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基于AFM圆弧刃金刚石刀具全刃口锋利度检测和评价技术

收藏本文 2024-04-06 点赞:8097 浏览:25628 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:天然金刚石刀具是金刚石超精密切削加工及科研工作的工具。研究:金刚石刀具纳米级别的刃口锋利度对超精密加工表面质量,是表面微观几何形貌影响,锋利度大小不同,其加工件表面的几何特征和物理化学参数差异。因此,刃口锋利度是表征金刚石刀具性能的技术参数之一。,金刚石刀具刃口锋利度测量难点主要有两个:一是常规轮廓检测设备刃口轮廓检测;二是圆弧刃金刚石刀具纳米级刃口锋利度的评价理论尚未统一在分析圆弧刃金刚石刀具刃口锋利度检测关键技术的基础上,了基于原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)的全刃口锋利度测量方法,建立了一种新型的测量系统。此系统以AFM为主要测试平台,附加一套精密回转气浮轴系和驱动系统,实现了圆弧刃金刚石刀具在刃口刀尖方向的可控微小进给,在刀具一次装夹的情况下可完成刃口部位的多点扫描,间接的全刃口检测。分析了测量系统的误差来源,阐明了气浮主轴径向回转误差、AFM扫描误差等多个误差源的耦合关系和解耦方法,抑制了系统噪声对观测结果的影响。对测量系统的测试:所研制气浮主轴的径向回转精度、定位精度和整个系统的静态测量噪声等多项指标基本达到了检测全刃口锋利度的要求。金刚石刀具刃口锋利度现有的评价方法还存在不足,对其了改进。金刚石刀具刃口截面轮廓由两段直线与一段类圆弧曲线组成,一般刃口锋利度由刃口钝圆半径表征。应用了基于二次曲率法的截面轮廓特征点的提取办法,分离出前后刀面直线点和待拟合圆弧点,计算结果该方法计算简单,寻点准确。同时从刀具刃磨的实际工艺出发,了成形的理想钝圆圆弧与前、后刀面相切的,建立了以前、后刀面线与圆弧相切为约束条件的钝圆半径最小二乘法求解模型,该评价模型所得半径值与实际刃口形貌情形更。同时尝试从分析刀具全刃口锋利度对表面加工质量的影响出发,以局部锋利度表征为基础对刀具全刃口锋利度的评价方法了探索研究。分析了锋利度评价中的误差。在构建的测量系统上了金刚石刀具刃口锋利度测量实验:在局部锋利度测量实验中,当锋利度大小为70nm级别时,测量结果的不确定度约为5nm;对某一区域多次测量,其计算结果检测性好;并将计算结果与其他方法了对比,新的圆弧拟合方法可以更加真实反映刀具刃口的轮廓信息,具有较高精度和可信度。在全刃口锋利度的测量实验中,多次测量利用统计学方法了全刃口锋利度参数表征,所得结果在一定上可反映刀具的锋利性能。理论分析和实验研究,对圆弧刃金刚石刀具全刃口锋利度检测与评价技术探索研究,所的成果和为刀具质量评价了参考,为刀具刃磨了技术支撑。关键词:金刚石刀具论文原子力显微镜论文全刃口锋利度论文气浮轴系论文评价方法论文

    摘要3-5

    Abstract5-7

    目录7-10

    章 绪论10-21

    1.1 引言10

    1.2 金刚石刀具的技术特点10-11

    1.3 金刚石刀具刃磨技术发展现状11-12

    1.4 金刚石刀具刃口锋利度的表征及评价12-16

    1.4.1 金刚石刀具刃口锋利度表征12-13

    1.4.2 金刚石刀具刃口锋利度对表面质量影响13-15

    1.4.3 金刚石刀具刃口锋利度对脆性切削的影响15

    1.4.4 金刚石刀具刃口锋利度检测对刃磨工艺的指导15-16

    1.5 金刚石刀具刃口锋利度检测与评价方法的国内外发展概况及存在问题16-19

    1.5.1 常用检测与评价方法17-18

    1.5.2 现有方法存在的主要问题18-19

    1.6 课题的来源、研究目的和研究19-20

    1.7 论文研究的主要内容20-21

    章 金刚石刀具锋利度测量系统设计21-32

    2.1 AFM基本原理及计量中存在的问题21-25

    2.1.1 AFM基本原理21-22

    2.1.2 基于AFM精确测量面临的问题22-25

    2.2 全刃口锋利度的评价25-27

    2.3 测量系统功能分析27-29

    2.4 测量系统方案设计29-31

    2.5 小结31-32

    章 金刚石刀具锋利度测量装置研制32-55

    3.1 测量装置设计要求32

    3.2 测量装置结构设计32-38

    3.2.1 精密气浮轴系设计33-34

    3.2.2 传动方式选择34

    3.2.3 刀具夹装设计及对测量的影响34-38

    3.3 测控系统设计38-43

    3.3.1 伺服驱动装置与圆光栅选择38-40

    3.3.2 控制程序编制40-43

    3.4 测量装置集成与性能测试43-54

    3.4.1 布局设计43-44

    3.4.2 AFM测量误差校准44-48

    3.4.3 气浮主轴径向回转误差测量48-51

    3.4.4 系统静态精度测试51-54

    3.5 小结54-55

    章 金刚石刀具刃口锋利度评价方法研究55-73

    4.1 AFM扫描图像平滑55-58

    4.2 AFM扫描图像坐标变换58-60

    4.3 单截面锋利度大小求解60-67

    4.3.1 截面轮廓特征点提取60-63

    4.3.2 钝圆半径求解63-67

    4.4 全刃口锋利度评价67-68

    4.5 圆弧刃金刚石刀具刃口锋利度评价流程68-69

    4.6 锋利度评价误差分析69-72

    4.7 小结72-73

    第五章 金刚石刀具锋利度测量实验研究73-90

    5.1 AFM扫描参数对测量的影响及扫描参数的选择73-74

    5.1.1 扫描范围73

    5.1.2 扫描速度73-74

    5.1.3 反馈增益74

    5.2 实验设计74-76

    5.2.1 实验74-76

    5.2.2 实验条件76

    5.3 锋利度实验研究76-88

    5.3.1 刃口局部锋利度测量实验研究76-82

    5.3.2 全刃口锋利度测量实验研究82-87

    5.3.3 切削试验验证87-88

    5.4 小结88-90

    第六章 总结与展望90-93

    6.1 研究工作总结90-91

    6.2 技术进步与创新点91

    6.3 研究工作展望91-93

    致谢93-94

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