论文部分内容阅读
作为一种重要的非线性光学材料,磷酸二氢钾（KH2PO4,KDP）晶体在非线性光学领域应用广泛,是大型激光装置中激光倍频元件的唯一可选材料。为得到满足高能激光光路使用要求,加工完成的KDP晶体元件需满足全空间频段严苛的技术指标,而晶体材料易潮解的特性决定了单点金刚石飞切技术是目前最为可行的加工方案。但是KDP晶体具有硬度低、脆性大、各向异性强等特性,目前国内飞切加工的KDP晶体元件仍然存在表面完整性不好的问题,其主要原因是对飞切加工中晶体表面形成过程及导致加工表面质量降低的原因认识不足。针对这一问题,本文将从KDP晶体飞切加工机理出发,对其加工过程中的切削力和切削温度进行研究,并以此为基础优化加工工艺。论文主要研究内容如下:（1）对KDP晶体飞切过程进行了理论分析。基于KDP晶体飞切过程的加工机理,改进了飞切过程切削力模型,完善了刀具前刀面、后刀面与工件接触面积的计算方式,分析了不同工艺参数对切削力的影响;基于热源法和接触面瞬时相等原理,建立了KDP晶体负前角切削热模型,解决了第一变形区和第二变形区热量分配占比率的问题,完成了KDP晶体飞切过程中切削温度的公式推导,为KDP晶体飞切过程切削温度规律提供基础支持。（2）对KDP晶体飞切过程进行了有限元仿真研究。基于自适应网格调节技术和KDP晶体本构模型,合理地简化切削过程,建立了KDP晶体飞切过程热力耦合有限元模型;计算了不同工况下的切削力、切削温度,得到了不同工艺参数和切削力、切削温度之间的作用规律,分析了切削力和切削温度的相互作用,并且结合切削应力场和KDP切屑形貌,分析了切削温度对KDP晶体的加工表面和结构的影响,为优化KDP晶体飞切工艺参数供了数值依据。（3）对KDP晶体飞切过程进行了测量实验研究。基于在线切削力传感器,测量了在KDP切削过程中的切削力数据,基于高速红外热像仪,得到了KDP切削过程中的温度数据;分析处理了切削力和切削温度的实验结果,总结了不同切削参数对KDP晶体切削过程的实际影响规律,将测量结果和仿真结果进行对比,验证理论计算模型和热力耦合有限元仿真模型的正确性。