光学微结构飞刀加工自动数控编程与表面质量预测的研究

摘要

光学微结构元件作为光电产品和光通讯产品不可或缺的关键零部件，已在航天、信息等领域获得了十分广泛的应用。微结构功能表面的高精度、高效率和低成本加工制造引起了世界各国广泛的关注和研究。光学微结构元件通常是利用特种加工方法如光刻、微细电解等进行加工，工艺过程复杂，效率低，成本高，限制了光学微结构元件的应用。采用单点金刚石飞刀加工可以直接加工出具有纳米级的表面粗糙度和亚微米级形状精度的光学微结构元件而不需要后续处理。
　　本文以单点金刚石飞刀加工微V沟槽为研究对象，以得到飞刀加工V沟槽数控代码自动生成系统为目的，主要做了如下工作:
　　根据金刚石飞刀切削的加工特点，基于对表面残留高度误差的考虑以及对走刀方式的选择，并针对V沟槽类元件计算得到刀触点数据和刀位点数据，经过后置处理得到刀具轨迹，并通过仿真模块验证刀具轨迹的正确性。
　　基于切削参数对光学微结构元件表面质量影响的研究，在Precitech Freeform705五轴超精密加工机床上进行切削实验，分析主轴转速、进给量、切削深度对表面粗糙度的影响，优化工艺参数，以获得良好的加工效果，为形成一种新型的高质量、高效率、低成本的微结构功能表面的超精密加工工艺方法积累经验。利用多元线性回归分析的方法建立表面粗糙度预测模型，达到在加工前设计、预测和控制表面粗糙度的目的。
　　针对超精密飞刀加工V沟槽，使用Visual C++开发一体化集成系统平台，其功能包括:沟槽设计，数据转换，零件建模，数控代码生成，加工仿真及表面粗糙度预测等。实现了飞刀加工微沟槽数控代码的自动生成及刀具轨迹的仿真，验证了系统的稳定与高效、数控代码的正确性及表面粗糙度预测的有效性，达到了预期目标。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 光学微结构加工技术

1．2．1 光学微结构的定义与应用

1．2．2 光学微结构加工技术发展和现状

1．2．3 数控加工切削工艺参数优化的研究进展

1．3 课题研究的目的和意义

1．4 课题研究的主要内容

第二章 光学微结构数控代码的自动生成

2．1 数控程序的基本结构

2．2 刀具轨迹生成方法

2．3 光学微结构数控代码的自动生成

2．3．1 加工所需相关信息的输入与管理

2．3．2 刀触点数据计算

2．3．3 刀位点数据计算

2．3．4 数控代码的错误检查

2．4 飞刀加工V沟槽表面残留高度模型的建立

2．4．1 微V沟槽基本几何参数

2．4．2 表面残留高度模型的建立

2．5 本章小结

第三章 光学微结构飞刀加工表面质量预测

3．1 多元线性回归分析法

3．2 光学微结构飞刀加工实验方案设计

3．3 实验结果分析

3．4 表面粗糙度预测模型的建立

3．5 本章小结

第四章 光学微结构飞刀加工数控代码生成系统开发

4．1 系统平台的总体结构

4．2 系统平台的模块划分

4．3 系统平台各模块分析

4．4 光学微结构数控代码生成系统的界面设计

4．5 光学微结构的加工过程

4．6 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢

附录