大尺寸菲涅尔辊筒模具超精密加工工艺研究
发布时间：2022-01-03 22:08
菲涅尔透镜是一种典型的微结构功能表面,大尺寸菲涅尔透镜在聚光光伏发电系统、投射照明系统及激光电视等光学系统和产品中应用越来越广泛,市场需求及质量要求越来越高,因此开发高效率、高精度的大尺寸菲涅尔透镜制造工艺的具有迫切需求。Roll-to-Roll（RTR）超精密复制加工工艺具有高效率,高精度,低成本的优点,是微结构功能表面的理想制造工艺。目前,针对菲涅尔透镜的RTR制造工艺未能得到充分发展,主要原因是作为大尺寸菲涅尔透镜的RTR制造工艺的关键环节,径向菲涅尔辊筒模具的制造不仅对机床的静、动态特性,运动精度及温控精度等方面提出了严苛要求,同时,径向菲涅尔结构的复杂面型决定了刀具加工轨迹的复杂性,要求机床具有特殊的结构布局及更多的运动轴。因此,菲涅尔辊筒模具的制造工艺成为当前大尺寸菲涅尔透镜制造工艺面临的重要技术难题。为解决大尺寸菲涅尔辊筒模具的制造难题,本课题设计并搭建了旋转慢刀伺服装置,将其集成到课题组自主研制的辊筒模具超精密加工机床上,得到加工菲涅尔辊筒模具的专用超精密机床,在此基础上开展菲涅尔辊筒模具的加工工艺研究。本文首先从径向菲涅尔辊筒模具的加工原理出发,分析了机床的功能需求,...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微结构阵列a)柱状透镜阵列[11]b)金字塔微结构阵列[12]
酱螅?枨罅吭嚼丛蕉啵?剿?高效率、高精度的大尺寸菲涅尔透镜的加工方法的需求越来越迫切。Roll-to-Roll复制加工技术是超精密复制加工技术的一种，其原理是通过辊筒模具的连续辊压，将辊筒模具圆柱表面的微结构利用UV光固技术复刻到PET膜片上形成高品质光学膜[28,29]。与注塑成型，平板模具压印等复制成形工艺相比，Roll-to-Roll复制加工技术具有模具尺寸大，辊压过程连续，自动化程度高，效率极高的优点。采用UV光固胶进行复刻，具有接触面积小，模具与膜片易分离的优点。Roll-to-Roll复制加工技术原理如图1-3所示。图1-3Roll-to-Roll复制加工技术原理[30]图1-4超精密辊筒模具综上所述，菲涅尔透镜在光学系统中领域的应用十分广泛，菲涅尔透镜尺寸的增加能够大大提高部分光学系统性能。但是，当前的菲涅尔透镜制造方法存在加工效率低、加工质量受限、成本高等缺点，而采用Roll-to-Roll压印的方法能够有效改善以上加工方法的缺陷，提高加工质量与效率。因此，研究大尺寸菲涅尔透镜的Roll-to-Roll复制加工工艺具有重要意义，工艺的关键是大尺寸的径向菲涅尔辊筒模具的制造。
成型的方法将模具上的菲涅尔结构压印到光学膜片上，得到大尺寸菲涅尔透镜。此工艺的关键环节是大尺寸菲涅尔透镜模具的超精密加工[32]。超精密加工机床的研制始于20世纪60年代[33]。经过几十年的发展，目前，针对大尺寸菲涅尔透镜模具的制造，国际上商业化水平的超精密机床公司已经研制了的专用超精密加工机床。如日本东芝机械生产的UTD-2200B(H)和UTD-3400B(H)型号机床是加工聚焦式太阳能系统中使用的大尺寸菲涅尔透镜模具的专用立式精密车床[34]，分别能够加工最大直径2200mm和3400mm的菲涅尔透镜模具。机床构型如图1-5所示。图1-5日本东芝机械UTD系列机床构型[34]UTD系列机床由两个旋转轴与两个直线轴组成。机床的C轴是一个大直径液体静压支承形式的旋转工作台，C轴配备有真空吸盘，用来装夹工件，同时工作台也配备了减振和散热装置，能够有效抑制外界振动和机床的热变形误差对加工精度的影响。B轴是高精度的空气静压主轴，用来实现刀具角度的高精度调整。X轴和Z轴采用高精度的V-V滚针导轨作为其导向部件，能够在实现超低摩擦的同时抑制导轨运动过程的振动在20nm以内。机床工作时，X轴用来调整加工的菲涅尔模具的半径，Z轴控制金刚石刀具切削深度，C轴控制工件旋转，B轴精密调整金刚石刀具倾斜角度。C轴与Z轴的联动可实现刀具与工件的模拟车削运动，从而完成大尺寸平板菲涅尔模具的加工。美国Precitech公司生产的Nanoform700ultra和NanoformL1000多轴超精密加工系统可以根据需求配置成两轴至四轴，用来进行球面、非球面和自由曲面的超1.2国内外研究现状分析
