刀具磨损与热变形对大型铝合金反射镜面形精度影响研究
本文选题：超精密切削 切入点：金刚石刀具 出处：《哈尔滨工业大学》2017年博士论文
【摘要】：大型铝合金反射镜是保证空间光学系统高分辨率的重要元件,其加工面形误差直接影响反射镜的使用性能。金刚石超精密切削由于具有确定性加工等技术优势,是实现大型铝合金反射镜高效超精密切削加工的重要方法。在大型铝合金反射镜金刚石超精密切削过程中,由于零件尺寸大,切削路程长且加工过程中不宜换刀、零件内外缘的切削速度差值大,造成严重刀具磨损和刀具热伸长,成为了制约大型铝合金反射镜加工面形精度提高的关键问题,因此展开相关问题的研究具有理论意义与实际应用价值。在大型铝合金反射镜超精密切削过程中,金刚石刀具磨损机制与磨损规律的分析是探索减少刀具磨损对反射镜加工面形精度影响的基础。本文建立了单晶铝金刚石刀具超精密切削分子动力学仿真模型,通过仿真结果分析了金刚石刀具磨损机制,并进行了铝合金超精密切削刀具磨损实验,验证了刀具磨损机制仿真结果的正确性。通过分子动力学仿真与刀具磨损实验,研究了切削参数和刀具几何参数对刀具磨损影响的主次关系及影响规律,为分析刀具磨损对大型铝合金反射镜加工面形精度的影响提供了依据。刀具磨损程度是直接影响大型铝合金反射镜加工面形精度的关键因素。本文从圆弧刃金刚石刀具超精密切削已加工表面形成过程研究入手,分析了刀具磨损形态与有效切削厚度之间的内在联系。基于刀具磨损带微观形貌特征的检测与分析,提出了反映刀具磨损所致切削刃廓形变化程度的刀具磨损表征参数Hc。采用表面三维重构与二维轮廓截面相结合的方法,实现了刀具磨损表征参数Hc的获取,建立了铝合金超精密切削过程中刀具磨损表征参数Hc的数学模型。通过大型铝合金反射镜金刚石超精密切削实验,获得了切削路程对刀具磨损表征参数Hc及加工面形精度的影响规律,为减少刀具磨损对大型铝合金反射镜加工面形误差影响的技术措施提供了依据。刀具热变形对大型铝合金反射镜加工面形精度有着至关重要的影响。本文通过铝合金超精密切削过程的有限元仿真与实验研究,分析了刀具磨损与工艺参数对切削温度的影响。在此基础上,基于金属切削理论及有限元仿真,建立了考虑刀具磨损的铝合金超精密切削过程中刀具热伸长的模型,分析了切削参数、刀具几何参数及刀具磨损对刀具热伸长影响的主次关系,为研究刀具热伸长对大型铝合金反射镜加工面形精度的影响提供了依据。在以上研究的基础上,进行了大型铝合金反射镜超精密切削加工工艺实验,获得了切削速度与刀具后角对大型铝合金反射镜加工面形精度的影响规律。基于刀具磨损表征参数Hc与刀具热伸长的数学模型,采用非支配排序遗传算法对工艺参数进行了优化,获得了大型铝合金反射镜超精密切削优化的切削参数与刀具几何参数,并通过切削实验验证了工艺参数优化方法的有效性。研究结果为大型铝合金反射镜超精密切削加工工艺参数的选择提供了依据。
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【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】：2017
【分类号】：V46
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，本文编号：1699858
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