本文關鍵詞：圓柱表面微結(jié)構(gòu)超精密加工關鍵技術(shù)研究

  更多相關文章： 圓柱面微結(jié)構(gòu)陣列 超精密車削 快刀伺服系統(tǒng) 拓撲關系 刀具半徑補償

【摘要】：具有各種形式微結(jié)構(gòu)的光學薄膜在液晶顯示、LED照明、光學儀器等領域應用廣泛,市場需求巨大。輥子是微結(jié)構(gòu)光學薄膜模壓制造的核心零件。在輥子上加工出高質(zhì)量的光學微結(jié)構(gòu),如微球面陣列、菲涅爾結(jié)構(gòu)陣列、棱鏡陣列、金字塔陣列等,是光學薄膜制造的關鍵。輥子圓柱表面的微結(jié)構(gòu)復雜,形狀精度、表面粗糙度要求也極高,使得其加工制造成為難點,超精密車削成形是一種高效加工方式。然而,車削加工的可達性、海量微結(jié)構(gòu)表面加工的一致性、伺服刀具動態(tài)特性的制約等方面是輥子微結(jié)構(gòu)超精密加工需關注的關鍵問題。圓柱面微結(jié)構(gòu)的加工不同于端面,其刀具路徑為等直徑的螺旋線。柱面是封閉曲面,微結(jié)構(gòu)陣列由柱面到平面的展成方法、微結(jié)構(gòu)單元沿圓周方向的銜接也成為技術(shù)難點。本文以圓柱表面微結(jié)構(gòu)陣列加工為研究對象,在理論層面探討了微結(jié)構(gòu)陣列的統(tǒng)一表達形式,從刀具幾何形狀、伺服刀具動態(tài)特性制約等方面入手研究了微結(jié)構(gòu)陣列的可加工性,建立了圓柱面微結(jié)構(gòu)陣列車削加工的實驗系統(tǒng),并對典型柱面微結(jié)構(gòu)進行了加工實驗。論文主要內(nèi)容如下:1、研究了微結(jié)構(gòu)陣列的統(tǒng)一表征方法。采用經(jīng)典拓撲表達模型描述微結(jié)構(gòu)陣列單元之間的拓撲關系,在此基礎上結(jié)合內(nèi)部-邊界-外部的方向關系以及距離關系,形成了任意形式微結(jié)構(gòu)陣列空間關系的統(tǒng)一表達模型。對具有方程描述且形式簡單的微結(jié)構(gòu)陣列,采取了用矢量空間拓撲關系組合模型進行表達的方法。研究統(tǒng)一表達模型有助于規(guī)范設計過程、簡化加工程序設計。2、探討了圓柱表面微結(jié)構(gòu)可加工性的制約規(guī)律。首先,從不發(fā)生幾何干涉的角度,具體研究了金剛石刀具幾何尺寸與微結(jié)構(gòu)特征尺寸之間的制約關系,得到了刀具參數(shù)的設計依據(jù);其次,從伺服刀具頻域響應的角度,研究了伺服刀具動態(tài)性能與微結(jié)構(gòu)陣列之間的制約關系,研究表明輸入信號除基頻外的頻率成分對加工也可能會有一定影響;最后,綜合考慮刀具幾何尺寸、伺服刀具動態(tài)特性、機床性能等,形成了單因素或多因素耦合的微結(jié)構(gòu)可加工性制約曲面,從而為工藝參數(shù)的選定提供指導。3、研究了微結(jié)構(gòu)切深數(shù)據(jù)的生成算法。推導了適用于柱面微結(jié)構(gòu)的刀具半徑補償算法,應用了最小二乘曲面擬合的方法進行離散數(shù)據(jù)的曲面擬合。得到了可用于離散數(shù)據(jù)的雙線性插值算法,并以口徑較小、深度較大的球面微結(jié)構(gòu)為例進行檢驗。結(jié)果表明這種插值方法計算簡單,誤差較小。結(jié)合刀具半徑補償和數(shù)據(jù)插值解決了切深數(shù)據(jù)生成算法的編程問題。4、分析了影響微結(jié)構(gòu)陣列加工精度的誤差源,研究了加工精度的評價方法。分別分析了圓柱直徑測量誤差、刀具高度調(diào)整誤差、刀具過切這三者對單個微結(jié)構(gòu)輪廓精度的影響,得到了其中的影響規(guī)律。通過實驗發(fā)現(xiàn)控制器計算頻率對表面質(zhì)量有重要影響。針對柱面微結(jié)構(gòu)的特殊情況,研究了測量方法、抽樣方法和微結(jié)構(gòu)陣列的評價指標。5、開展了典型微結(jié)構(gòu)陣列的加工實驗。對球面、正弦網(wǎng)格、非球面及不規(guī)則分布的球面微結(jié)構(gòu)分別進行了加工實驗。利用超景深三維光學顯微鏡觀察表面,通過對輪廓儀測量得到的數(shù)據(jù)進行分析,給出了評價結(jié)果。所加工的微結(jié)構(gòu)陣列表面粗糙度(RMS)可控制到nm級,面形精度可達到亞微米。
【關鍵詞】：圓柱面微結(jié)構(gòu)陣列 超精密車削 快刀伺服系統(tǒng) 拓撲關系 刀具半徑補償
【學位授予單位】：國防科學技術(shù)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH16
【目錄】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 第一章 緒論14-23
• 1.1 課題研究的背景與意義14-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-21
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀15-20
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀20-21
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容21-23
• 第二章 微結(jié)構(gòu)陣列統(tǒng)一表征方法23-32
• 2.1 拓撲學基礎23-24
• 2.2 微結(jié)構(gòu)陣列的拓撲模型24-26
• 2.2.1 RCC模型24-25
• 2.2.2 4/9 交集模型25
• 2.2.3 矢量空間中拓撲關系組合推理模型25-26
• 2.3 微結(jié)構(gòu)陣列的方向距離模型26-28
• 2.4 微結(jié)構(gòu)陣列的統(tǒng)一表征28-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第三章 微結(jié)構(gòu)陣列可加工性制約規(guī)律32-41
• 3.1 微結(jié)構(gòu)加工數(shù)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)32-34
• 3.1.1 超精密車床32-33
• 3.1.2 快刀裝置33-34
• 3.1.3 快刀控制器34
• 3.2 刀具幾何參數(shù)的制約34-36
• 3.3 快刀伺服系統(tǒng)動態(tài)性能的制約36-39
• 3.3.1 快刀伺服系統(tǒng)的動靜態(tài)特性36-38
• 3.3.2 輸入信號的頻譜分析38-39
• 3.4 工藝參數(shù)的制約39-40
• 3.5 本章小結(jié)40-41
• 第四章 切深數(shù)據(jù)的生成算法41-47
• 4.1 刀具半徑補償算法41-43
• 4.1.1 有描述方程的刀具半徑補償算法41-42
• 4.1.2 離散數(shù)據(jù)的刀具半徑補償計算42-43
• 4.2 雙線性插值算法43-45
• 4.2.1 雙線性插值算法的定義43-44
• 4.2.2 算法舉例44-45
• 4.3 算法編程實現(xiàn)45-46
• 4.4 本章小結(jié)46-47
• 第五章 微結(jié)構(gòu)加工精度分析與評價47-56
• 5.1 圓柱表面微結(jié)構(gòu)加工誤差源對精度的影響47-52
• 5.1.1 圓柱直徑測量誤差47-48
• 5.1.2 刀具高度調(diào)整誤差48-49
• 5.1.3 刀具過切影響49-51
• 5.1.4 控制器計算頻率影響51-52
• 5.2 微結(jié)構(gòu)陣列精度評價52-55
• 5.2.1 微結(jié)構(gòu)陣列測量方法52-53
• 5.2.2 評價指標53-55
• 5.3 本章小結(jié)55-56
• 第六章 典型微結(jié)構(gòu)陣列加工實驗56-72
• 6.1 球面微結(jié)構(gòu)陣列加工實驗56-60
• 6.2 蜂窩微結(jié)構(gòu)的加工實驗60-64
• 6.2.1 蜂窩微結(jié)構(gòu)的仿真及其網(wǎng)格劃分60-61
• 6.2.2 刀尖圓弧半徑對微結(jié)構(gòu)面形的影響61-63
• 6.2.3 紅銅蜂窩微結(jié)構(gòu)的加工63-64
• 6.3 正弦網(wǎng)格微結(jié)構(gòu)加工實驗64-67
• 6.4 非球面微結(jié)構(gòu)陣列加工實驗67-69
• 6.5 不規(guī)則分布的微結(jié)構(gòu)加工實驗69-71
• 6.6 本章小結(jié)71-72
• 第七章 結(jié)論與展望72-74
• 7.1 全文總結(jié)72-73
• 7.2 研究展望73-74
• 致謝74-76
• 參考文獻76-80
• 作者在學期間取得的學術(shù)成果80

