SiC陶瓷非球面磨削砂轮磨损及其对面形误差影响研究

发布时间：2018-02-07 16:50

  本文关键词： SiC陶瓷 非球面 砂轮磨损 面形误差 预测模型　出处：《哈尔滨工业大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：SiC陶瓷具有硬度高、耐磨损、热膨胀系数小、耐化学腐蚀、比刚度高以及稳定性好等材料特性,已越来越广泛地应用于卫星、航空航天、先进武器、空间望远镜等领域,对大口径SiC陶瓷光学元件加工效率和加工精度的要求也越来越高。目前金刚石砂轮磨削仍是SiC陶瓷主要加工手段,但由于SiC陶瓷的高硬度和高耐磨性,在大口径非球面磨削过程中,砂轮磨损严重、磨削效率低、磨削表面/亚表面质量差以及非球面磨削时面形误差大等成为制约SiC陶瓷非球面应用的关键因素。因此,研究砂轮磨损对SiC陶瓷磨削特性及对大口径SiC陶瓷非球面磨削面形误差的影响,对提高SiC陶瓷非球面加工效率和加工精度具有非常重要的理论意义和应用价值。本文针对大口径SiC陶瓷非球面磨削过程中砂轮磨损严重的问题,从增大砂轮有效使用率、减小砂轮磨损方面分析了不同磨削方式下金刚石砂轮磨削SiC陶瓷时的轨迹特性,以及现有几种非球面磨削方式在减小砂轮磨损、提高非球面磨削面形误差方面的优缺点,选择了可以明显增大砂轮有效使用率的平行法磨削作为SiC陶瓷非球面磨削方式。以非球面磨削表面残余高度为依据,以最大化砂轮有效使用率为目的,给出了砂轮形状尺寸及磨削时砂轮倾斜角度的选择范围,确定了以等材料去除率去除和等残余高度去除相结合的方式对SiC陶瓷非球面磨削过程进行有效控制。根据SiC陶瓷高硬度的物理特性选择了金刚石砂轮进行磨削实验;通过对比分析SiC陶瓷和玻璃磨削过程中磨削力、磨削力比情况,发现SiC陶瓷具有更高的难加工性,且砂轮磨损比较明显,因此,首先基于金刚石颗粒刻划实验,分析了单颗金刚石磨粒持续刻划SiC陶瓷时磨削力、刻划沟槽宽度和深度、表面质量的变化情况,结果显示当刻划距离达到1800mm时金刚石颗粒严重破碎失去磨削能力。进而通过金属结合剂金刚石砂轮磨损实验,研究了砂轮磨损对SiC陶瓷磨削力及磨削质量的影响,得到在砂轮磨损过程中SiC陶瓷材料磨削去除特性。在此基础上,建立了砂轮稳定磨削阶段金属结合剂金刚石砂轮磨削SiC陶瓷的体积磨削比回归模型,为后续建立砂轮磨损对SiC陶瓷非球面磨削面形误差影响模型提供实验依据。以SiC陶瓷磨削过程中的体积磨削比为桥梁,建立了砂轮磨损对SiC陶瓷非球面磨削面形误差的影响模型,通过SiC陶瓷非球面平行法磨削实验,验证了砂轮瞬时径向磨损量模型和非球面磨削面形误差模型的理论值与实验值的误差低于20%。以SiC陶瓷非球面磨削过程中砂轮瞬时径向磨损量为依据,建立了SiC陶瓷非球面磨削面形误差预补偿模型,通过理论分析及数值仿真,结果表明:通过多次砂轮磨损预补偿迭代,理论上可以大幅度消除砂轮磨损产生的SiC陶瓷非球面磨削面形误差。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG580.6

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本文编号：1494847