圓柱表面微結(jié)構(gòu)超精密加工關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、具有各種形式微結(jié)構(gòu)的光學薄膜在液晶顯示、LED照明、光學儀器等領域應用廣泛，市場需求巨大。輥子是微結(jié)構(gòu)光學薄膜模壓制造的核心零件。在輥子上加工出高質(zhì)量的光學微結(jié)構(gòu)，如微球面陣列、菲涅爾結(jié)構(gòu)陣列、棱鏡陣列、金字塔陣列等，是光學薄膜制造的關(guān)鍵。輥子圓柱表面的微結(jié)構(gòu)復雜，形狀精度、表面粗糙度要求也極高，使得其加工制造成為難點，超精密車削成形是一種高效加工方式。然而，車削加工的可達性、海量微結(jié)構(gòu)表面加工的一致性、伺服刀具動態(tài)特性的制約等方面是輥

2、子微結(jié)構(gòu)超精密加工需關(guān)注的關(guān)鍵問題。圓柱面微結(jié)構(gòu)的加工不同于端面，其刀具路徑為等直徑的螺旋線。柱面是封閉曲面，微結(jié)構(gòu)陣列由柱面到平面的展成方法、微結(jié)構(gòu)單元沿圓周方向的銜接也成為技術(shù)難點。
　　本文以圓柱表面微結(jié)構(gòu)陣列加工為研究對象，在理論層面探討了微結(jié)構(gòu)陣列的統(tǒng)一表達形式，從刀具幾何形狀、伺服刀具動態(tài)特性制約等方面入手研究了微結(jié)構(gòu)陣列的可加工性，建立了圓柱面微結(jié)構(gòu)陣列車削加工的實驗系統(tǒng)，并對典型柱面微結(jié)構(gòu)進行了加工實驗。論文主要內(nèi)

3、容如下：
　　1、研究了微結(jié)構(gòu)陣列的統(tǒng)一表征方法。采用經(jīng)典拓撲表達模型描述微結(jié)構(gòu)陣列單元之間的拓撲關(guān)系，在此基礎上結(jié)合內(nèi)部-邊界-外部的方向關(guān)系以及距離關(guān)系，形成了任意形式微結(jié)構(gòu)陣列空間關(guān)系的統(tǒng)一表達模型。對具有方程描述且形式簡單的微結(jié)構(gòu)陣列，采取了用矢量空間拓撲關(guān)系組合模型進行表達的方法。研究統(tǒng)一表達模型有助于規(guī)范設計過程、簡化加工程序設計。
　　2、探討了圓柱表面微結(jié)構(gòu)可加工性的制約規(guī)律。首先，從不發(fā)生幾何干涉的角度，具

4、體研究了金剛石刀具幾何尺寸與微結(jié)構(gòu)特征尺寸之間的制約關(guān)系，得到了刀具參數(shù)的設計依據(jù)；其次，從伺服刀具頻域響應的角度，研究了伺服刀具動態(tài)性能與微結(jié)構(gòu)陣列之間的制約關(guān)系，研究表明輸入信號除基頻外的頻率成分對加工也可能會有一定影響；最后，綜合考慮刀具幾何尺寸、伺服刀具動態(tài)特性、機床性能等，形成了單因素或多因素耦合的微結(jié)構(gòu)可加工性制約曲面，從而為工藝參數(shù)的選定提供指導。
　　3、研究了微結(jié)構(gòu)切深數(shù)據(jù)的生成算法。推導了適用于柱面微結(jié)構(gòu)的刀具

5、半徑補償算法，應用了最小二乘曲面擬合的方法進行離散數(shù)據(jù)的曲面擬合。得到了可用于離散數(shù)據(jù)的雙線性插值算法，并以口徑較小、深度較大的球面微結(jié)構(gòu)為例進行檢驗。結(jié)果表明這種插值方法計算簡單，誤差較小。結(jié)合刀具半徑補償和數(shù)據(jù)插值解決了切深數(shù)據(jù)生成算法的編程問題。
　　4、分析了影響微結(jié)構(gòu)陣列加工精度的誤差源，研究了加工精度的評價方法。分別分析了圓柱直徑測量誤差、刀具高度調(diào)整誤差、刀具過切這三者對單個微結(jié)構(gòu)輪廓精度的影響，得到了其中的影響規(guī)律