微沟槽功能曲表面的双空间精密机械加工研究

微沟槽功能曲表面具有宏观曲面和微观结构两个空间，采用现有的机械工具和数控系统无法同时实现曲面形状的精密加工和表面结构的微细加工。因此，提出一种形状可变的金刚石砂轮工具模式，即在位将砂轮轮廓分时修整成高精度的圆弧形和高锋锐的V形尖端，分别对宏观空间形状和微观空间结构进行成型加工。亟待解决的问题是，一、如何在两个空间中协同设计工具的行走路径和空间姿态？二、如何在多轴数控加工系统中嵌入微细、精密加工工艺？为此，着重研究两种砂轮轮廓的同位分时精密修整工艺、工具行走路径及空间姿态的设计模式、影响形状精度和结构特征参数的工艺及系统等，旨在建立微沟槽功能曲表面的双空间精密加工理论和方法。该成果可用于多轴数控机床上，在太阳能发电聚光镜、风力发电叶轮、LED/LCD显示器导光板、汽车传动曲轴/变速轮毂等零部件的曲表面上加工出微细沟槽空间，产生新的功能特征，使工作系统的性能更高、结构更小、能耗更低。

显示器导光、太阳能发电、LED发光、动力传输等核心零部件的工作曲面被附加出微结构，可产生更多、更新的功能。但是，光化学等微刻蚀加工很难用于曲表面上。虽然曲面机械加工是可行的，但微机械加工的工具及机理尚有诸多的未知。. 因此，提出采用超硬金刚石砂轮，将其分时修整成圆弧形和微尖端，在宏观曲表面和微观结构表面的双空间中协同地进行精密和微细机械加工。突破了关键问题：控制金刚石磨粒塑性域切削的微磨削加工和跟踪修整误差的自由曲面精密磨削加工。. 作为通讯员作者已在机械制造领域发表标注国基资助的SCI论文11篇，其中JCR二区期刊论文（International Journal of Machine Tools and Manufacture） 6篇。获得授权的发明专利3项。也主持完成了广州市小学生科普项目。成果内容如下：.1、构建了微金刚石磨粒切削刃参数模型。发现，有效磨粒数、有效磨粒体积、磨粒负前角和磨粒顶角与硬脆性材料的脆/塑性磨削转变有直接关系。这预示不需纳米进给可实现塑性域加工。.2、新开发了金刚石砂轮微尖端和圆形轮廓的修整工艺，攻克了微细磨削和曲面磨削的超硬砂轮工具制作的技术瓶颈。进而开发的气中放电修整可提高修整效率约59倍，有利于高效率的微细精密加工。.3、揭示了金刚石砂轮尖端的微磨粒出刃与塑性域微切削状态的关系，进而在单晶硅、和光学玻璃上加工出了微米尺度且具有光滑镜面的微沟槽、微锥塔等结构。这为微透镜结构表面制造提供了技术依据。.4、利用砂轮和工具的曲面点云相切模式，首次提出跟踪砂轮误差的曲面磨削轨迹离散算法，能够完全补偿砂轮修整误差。这将解决金刚石砂轮精密修整和曲面多次补偿加工导致加工效率低的问题。.5、针对微结构表面的非接触检测数据易丢失的问题，提出了微结构表面的多方位自适应WLI检测模式，构建了关键的空间数据点云拼接和匹配的重组模式，可用于评价微细结构加工精度。.6、利用微磨削技术创造性地开发了微沟槽结构刀具、微沟槽结构薄膜电池和微沟槽结构油泵叶片，可分别地降低钛合金干式切削的刀具温度约100度、可增强散光发电能力和可提高油泵效率。