KDP晶体超精密加工切削力的理论及实验研究

摘要

KDP(Potassium Dihydrogen Phosphate)晶体作为一种优质的非线性光学晶体，被广泛应用于激光和非线性光学领域。KDP晶体属于难加工的软脆材料，它的加工一直是限制激光核聚变装置发展的瓶颈技术之一。在KDP晶体超精密加工过程中，切削力波动引起的振动与机床振动耦合会对KDP加工表面质量产生重大影响，因此通过对KDP晶体精密加工的切削力的理论及实验研究，探索减小切削力对表面粗糙度影响的途径，这对于提高KDP晶体超精密加工表面质量及生产实践具有重要意义。
　　首先，本文分析了KDP晶体的力学特性，得到了KDP晶体各向异性对力学性能的影响。然后，运用剪切变形比能最大理论，结合KDP晶体材料特性，建立了KDP晶体的剪切角模型，分析了材料各向异性对剪切角的影响。
　　其次，从超精密加工表面形成机理出发，通过超精密切削与传统切削的对比，建立了新的超精密加工切削力模型，得到了切削力与各加工参数的关系方程式，分析了KDP晶体超精密加工中各向异性对切削力的影响。通过刀具几何参数优选使切削力达到最优值，从而减小振动进而达到控制表面质量的目的。
　　第三，在综合前人对微切削加工机理分析的基础上，利用网格重划分准则建立切屑与工件的分离准则，并且考虑了切削刃钝圆半径对切削加工的影响，建立了平面应变条件下的弹塑性正交切削加工有限元分析模型。利用商用有限元软件MARC对加工过程进行有限元仿真，分析了KDP晶体超精密加工中各种参数对切削力的影响。
　　最后，在超精密机床上对KDP晶体进行切削实验，在切削过程中采集切削力信号并对数据进行分析处理，验证了切削参数对切削力的影响，并将理论与实验结果进行对比分析以验证KDP晶体超精密加工切削力模型的可靠性。

目录

KDP晶体超精密加工切削力的理论及实验研究

RESEARCH OF THEORY AND EXPERIMENT ON CUTTING FORCE OFKDP CRYSTAL IN ULTRA-PRECISION MACHINING

摘要

Abstract

绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 KDP晶体单点金刚石切削加工技术研究现状

1.4 超精密加工切削力的研究现状

1.4.1 静态切削力的研究现状

1.4.2 动态切削力的研究现状

1.5 切削力有限元仿真的研究现状

1.6 主要研究内容

第2章 KDP晶体各向异性对剪切角影响的研究

2.1 引言

2.2 KDP晶体结构与特点

2.3 KDP晶体力学特性分析

2.4 KDP晶体超精密加工剪切角模型的建立

2.5 KDP晶体各向异性对剪切角的影响

2.6 本章小结

第3章 KDP晶体各向异性对切削力影响的研究

3.1 引言

3.2 KDP晶体超精密加工切削力模型建立及受力分析

3.2.1 KDP晶体超精密加工切削力模型的建立

3.2.2 作用于刀具前刀面的切削力

3.2.3 作用于刀具后刀面的切削力

3.3 KDP晶体各向异性对切削力的影响

3.4 刀具几何参数的优选

3.5 本章小结

第4章 KDP晶体超精密加工切削力的有限元仿真

4.1 引言

4.2 KDP晶体塑性域切削仿真模型的建立

4.2.1 KDP晶体超精密加工直角切削模型的建立

4.2.2 材料特性及边界条件

4.2.3 切屑与工件的分离准则

4.3 切削仿真过程中切削参数对切削力影响及原因的分析

4.3.1 背吃刀量对加工过程中切削力的影响

4.3.2 刀具前角对加工过程中切削力的影响

4.3.3 刀具后角对加工过程中切削力的影响

4.3.4 切削刃钝圆半径对加工过程中切削力的影响

4.3.5 切削速度对加工过程中切削力的影响

4.4 本章小结

第5章 KDP晶体超精密加工切削力的实验研究

5.1 引言

5.2 KDP晶体单点金刚石切削实验的加工条件

5.2.1 超精密加工机床及加工方式

5.2.2 金刚石刀具

5.2.3 切削力测量系统及实验条件

5.3 KDP晶体单点金刚石切削实验结果分析

5.3.1 切削分力对比

5.3.2 切削过程切削力的变化

5.3.3 切削力与切削参数的关系

5.3.4 切削力模型的验证

5.4 本章小结

结论

参考文献

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致谢