專利名稱：基于晶體結(jié)構(gòu)的單晶鍺超精密加工刀具前角自適應(yīng)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種材料的切削方法，尤其是一種基于晶體結(jié)構(gòu)的單晶鍺 超精密加工刀具前角自適應(yīng)控制方法，屬于材料加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
由于單晶鍺材料特殊的光學(xué)性能而被廣泛應(yīng)用于航天探測、武器裝備 等等高新技術(shù)領(lǐng)域。但是單晶鍺的晶體結(jié)構(gòu)的方向性導(dǎo)致了其物理和力學(xué)性能的各向異 性，也導(dǎo)致了切削加工后表面質(zhì)量的各向異性。學(xué)術(shù)領(lǐng)域在上世紀(jì)80年代初期就開始了單 晶鍺晶體結(jié)構(gòu)對切削加工表面質(zhì)量影響規(guī)律的研究，但目前的研究成果還僅限于對切削加 工現(xiàn)象的一般性描述，對于如何解決單晶材料超精密切削加工表面質(zhì)量受晶體結(jié)構(gòu)的影響 的工藝方法卻沒有提出可行的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決上述問題而提供的基于晶體結(jié)構(gòu)的單晶鍺超精 密加工刀具前角自適應(yīng)控制方法為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是基于晶體結(jié)構(gòu)的單晶鍺超精密加工 刀具前角自適應(yīng)控制方法，首先對單晶材料進(jìn)行力學(xué)性能的分析，尤其對晶體內(nèi)各晶面的 力學(xué)性能進(jìn)行相應(yīng)的研究，得到其各晶面的力學(xué)指標(biāo)，判斷各晶面產(chǎn)生滑移的難易程度。通 過對要進(jìn)行切削的晶面，在在不同的載荷下，切削區(qū)的受力狀況進(jìn)行分析，然后以獲得最佳 切削表面質(zhì)量為目的，對切削過程中，各晶面內(nèi)的位錯滑移數(shù)量就行相應(yīng)的計算，得到沿不 同晶面進(jìn)行切削時，最佳的刀具前角，最后在此刀具前角下，對同一晶面內(nèi)沿不同晶向進(jìn)行 切削時，所產(chǎn)生的位錯數(shù)量進(jìn)行相應(yīng)的計算，得到沿該晶向切削時的刀具角度，進(jìn)而調(diào)整刀 具的前角，獲得最佳的表面質(zhì)量。其具體步驟為1)分析該單晶鍺材料晶體結(jié)構(gòu)；2)以1)中的結(jié)果為依據(jù)，通過材料數(shù)據(jù)庫對該材料各晶面的力學(xué)性能進(jìn)行分析， 得到該晶體內(nèi)各晶面的彈性模量、剪切模量以及泊松比隨其晶向的變化規(guī)律，進(jìn)而判斷各 晶面產(chǎn)生滑移的難易程度，進(jìn)而得到最易產(chǎn)生滑移的晶面；3)利用斷裂力學(xué)和位錯力學(xué)對各晶面在不同載荷下位錯發(fā)生過程進(jìn)行相應(yīng)的計 算，得到各個晶向最佳受力情況；4)以2)和3)得到的結(jié)果為依據(jù)，計算在該晶面內(nèi)沿不同晶向切削時所產(chǎn)生的位 錯數(shù)量，進(jìn)而判斷其最佳的切削刀具角度；5)對于給定的切削速度，實時計算加工過程中單晶鍺工件在不同時間點上刀具的 刀尖與被加工晶面不同晶向之間的相對位置；6)將計算得到的刀尖與晶向的相對位置關(guān)系實時對比，通過計算機自適應(yīng)地控制 刀具前角的大小，完成基于單晶鍺晶體結(jié)構(gòu)的刀具前角的自適應(yīng)控制。該方法通過基于單晶鍺的晶體結(jié)構(gòu)自適應(yīng)地控制刀具前角，可以使單晶鍺各個晶 向始終處于最佳的受力狀態(tài)，從而得到最佳的超精密切削加工表面質(zhì)量，使已形成表面質(zhì) 量明顯的提高。


圖1是單晶鍺的晶體結(jié)構(gòu)圖。圖2是單晶鍺(111)晶面與滑移面晶體方位關(guān)系圖。圖3是單晶鍺(100)晶面與滑移面晶體方位關(guān)系圖。圖4是單晶鍺(110)晶面與滑移面晶體方位關(guān)系圖。
