pmma布拉格光栅基板的飞切仿真及实验研究

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1、硕士学位论文PMMA布拉格光栅基板的飞切仿真及实验研究MODELINGANDEXPERIMENTALSTUDYONFLY-CUTTINGPMMABRAGGGRATINGSUBSTRATE刘晓亮哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TH161学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文PMMA布拉格光栅基板的飞切仿真及实验研究硕士研究生：刘晓亮导师：赵清亮教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：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ClassifiedIndex:TH161U.D.C:621Dissertationforthe

2、MasterDegreeinEngineeringMODELINGANDEXPERIMENTALSTUDYONFLY-CUTTINGPMMABRAGGGRATINGSUBSTRATECandidate：LiuXiaoliangSupervisor：Prof.ZhaoQingliangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Confe

3、rring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要分布反馈染料激光器基板上的高精度微米级（通常为10μm以下）布拉格光栅是实现激光波长调谐和保证激光输出质量的关键。布拉格光栅是线性三维周期微沟槽阵列，通常采用MEMS技术和能量辅助技术加工。但是上述技术普遍存在加工精度低、被加工材料单一、加工成本高、生产周期长等问题，从而限制了激光输出效率和质量的提高。结合实际需要和加工条件，本课题使用金刚石飞刀切削技术在PMMA(有机玻璃)基板加工布拉格光栅，借助数值模拟、基础实验类比、有限元仿真和工艺实验验证相结合的方法，研究

4、PMMA基板的力学特性和加工性能，类比地分析飞刀切削过程中的切屑流动过程对加工质量的影响，预测各加工参数对飞刀切削过程中切屑流动性好坏、应力应变的影响规律，采用声发射技术完成亚微米级精度对刀，通过单因素试验验证理论与仿真的预测结果，优化工艺参数。这些工作对最终在PMMA基板上获得高质量布拉格光栅具有重要的理论借鉴意义和实际应用价值。本文通过显微压痕试验测量出材料维氏硬度和压痕形貌，并研究材料在微米级去除量下的弹塑性表现。结合纳米压痕试验计算材料基本力学性能参数，模拟材料的应力-应变曲线，为仿真试验做准备。采用超精密车削获得高质量的PMMA工件端面，借助微刨削实验与飞刀切削实验过程、结果

5、的类比，深入了解飞刀切削布拉格光栅的优势和劣势。并结合飞刀切削力公式分析影响切削质量的因素，得出：刀尖前刀面非自由切屑区域内切屑流动性对加工质量具有重要影响。应用有限元仿真方法，根据实际加工过程，建立三维刀具、工件切削模型，用grooving模式对刀尖前刀面非自由切屑区域内的切削过程进行简化仿真，同时结合压痕试验结果选择软件自带本构模型并完成各项参数的设置。研究了背吃刀量、切削速度和刀尖夹角对切削过程中切屑流动性、应力、应变的影响。搭建实验平台，创新地采用声发射技术完成飞刀切削亚微米级精度对刀，并应用声发射系统分析飞刀切削状态；通过单因素工艺试验结果对比，研究并验证各因素对加工质量的影

6、响规律，在此基础上，优化工艺参数，获得高质量的布拉格光栅。关键词：PMMA；飞刀切削；压痕试验；有限元仿真；声发射对刀-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractThemicronprecisionBragggrating(typically10μmorless)onthedistributedfeedback(DFB)dyelaserssubstrateisthekeypointtothelaserwavelengthtuningandqualityofoutputlaser.Bragggratingisamicronlinearthree-dimensionalperiod

7、icarrayofchannels,commonlymachinedbyMEMSandEnergyassistanttechnology.However,thelowmachiningprecision,processingmaterialsrestricted,highprocessingcosts,longproductiontimeandotherissues,limittheimprovementoftheefficiencyandqu