【摘要】：天然金剛石刀具廣泛應(yīng)用于超精密切削加工,在超光滑表面加工中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),加工表面粗糙度可達(dá)數(shù)個(gè)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(guān)鍵因素之一。因此,需要嚴(yán)格控制刀尖圓弧波紋度誤差。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,尚未有關(guān)于高精度金剛石刀具刀尖圓弧波紋度的精密在位檢測(cè)技術(shù)的研究,不能實(shí)現(xiàn)加工過程中對(duì)刀尖圓弧波紋度的在位檢測(cè)。因此,本文對(duì)金剛石刀具在位檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究,提出了一套高精度的金剛石刀具在位檢測(cè)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(jī)床擺軸回轉(zhuǎn)中心重合的特點(diǎn),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(cè)系統(tǒng),完成了檢測(cè)系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計(jì),初步分析了檢測(cè)系統(tǒng)的精度。在分析傳統(tǒng)最小二乘圓法進(jìn)行短圓弧擬合局限性的基礎(chǔ)上,改進(jìn)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(jì)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(shè)計(jì)了金剛石刀具圓弧波紋度在位檢測(cè)及評(píng)價(jià)軟件,能夠?qū)崿F(xiàn)圓弧波紋度的在位檢測(cè)與即時(shí)評(píng)價(jià),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(cè)表面粗糙度、短波長(zhǎng)誤差信號(hào)對(duì)圓弧波紋度測(cè)量精度的影響。利用Matlab軟件建立了金剛石探針的測(cè)量計(jì)算模型,仿真計(jì)算探針測(cè)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(cè)獲得的金剛石刀具后刀面橫截面真實(shí)輪廓的測(cè)量結(jié)果。對(duì)模擬測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)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(duì)圓弧波紋度測(cè)量精度的影響。設(shè)計(jì)了金剛石探針模擬測(cè)量軟件,為后續(xù)金剛石刀具圓弧波紋度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)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(jī)床擺軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)特征及傳統(tǒng)軸系回轉(zhuǎn)誤差分離手段,提出了多點(diǎn)雙向法擺軸回轉(zhuǎn)誤差分離模型。定量分析了標(biāo)準(zhǔn)球安裝偏心,傳感器相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)球赤道面安裝偏差對(duì)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(dú)立性及通過濾一次諧波消除標(biāo)準(zhǔn)球安裝偏心誤差的可行性。搭建了金剛石刀具研磨機(jī)床擺軸回轉(zhuǎn)誤差檢測(cè)系統(tǒng),編寫了金剛石刀具研磨機(jī)床擺軸回轉(zhuǎn)誤差檢測(cè)系統(tǒng)控制軟件,利用最小二乘圓法評(píng)價(jià)由反向法、多點(diǎn)雙向法分離所得的擺軸回轉(zhuǎn)誤差、標(biāo)準(zhǔn)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(cè)結(jié)果提供了技術(shù)依托。最后,本文利用設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)金剛石刀具圓弧波紋度進(jìn)行了在位檢測(cè)實(shí)驗(yàn),包括金剛石探針的設(shè)計(jì)與制備、研磨機(jī)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(cè)與評(píng)價(jià)。通過基于觸針式輪廓儀和半徑波幅測(cè)量?jī)x的對(duì)比實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了系統(tǒng)的可行性和精度等級(jí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文建立的金剛石刀具圓弧波紋度在位檢測(cè)技術(shù)切實(shí)可靠。
【圖文】：

