弧刃金剛石刀具在刃微小進給，在刀具一次裝夾的情況下可完成刃口部位的多點掃口檢測[24]。為了解決 AFM 探針縱向掃描范圍小的問題，岳曉斌力掃描系統(tǒng)和精密回轉(zhuǎn)軸系實現(xiàn)了對金剛石刀具表面微觀形貌濱精密工程研究所將便攜式原子力顯微鏡與國產(chǎn)金剛石刀具研
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG71

【參考文獻】

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本文編號：2556670