本文编号：3567062
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
微结构阵列a)柱状透镜阵列[11]b)金字塔微结构阵列[12]
酱螅?枨罅吭嚼丛蕉啵?剿?高效率、高精度的大尺寸菲涅尔透镜的加工方法的需求越来越迫切。Roll-to-Roll复制加工技术是超精密复制加工技术的一种，其原理是通过辊筒模具的连续辊压，将辊筒模具圆柱表面的微结构利用UV光固技术复刻到PET膜片上形成高品质光学膜[28,29]。与注塑成型，平板模具压印等复制成形工艺相比，Roll-to-Roll复制加工技术具有模具尺寸大，辊压过程连续，自动化程度高，效率极高的优点。采用UV光固胶进行复刻，具有接触面积小，模具与膜片易分离的优点。Roll-to-Roll复制加工技术原理如图1-3所示。图1-3Roll-to-Roll复制加工技术原理[30]图1-4超精密辊筒模具综上所述，菲涅尔透镜在光学系统中领域的应用十分广泛，菲涅尔透镜尺寸的增加能够大大提高部分光学系统性能。但是，当前的菲涅尔透镜制造方法存在加工效率低、加工质量受限、成本高等缺点，而采用Roll-to-Roll压印的方法能够有效改善以上加工方法的缺陷，提高加工质量与效率。因此，研究大尺寸菲涅尔透镜的Roll-to-Roll复制加工工艺具有重要意义，工艺的关键是大尺寸的径向菲涅尔辊筒模具的制造。
成型的方法将模具上的菲涅尔结构压印到光学膜片上，得到大尺寸菲涅尔透镜。此工艺的关键环节是大尺寸菲涅尔透镜模具的超精密加工[32]。超精密加工机床的研制始于20世纪60年代[33]。经过几十年的发展，目前，针对大尺寸菲涅尔透镜模具的制造，国际上商业化水平的超精密机床公司已经研制了的专用超精密加工机床。如日本东芝机械生产的UTD-2200B(H)和UTD-3400B(H)型号机床是加工聚焦式太阳能系统中使用的大尺寸菲涅尔透镜模具的专用立式精密车床[34]，分别能够加工最大直径2200mm和3400mm的菲涅尔透镜模具。机床构型如图1-5所示。图1-5日本东芝机械UTD系列机床构型[34]UTD系列机床由两个旋转轴与两个直线轴组成。机床的C轴是一个大直径液体静压支承形式的旋转工作台，C轴配备有真空吸盘，用来装夹工件，同时工作台也配备了减振和散热装置，能够有效抑制外界振动和机床的热变形误差对加工精度的影响。B轴是高精度的空气静压主轴，用来实现刀具角度的高精度调整。X轴和Z轴采用高精度的V-V滚针导轨作为其导向部件，能够在实现超低摩擦的同时抑制导轨运动过程的振动在20nm以内。机床工作时，X轴用来调整加工的菲涅尔模具的半径，Z轴控制金刚石刀具切削深度，C轴控制工件旋转，B轴精密调整金刚石刀具倾斜角度。C轴与Z轴的联动可实现刀具与工件的模拟车削运动，从而完成大尺寸平板菲涅尔模具的加工。美国Precitech公司生产的Nanoform700ultra和NanoformL1000多轴超精密加工系统可以根据需求配置成两轴至四轴，用来进行球面、非球面和自由曲面的超1.2国内外研究现状分析
本文编号：3567062
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