本文關(guān)鍵詞：抗反射表面金剛石車削的研究

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【摘要】：對(duì)于抗反射表面加工,傳統(tǒng)的微機(jī)電(MEMS)技術(shù),各類基于激光、反應(yīng)離子束制備技術(shù)以及相對(duì)前沿的納米壓印、化學(xué)生長(zhǎng)合成等加工技術(shù),往往存在設(shè)備成本較高,制備周期長(zhǎng),材料局限性高等問題,且不能有效控制在復(fù)雜面型基礎(chǔ)上制備抗反射性能結(jié)構(gòu)表面。本文一方面為打破上述局限性,另一方面考慮到現(xiàn)有研究結(jié)果表明非周期性的表面結(jié)構(gòu)比陣列特征的表面結(jié)構(gòu)具備更佳的抗反射性能,由此提出了一種三自由度偽隨機(jī)車削方法,能夠?qū)崿F(xiàn)在多種材料、任意自由曲面面型下,以金剛石車削形式加工抗反射功能結(jié)構(gòu)表面。該方法在保證目標(biāo)表面面型精度和加工效率的前提下,主動(dòng)控制金剛石刀具做空間三自由度偽隨機(jī)運(yùn)動(dòng),以此獲得任意解析自由曲面面型基礎(chǔ)上的非周期性殘留結(jié)構(gòu)特征表面。本文主要工作及貢獻(xiàn)有：1.提出了三自由度偽隨機(jī)刀具路徑。通過分別對(duì)具有解析特征的待加工工件表面和金剛石刀具建立笛卡爾坐標(biāo)系,采用等角度離散辦法,以刀刃輪廓和目標(biāo)表面相切為條件求解刀觸點(diǎn),從而生成自由曲面恒進(jìn)給刀具路徑�？紤]實(shí)際工作時(shí)的金剛石刀具的運(yùn)動(dòng)約束,構(gòu)建可調(diào)參數(shù)的二階處理系統(tǒng),將生成的具有平均分布特性的隨機(jī)信號(hào)通過該系統(tǒng)處理最終生成驅(qū)動(dòng)信號(hào),最終生成三自由度偽隨機(jī)刀具路徑。2.提出了一種新型串并混聯(lián)三自由度快速刀具伺服(Fast Tool servo, FTS)機(jī)構(gòu)。與現(xiàn)有三自由度FTS機(jī)構(gòu)以及微位移平臺(tái)相比,本文機(jī)構(gòu)具有較高的開環(huán)運(yùn)動(dòng)解耦性能。該機(jī)構(gòu)利用差動(dòng)原理實(shí)現(xiàn)x軸與z軸的運(yùn)動(dòng),而y軸運(yùn)動(dòng)由串聯(lián)部分獨(dú)立產(chǎn)生。并在設(shè)計(jì)過程中分別以柔度矩陣算法和有限元軟件進(jìn)行了靜力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與驗(yàn)證。進(jìn)一步對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行了開環(huán)離線測(cè)試,其沿x軸方向的行程為-8.43μm至12.38 gm,y軸方向的行程為12.2μm,z軸方向的行程可以達(dá)到23.1μm,且各軸運(yùn)動(dòng)耦合量均小于5%,相應(yīng)運(yùn)動(dòng)分辨率分別為10nm,12nm與10nm；測(cè)得各軸固有頻率分別為870 Hz,1030 Hz及840Hz,確保該機(jī)構(gòu)能夠具備300 Hz的工作帶寬；此外,各軸的開環(huán)階躍響應(yīng)時(shí)間均較小,保證了其快速跟蹤能力。3.進(jìn)行了抗反射表面加工及性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)。分別以6061鋁、黃銅及紫銅為待加工材料,在不同參數(shù)條件下進(jìn)行了實(shí)際偽隨機(jī)車削實(shí)驗(yàn),對(duì)獲得工件表面在激光掃描顯微鏡下作了表面殘高結(jié)構(gòu)觀察,具體分析了不同因素對(duì)工件表面殘高特征的影響,驗(yàn)證本文提出的三自由度偽隨機(jī)車削辦法能夠有效加工出非周期性表面殘高結(jié)構(gòu)。通過CCD激光分析儀和激光發(fā)射器搭建了抗反射性能測(cè)試系統(tǒng),分別對(duì)不同加工參數(shù)下傳統(tǒng)恒進(jìn)給車削所獲得的工件表面與偽隨機(jī)車削的工件表面做了對(duì)比試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果很好地驗(yàn)證了本文三自由度偽隨機(jī)金剛石車削條件下的非周期性表面結(jié)構(gòu)具備更佳的抗反射效果。
【關(guān)鍵詞】：抑制反射 偽隨機(jī)車削 三自由度快速刀具伺服 柔性鉸鏈 柔度矩陣 抗反射性能
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG51