具體實施例方式1)分析單晶鍺的晶體結(jié)構(gòu)如下單晶鍺與單晶硅和金剛石具有相同的晶體結(jié)構(gòu)， 單晶鍺有三個晶面分別是(111)、(110)、(100)晶面，晶體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中(111)晶面 是滑移面。當(dāng)沿著不同晶面切削加工時被加工晶面與滑移面之間的晶體學(xué)關(guān)系如圖2-圖4 所示。2)計算每個晶面的力學(xué)性能彈性模量和泊松比
權(quán)利要求
1.基于晶體結(jié)構(gòu)的單晶鍺超精密加工刀具前角自適應(yīng)控制方法，首先對單晶材料進(jìn)行 力學(xué)性能的分析，尤其對晶體內(nèi)各晶面的力學(xué)性能進(jìn)行相應(yīng)的研究，得到其各晶面的力學(xué) 指標(biāo)，判斷各晶面產(chǎn)生滑移的難易程度；通過對要進(jìn)行切削的晶面，在在不同的載荷下，切 削區(qū)的受力狀況進(jìn)行分析，然后以獲得最佳切削表面質(zhì)量為目的，對切削過程中，各晶面內(nèi) 的位錯滑移數(shù)量就行相應(yīng)的計算，得到沿不同晶面進(jìn)行切削時，最佳的刀具前角，最后在此 刀具前角下，對同一晶面內(nèi)沿不同晶向進(jìn)行切削時，所產(chǎn)生的位錯數(shù)量進(jìn)行相應(yīng)的計算，得 到沿該晶向切削時的刀具角度，進(jìn)而調(diào)整刀具的前角，獲得最佳的表面質(zhì)量。
2.如權(quán)利要求1所述的基于晶體結(jié)構(gòu)的單晶鍺超精密加工刀具前角自適應(yīng)控制方法， 其具體步驟為1)分析該單晶鍺材料晶體結(jié)構(gòu)；2)以1)中的結(jié)果為依據(jù)，通過材料數(shù)據(jù)庫對該材料各晶面的力學(xué)性能進(jìn)行分析，得到 該晶體內(nèi)各晶面的彈性模量、剪切模量以及泊松比隨其晶向的變化規(guī)律，進(jìn)而判斷各晶面 產(chǎn)生滑移的難易程度，進(jìn)而得到最易產(chǎn)生滑移的晶面；3)利用斷裂力學(xué)和位錯力學(xué)對各晶面在不同載荷下位錯發(fā)生過程進(jìn)行相應(yīng)的計算，得 到各個晶向最佳受力情況；4)以幻和幻得到的結(jié)果為依據(jù)，計算在該晶面內(nèi)沿不同晶向切削時所產(chǎn)生的位錯數(shù) 量，進(jìn)而判斷其最佳的切削刀具角度；5)對于給定的切削速度，實時計算加工過程中單晶鍺工件在不同時間點上刀具的刀尖 與被加工晶面不同晶向之間的相對位置；6)將計算得到的刀尖與晶向的相對位置關(guān)系實時對比，通過計算機自適應(yīng)地控制刀具 前角的大小，完成基于單晶鍺晶體結(jié)構(gòu)的刀具前角的自適應(yīng)控制。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于晶體結(jié)構(gòu)的單晶鍺超精密加工刀具前角自適應(yīng)控制方 法，其具體步驟為1)分析單晶鍺的晶體結(jié)構(gòu)如下單晶鍺與單晶硅和金剛石具有相同的 晶體結(jié)構(gòu)，單晶鍺有三個晶面分別是(111)、(110)、(100)晶面，其中(111)晶面是滑移面；2)計算每個晶面的力學(xué)性能彈性模量和泊松比
全文摘要
基于晶體結(jié)構(gòu)的單晶鍺超精密加工刀具前角自適應(yīng)控制方法，首先對單晶材料進(jìn)行力學(xué)性能的分析，尤其對晶體內(nèi)各晶面的力學(xué)性能進(jìn)行相應(yīng)的研究，得到其各晶面的力學(xué)指標(biāo)，判斷各晶面產(chǎn)生滑移的難易程度。通過對要進(jìn)行切削的晶面，在不同的載荷下，切削區(qū)的受力狀況進(jìn)行分析，然后以獲得最佳切削表面質(zhì)量為目的，對切削過程中，各晶面內(nèi)的位錯滑移數(shù)量就行相應(yīng)的計算，得到沿不同晶面進(jìn)行切削時，最佳的刀具前角，最后在此刀具前角下，對同一晶面內(nèi)沿不同晶向進(jìn)行切削時，所產(chǎn)生的位錯數(shù)量進(jìn)行相應(yīng)的計算，得到沿該晶向切削時的刀具角度，進(jìn)而調(diào)整刀具的前角，獲得最佳的表面質(zhì)量。
文檔編號B23Q15/12GK102139462SQ201110073440
公開日2011年8月3日 申請日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者孫國強, 孫磊, 孫越, 李曉鵬, 王明海 申請人:沈陽航空航天大學(xué)