弧形刻刀的主刃半径对中阶梯光栅槽形的影响研究.pdf

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1、2011年第1期现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)制造技术／工艺装备弧形刻刀的主刃半径对中阶梯光栅槽形的影响研究。倪坤，史国权，石广丰，宋林森，张文涛(长春理工大学机电工程学院，长春130022)摘要：以弧形刻刀刻划79·g／mm的中阶梯衍射光栅为研究对象，基于滑移线场理论建立了光栅槽形隆起高度的数学模型，并以此分析出槽形隆起高度随主刃半径增大而降低的变化规律。在有限元软件DEFORM中建立了弧形刻刀刻划光栅的动态仿真模型，模拟出主刃圆弧半径参数对槽形隆起高度

2、的影响规律。和理论分析一致。为弧形刻刀刻划中阶梯衍射光栅的机理和工艺研究奠定基础。关键词：弧形刻刀；刻划光栅；隆起高度；有限元中图分类号：THl6文献标志码：A文章编号：167l-3133(2011)01---0074----04ThestudyonmainedgeradiusofcirculargraverinfluenceongrooveshapeofechelongratingNIKun，SHIGuo—quan，SHIGuang—feng，SONGLin·sen，ZHANGWen-tao(Co

3、llegeofElectro-mechanicalEngineering，ChangchunUniversityofScienceandTechnology，Changchun130022，China)Abstract：Studytheprocessofcarving799／anneehellediffractiongratingwiththecirculargraver．Onthebaseoftheslip—linefieldtheory，themathematicalmodelofapophys

4、isheightofgrooveshapeisestablished，andtheregularitytochangehasbeena．nalysised．Theheightreduceswithincreasingmaine地lgeradius．ThedynamicmodelsofcarvinggratingwiththecirculargraveraresettedupinthefiniteelementsoftwareDEFORM．Thevariationofapophysisheightha

5、sbeensimulated，consistedwiththeresultoftheoreticalanalysis．Laythefoundationfortheresearchbasisofmechanismandtechnicsincarvingechellediffractiongratingwiththec沁dargraver．Keywords：circulargraver；ndedgrating；apophysisheight；finiteelement机械刻划光栅是金刚石刻划刀在镀有金属

6、膜层的基底上进行挤压、抛光的过程，该过程中不产生金属切屑⋯。根据刻刀形状，金刚石刻划刀可分为直线刻刀、弧形刻刀以及延伸角锥刀口1。其中弧形刻刀是由两个圆锥面相交而形成的弧形刀脊，锥面交线即为刻刀主刃，弧形刻刀如图1所示。利用弧形刻刀刻划时，铝膜受到两锥面的挤压、抛光形成光栅槽形。采用不同的主刃半径，可刻划不同高度的槽形轮廓。利用弧形刻刀进行光栅刻划，可以实现在线换刃：即刀尖磨损严重或发生崩刃时，将弧形刻刀旋转一定角度，继续刻划，从而成倍地提高刻划刀寿命。此外，弧形刻刀还可用来刻划凹面光栅口J。以往，

7、由·吉林省科技发展计划项目(Na20080534)74圆(定圆锥面(非定向面J图1弧形刻刀‘于弧形刻刀的磨制困难、精度不易保证，国内很少使倪坤，等：弧形刻刀的主刃半径对中阶梯光栅槽形的影响研究2011年第1期用，对弧形刻刀刻划光栅的研究也较少。近年来，随着大尺寸光栅及凹面光栅的广泛应用，弧形刻刀的需求变得十分迫切，因此研究弧形刻刀刻划光栅具有重要意义。光栅机械刻划对刻划机精度、刀具参数及环境等因素要求苛刻，且需多次试刻才能达到理想槽形。所以光栅机械刻划光栅具有制造难度大、周期长以及成本高等特点。因此

8、，在光栅刻划理论研究时，为降低成本，可采用有限元仿真验证。本文基于滑移线场理论推出光栅槽形的隆起高度方程，从理论上研究弧形刻刀的主刃半径对光栅槽形隆起高度的影响；然后利用大型有限元软件DEFORM，在不同主刃半径参数下，对光栅刻划过程进行模拟，验证了主刃圆弧半径对槽形隆起高度的影响规律，为光栅机械刻划机理提供理论基础。1隆起高度的模型建立中阶梯衍射光栅的刻划过程中，主要以塑性变形为主，并伴有非线性弹性变形。因为塑性变形远大于弹性变形，所以研究时忽略弹性变形，采用成熟的