微透镜阵列超精密切削加工技术研究

发布时间：2017-07-13 18:21

  本文关键词：微透镜阵列超精密切削加工技术研究

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【摘要】：微透镜阵列作为一种光学微结构元件,具有小型化、轻量化以及良好的光学性能等优势,在军用及民用领域有着广泛的应用。因此,近年来国内外投入极大的人力及资源研究微透镜阵列的设计优化与制造工艺。目前比较常用的微透镜阵列加工方法主要有特种加工及超精密机械加工。超精密切削加工技术可加工微小尺寸的工件,精度能达到纳米级,是微透镜阵列加工工艺一个切实可行的研究方向,对提高加工精度、表面质量及加工效率有重要的意义。本文主要研究微透镜阵列的超精密切削加工技术,对微透镜阵列切削轨迹进行规划,对切削刀具的选择及加工表面形貌的预测进行研究,并进行加工实验及检测验证前面的理论。首先建立不同排列方式的平面及曲面微透镜阵列表面描述模型,采用弦差限制插补规则生成切削加工轨迹的离散刀位数据点序列,并通过刀尖圆弧半径补偿方法优化刀具轨迹,将补偿量全部分解到刀架导轨上,确保加工过程中机床运行平稳。其次计算切削刀具临界几何参数。建立加工形貌预测模型,以加工程序刀位点轨迹作为输入,通过预测模型输出工件预测表面形貌,对加工精度进行初步预测,并分析部分工艺因素对于加工精度的影响。最后在刀具轨迹规划及形貌预测的理论基础上进行微透镜阵列切削加工实验,成功加工不同排布方式的微透镜阵列。采用试切法进行对刀,使金刚石刀具对准工件中心;机床在数控系统的C轴模式下切削出不同排布方式的平面及曲面微透镜阵列;利用Taylor Hobson轮廓仪对工件二维轮廓检测;并使用OLS3000激光共聚焦显微镜对工件表面部分三维形貌进行检测以验证刀具轨迹规划及形貌预测,并对加工实验中所存在的问题进行分析。
【关键词】：微透镜阵列 超精密切削 刀具轨迹规划 形貌预测
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH74
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-17
• 1.1 课题研究的目的和意义8-10
• 1.2 国内外研究及发展现状10-16
• 1.2.1 微透镜阵列制造技术国内外研究现状及分析10-12
• 1.2.2 超精密机械加工技术国内外研究现状及分析12-15
• 1.2.3 表面形貌检测技术国内外研究现状及分析15-16
• 1.3 课题研究的主要内容16-17
• 第2章 微透镜阵列切削轨迹规划17-34
• 2.1 引言17
• 2.2 微透镜阵列表面形貌数学建模17-25
• 2.2.1 矩形排布的平面微透镜阵列17-19
• 2.2.2 六边形排布的平面微透镜阵列19-20
• 2.2.3 环形排布曲面微透镜阵列表面形貌数学建模20-22
• 2.2.4 蜂巢状排布曲面微透镜阵列表面形貌数学建模22-25
• 2.3 微透镜阵列切削轨迹生成算法25-31
• 2.3.1 刀具轨迹生成算法原理25-26
• 2.3.2 等角度插补的刀具轨迹生成26-27
• 2.3.3 等弧长插补的刀具轨迹生成27-28
• 2.3.4 弦差限制插补的刀具轨迹生成28-31
• 2.4 切削轨迹的刀尖圆弧半径补偿31-33
• 2.4.1 常用的刀尖圆弧半径补偿31-32
• 2.4.2 针对球面的刀尖圆弧半径32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 微透镜阵列切削刀具参数选择及表面形貌预测34-51
• 3.1 引言34
• 3.2 金刚石车刀几何参数选择34-37
• 3.3 微透镜阵列加工形貌预测37-41
• 3.3.1 刀尖二维轮廓模型37-38
• 3.3.2 形貌预测模型38-39
• 3.3.3 预测表面形貌评价39-41
• 3.4 加工精度影响因素分析41-50
• 3.4.1 刀尖圆弧半径补偿对精度的影响41-44
• 3.4.2 X导轨进给率对精度的影响44-46
• 3.4.3 中心对刀误差对精度的影响46-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第4章 超精密切削加工微透镜阵列实验及检测51-66
• 4.1 引言51
• 4.2 超精密车削实验51-57
• 4.2.1 加工实验设备51
• 4.2.2 加工对刀51-54
• 4.2.3 试切加工实验54-55
• 4.2.4 平面及曲面阵列工艺过程及加工实验55-57
• 4.3 加工结果检测57-65
• 4.3.1 轮廓仪二维轮廓检测57-62
• 4.3.2 共聚焦显微镜三维形貌检测62-64
• 4.3.3 加工结果分析64-65
• 4.4 本章小结65-66
• 结论66-67
• 参考文献67-72
• 致谢72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 徐琰;颜树华;周春雷;张军;;昆虫复眼的仿生研究进展[J];光学技术;2006年S1期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 邢强;仿昆虫复眼结构的运动目标位置检测[D];南京航空航天大学;2010年

2 褚鑫;人工仿生复眼的光学设计仿真及其数控加工工艺研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

3 郭向峰;非球面反射镜横向剪切干涉检测技术仿真与实验研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

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本文编号：537953