微透镜阵列超精密切削加工技术研究

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1、硕士学位论文微透镜阵列超精密切削加工技术研究RESEARCHONULTRA-PRECISIONTURNINGTECHNOLOGYOFMICROLENSARRAY徐礼威哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TG501学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工工学工学学硕士学位论文学硕士学位论文微透镜阵列超精密切削加工技术研究（应用型）硕士研究生：徐礼威导师：韩成顺副教授申请学位：工学硕士学科：机械制造及其自动化所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classifi

2、edIndex:TG501U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineering(Applied)RESEARCHONULTRA-PRECISIONTURNINGTECHNOLOGYOFMICROLENSARRAYCandidate：：：XuLiweiSupervisor：：：AssociateProf.HanChengshunAcademicDegreeAppliedfor：：：MasterofEngineeringSpeciality：：：MechanicalM

3、anufacturingandAutomationAffiliation：：：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：：：July,2015Degree-Conferring-Institution：：：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要微透镜阵列作为一种光学微结构元件，具有小型化、轻量化以及良好的光学性能等优势，在军用及民用领域有着广泛的应用。因此，近年来国内外投入极大的人力及资源研究微透镜阵列的设计优化与制造

4、工艺。目前比较常用的微透镜阵列加工方法主要有特种加工及超精密机械加工。超精密切削加工技术可加工微小尺寸的工件，精度能达到纳米级，是微透镜阵列加工工艺一个切实可行的研究方向，对提高加工精度、表面质量及加工效率有重要的意义。本文主要研究微透镜阵列的超精密切削加工技术，对微透镜阵列切削轨迹进行规划，对切削刀具的选择及加工表面形貌的预测进行研究，并进行加工实验及检测验证前面的理论。首先建立不同排列方式的平面及曲面微透镜阵列表面描述模型，采用弦差限制插补规则生成切削加工轨迹的离散刀位数据点序列，并通过刀尖圆弧半径补偿方法优化

5、刀具轨迹，将补偿量全部分解到刀架导轨上，确保加工过程中机床运行平稳。其次计算切削刀具临界几何参数。建立加工形貌预测模型，以加工程序刀位点轨迹作为输入，通过预测模型输出工件预测表面形貌，对加工精度进行初步预测，并分析部分工艺因素对于加工精度的影响。最后在刀具轨迹规划及形貌预测的理论基础上进行微透镜阵列切削加工实验，成功加工不同排布方式的微透镜阵列。采用试切法进行对刀，使金刚石刀具对准工件中心；机床在数控系统的C轴模式下切削出不同排布方式的平面及曲面微透镜阵列；利用TaylorHobson轮廓仪对工件二维轮廓检测；并使

6、用OLS3000激光共聚焦显微镜对工件表面部分三维形貌进行检测以验证刀具轨迹规划及形貌预测，并对加工实验中所存在的问题进行分析。关键词：微透镜阵列；超精密切削；刀具轨迹规划；形貌预测-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAsonekindofopticalmicrostructurecomponents,microlensarrayiswidelyusedappliedformilitaryandcivilusewithitsadvantagesofopticalperformancesuchasmi

7、niaturizationandlightweight.Becauseofthebroadapplicationofmicrolensarray,agreatdealofenergyandresourcesarespentontheresearchondesignoptimizationandmanufacturingprocessofmicrolensarrayathomeandabroadinrecentyears.Atpresent,microlensarrayiscommonlymanufacturedby

8、non-traditionalmachiningandultra-precisionmachining.Ultra-precisionmachiningtechnology,whichisafeasibleresearchdirectionofmicrolensarray,canrealizeprocessingsizeminiaturization,its