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 研究背景及意義10-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-19
• 1.2.1 抗反射表面非車削加工方法14-18
• 1.2.2 抗反射表面的車削研究18-19
• 1.3 研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容19-22
• 第2章 刀具路徑規(guī)劃22-38
• 2.1 金剛石刀具設(shè)計(jì)22-25
• 2.1.1 刀具前角的選取22-23
• 2.1.2 刀具后角的選取23
• 2.1.3 刀刃圓弧半徑的選取23-25
• 2.1.4 刀尖夾角的選取25
• 2.2 偽隨機(jī)刀具路徑規(guī)劃方法25-35
• 2.2.1 加工表面與刀具解析表征26-28
• 2.2.2 偽隨機(jī)信號(hào)生成與處理28-30
• 2.2.3 三自由度偽隨機(jī)路徑生成30-35
• 2.3 本章小結(jié)35-38
• 第3章 一種三自由度運(yùn)動(dòng)解耦快速刀具伺服設(shè)計(jì)38-62
• 3.1 三自由度FTS機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)38-44
• 3.1.1 驅(qū)動(dòng)方式選擇38-41
• 3.1.2 導(dǎo)向單元的選型41-42
• 3.1.3 機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計(jì)42-43
• 3.1.4 FTS機(jī)構(gòu)整體布局43-44
• 3.2 三自由度FTS運(yùn)動(dòng)原理44-47
• 3.2.1 機(jī)構(gòu)x、z軸方向運(yùn)動(dòng)原理44-46
• 3.2.2 機(jī)構(gòu)y軸方向運(yùn)動(dòng)原理46-47
• 3.3 三自由度FTS導(dǎo)向單元靜力學(xué)分析47-54
• 3.3.1 直圓形導(dǎo)向單元靜力學(xué)分析48-51
• 3.3.2 Z型導(dǎo)向單元靜力學(xué)分析51-54
• 3.4 三自由度FTS整體力學(xué)特性分析54-59
• 3.4.1 三自由度FTS機(jī)構(gòu)整體靜力學(xué)分析54-58
• 3.4.2 三自由度FTS機(jī)構(gòu)整體運(yùn)動(dòng)學(xué)分析58-59
• 3.5 本章小結(jié)59-62
• 第4章 機(jī)構(gòu)性能測(cè)試與車削實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析62-80
• 4.1 機(jī)構(gòu)性能測(cè)試系統(tǒng)及環(huán)境62-64
• 4.1.1 測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)成62-64
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境噪聲測(cè)試64
• 4.2 機(jī)構(gòu)離線性能測(cè)試64-72
• 4.2.1 機(jī)構(gòu)工作行程及耦合測(cè)試64-67
• 4.2.2 機(jī)構(gòu)位移分辨率測(cè)試67-69
• 4.2.3 機(jī)構(gòu)工作帶寬測(cè)試69-70
• 4.2.4 機(jī)構(gòu)階躍響應(yīng)測(cè)試70-72
• 4.3 機(jī)構(gòu)車削實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析72-77
• 4.3.1 車削實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料72-73
• 4.3.2 機(jī)構(gòu)車削實(shí)驗(yàn)73-74
• 4.3.3 工件表面形貌對(duì)比74-76
• 4.3.4 加工表面抗反射性能試驗(yàn)76-77
• 4.4 本章小結(jié)77-80
• 第5章 全文總結(jié)與展望80-84
• 5.1 全文總結(jié)80-81
• 5.2 展望81-84
• 參考文獻(xiàn)84-90
• 附錄90-92
• 致謝92-93

【二級(jí)參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 趙清亮;王義龍;于光;謝大綱;楊元華;盧猛;;基于快速伺服刀架技術(shù)的菲涅爾微結(jié)構(gòu)金剛石超精密加工及其控制技術(shù)[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2010年09期

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本文編號(hào)：792982