第 1 章 緒論來(lái)源及研究的背景和意義題來(lái)源來(lái)源于工信部“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”國(guó)家科技重金剛石刀具數(shù)控刃磨機(jī)床研制及其刃磨工藝研究。題背景防建設(shè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人民日常生活都與機(jī)械制造業(yè)息息相平的提高和國(guó)防建設(shè)的大力發(fā)展，各相關(guān)領(lǐng)域已對(duì)機(jī)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(jiǎn)易等優(yōu)勢(shì)在國(guó)防建設(shè)和電子科技等領(lǐng)域得到了十分重前狀況下各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的激烈程度，超精密加工技術(shù)發(fā)展水平高國(guó)家是否為制造業(yè)強(qiáng)國(guó)的重要標(biāo)準(zhǔn)。目前利用該加工技術(shù)已精度的光學(xué)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(cè)量[15]，SEM 測(cè)量時(shí)要求樣品導(dǎo)電，并在真空環(huán)境下進(jìn)行，，需要將刀卸下來(lái)，進(jìn)行噴金處理，噴金厚度和靜電荷會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生一在位測(cè)量[24]。原子力顯微鏡測(cè)量法（AFM 法） 近年來(lái)，基于原子力顯微面微觀形貌檢測(cè)受到了眾多學(xué)者的關(guān)注。哈爾濱工業(yè)大學(xué)孫濤子力顯微鏡的刃口三坐標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)精度最高可達(dá) 20nm[2金剛石刃口鈍圓半徑檢測(cè)精度需求。在借鑒哈爾濱工業(yè)大學(xué)相上，中國(guó)工程物理研究院張曉峰等人提出了基于原子力顯微鏡測(cè)方法，建立了一種新型的檢測(cè)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(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了圓弧刃金剛石刀具在刃微小進(jìn)給，在刀具一次裝夾的情況下可完成刃口部位的多點(diǎn)掃口檢測(cè)[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(shí)現(xiàn)了對(duì)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(guó)產(chǎn)金剛石刀具研
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG71

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 周繼昆;張榮;凌明祥;張毅;;高精密機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)誤差在線測(cè)試系統(tǒng)[J];中國(guó)測(cè)試;2016年07期

2 岳曉斌;徐敏;崔海龍;雷大江;張曉峰;;金剛石刀具nm級(jí)表面輪廓質(zhì)量多參數(shù)集成測(cè)量方法[J];強(qiáng)激光與粒子束;2015年11期

3 張玉梅;;圓度誤差評(píng)定方法國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及展望[J];赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年14期

4 楊輝;;高效、極致——精密超精密加工技術(shù)的發(fā)展與展望[J];航空制造技術(shù);2014年11期

5 梁迎春;陳國(guó)達(dá);孫雅洲;陳家軒;陳萬(wàn)群;于楠;;超精密機(jī)床研究現(xiàn)狀與展望[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2014年05期

6 周京博;李增強(qiáng);王亞奇;孫濤;宗文俊;;微圓弧金剛石刀具刀尖圓弧的測(cè)量及評(píng)價(jià)[J];納米技術(shù)與精密工程;2013年04期

7 王云鴿;彭志君;;精密與超精密加工技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀分析[J];產(chǎn)業(yè)與科技論壇;2011年23期

8 李冬梅;;超精密加工領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r分析比較初探[J];內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年05期

9 任紅萍;程玉民;張武;;改進(jìn)的移動(dòng)最小二乘插值法研究[J];工程數(shù)學(xué)學(xué)報(bào);2010年06期

10 袁巨龍;張飛虎;戴一帆;康仁科;楊輝;呂冰海;;超精密加工領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)發(fā)展研究[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2010年15期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 楊寧;高精度天然金剛石刀具可控刃磨的若干問題研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 李增強(qiáng);圓弧刃金剛石刀具刀尖圓弧的機(jī)械研磨及其檢測(cè)技術(shù)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前6條

1 胡偉;機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)精度在線檢測(cè)技術(shù)的研究[D];昆明理工大學(xué);2016年

2 劉岳;天然金剛石刀具的真空熱化學(xué)腐蝕處理技術(shù)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

3 張曉峰;基于AFM的圓弧刃金剛石刀具全刃口鋒利度檢測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)研究[D];中國(guó)工程物理研究院;2011年

4 張明;空氣靜壓主軸回轉(zhuǎn)誤差測(cè)量技術(shù)研究[D];中國(guó)工程物理研究院;2008年

5 劉敏;超精密主軸回轉(zhuǎn)精度測(cè)試研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

6 方沁林;圓度誤差評(píng)定的算法研究與軟件設(shè)計(jì)[D];華中科技大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2556670