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1 高國瑞;;殘積粘性土微結(jié)構(gòu)特征研究[J];工程勘察;1987年01期

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5 查甫生;劉松玉;杜延軍;崔可銳;吳燕開;;土的微結(jié)構(gòu)特征對其電阻率的影響試驗研究[J];工程勘察;2008年10期

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9 馬中庭，，倪瑞明;Ti_（1－x）Al_xNPVD薄層的微結(jié)構(gòu)特征和氧化行為[J];Journal of University of Science and Technology Beijing(English Edition);1995年01期

10 高凌霞;王言;潘小晶;王慶;;非飽和黃土濕陷微結(jié)構(gòu)特征的譜系聚類分析[J];大連民族學院學報;2011年03期

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1 羅志華;崔可銳;周陽;方俊;;皖亳阜高速公路粉土微結(jié)構(gòu)和成分的研究[A];加強地質(zhì)工作促進社會經(jīng)濟和諧發(fā)展——2007年華東六省一市地學科技論壇論文集[C];2007年

2 彭向和;;一種基于微結(jié)構(gòu)損傷的尺度效應分析方法[A];中國力學大會——2013論文摘要集[C];2013年

3 張梅英;;利用掃描電鏡研究土的微結(jié)構(gòu)有關問題[A];第三次中國電子顯微學會議論文摘要集（二）[C];1983年

4 邵順妹;;化灌巖芯的微結(jié)構(gòu)機力學特征[A];第四屆全國構(gòu)造物理、第二屆全國高溫高壓聯(lián)合學術(shù)討論會論文摘要[C];1989年

5 李榴芬;;珠江三角洲軟土微結(jié)構(gòu)特征[A];2004年度上海市土力學與巖土工程學術(shù)年會論文集[C];2004年

6 戴大臨;文藝;;珙桐(Davidia involucrata Baill)木材導管壁的細微結(jié)構(gòu)特征[A];第三屆全國掃描電子顯微學會議論文集[C];2003年

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8 張梅英;趙憲;;泥巖的微結(jié)構(gòu)特征及其工程性質(zhì)[A];第五次全國電子顯微學會議論文摘要集[C];1988年

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