CN108801898A - 一种针对各向异性材料最优加工晶向的实验探索方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对各向异性材料最优加工晶向的实验探索方法，包括：确定被加工晶体上作为加工晶面的端面，并进行表面预处理，使其表面粗糙度Ra小于0.8μm以下；然后，对该晶面进行车削加工，直至该晶面达到通过肉眼观察具有明显的质量分区现象为止；确定该晶面质量分区的周期为T，在同一个周期T内按角度均分为n份；将n个被加工晶体安装在一夹具的边缘、且n个被加工晶体的晶向分别以T/n为角度差均布在同一分度圆上；对n个被加工晶体的晶面进行切削加工，直至其中任意两个晶体的晶面的表面粗糙度Ra相差0.1～0.2μm为止；找到表面粗糙度值最小的那个被加工晶体，以该被加工晶体晶面的加工晶向和其周期对称晶向作为该晶体晶面的最优加工晶向。

Description

一种针对各向异性材料最优加工晶向的实验探索方法

技术领域

本发明涉及晶体材料超精密加工领域，具体涉及一种针对各向异性材料单点金刚石飞切最优加工晶向的实验探索方法。

背景技术

各向异性材料在不同晶面、晶向上力学性能具有强烈的各向异性，如单晶硅、单晶锗、KDP晶体等。端面车削是一种切削速度大小和方向皆不断变化的连续切削过程，可以在相同工艺条件下同时加工某一晶面的各个晶向；飞切可近似认为沿着晶体某一确定晶向以相同速度大小的断续切削过程。因此各向异性材料在端面车削中会由于各个晶向力学性能差异引起切削力波动进而造成最终加工表面质量的不均匀；而通过飞切方式以某一确定速度大小沿着某一确定晶向来进行加工可以规避材料力学各向异性对最终创成表面质量不均匀的影响。

当加工晶面确定时，具体沿着哪一个晶向加工能获得更优良的表面质量仍需要去通过试验的方式验证。当前主流方式是通过沿着不同晶向飞刀试切后对比表面的方式进行寻找最优加工晶向，需要进行多次装夹、定位、切削和测量。为此，本发明设计了一种针对各向异性材料同时加工某一晶面几个不同晶向进而快速找到最优加工晶向的实验探索方法。

发明内容

针对现有技术，为了确定各项异性材料的最优加工晶向，本发明提供了一种针对各向异性材料最优加工晶向的实验探索方法，本发明能够以更快的速度和更高的效率确定各向异性材料某一确定晶面的最优加工晶向。

为了解决上述技术问题，本发明提供的一种针对各向异性材料最优加工晶向的实验探索方法，包括以下步骤：

步骤一、确定被加工晶体上作为加工晶面的端面，先利用单点金刚石车床对该晶面进行表面预处理，使其表面粗糙度Ra小于0.8μm以下；然后，对该晶面进行车削加工，直至该晶面达到通过肉眼观察具有明显的质量分区现象为止；

步骤二、确定该晶面质量分区的周期为T，在同一个周期T内按角度均分为n份，n＝4～8；

步骤三、将n个被加工晶体安装在一夹具的边缘，且n个被加工晶体的晶向分别以T/n为角度差均布在同一分度圆上；

步骤四、利用单点金刚石车床对上述安装好的n个被加工晶体的晶面进行切削加工，直至其中任意两个被加工晶体晶面的表面粗糙度Ra相差0.1～0.2μm为止；

步骤五、在n个被加工晶体中找到表面粗糙度值最小的那个被加工晶体，以该被加工晶体晶面的加工晶向和其周期对称晶向作为该晶体晶面的最优加工晶向。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过端面车削实验模拟飞刀切削实验，突破了飞切机床本身的限制，使得实验能在更通用的超精密车床上进行。

(2)本发明可以通过一次实验同时模拟飞切的多次实验，减少了对各向异性材料飞切加工寻找最优加工晶向的实验次数。

(3)本发明设计方法可靠性强，应用范围广泛，对探索飞切实验其他方面影响也有良好的借鉴意义。

附图说明

图1是本发明的设计流程框图；

图2是KDP晶体端面车削表面质量分布图；

图3是KDP晶体模拟飞切加工工件均布放置示意图；

具体实施方式

下面结合KDP晶体(001)晶面最优晶向实验探索具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

如图1所示，针对KDP晶体(001)晶面最优加工晶向的实验探索方法，包括以下步骤：

步骤一、对KDP晶体(001)晶面利用单点金刚石车床对该晶面进行实验前表面预处理，使其表面粗糙度Ra小于0.8μm以下；然后，通过查阅相关文献和结合实际加工经验选择合适的切削参数对该晶面进行端面车削加工，通过肉眼观察加工后表面是否出现了明显的质量分区现象，如果出现则进行下一步骤；否则，加大切削深度后继续对该晶面进行端面车削加工；

步骤二、确定加工表面质量分区周期，如图2所示区域1、3、5、7中表面出现大量凹坑斑点，而区域2、4、6、8中表面光滑；确定该晶面各向异性周期为90°；以<100>晶向为起始，将周期按角度均分为4份；

步骤三、如图3所示，可以制作车削夹具，将确定加工晶向的工件按上述角度均匀分布在夹具边缘上的同一分度圆上，且4个被加工晶体的晶向分别以90°/4＝22.5°为旋转的角度差来布置，通过边缘放置工件的端面车削实验模拟以相同速度大小沿着某一确定晶向加工的飞切实验；

步骤四、用单点金刚石车床对安装好不同角度放置的4个工件进行粗车、半精车、精车的表面预处理，可以不断加大切削深度，并随时观察和测量按不同角度放置的4个工件加工后表面质量，直至其中任意两个晶体晶面的表面粗糙度Ra相差0.1～0.2μm为止；

步骤五、通过观察和测量加工后4个晶体的晶面质量，发现相对<100>晶向45°放置加工后表面粗糙度值最小，进而确定KDP晶体(001)晶面最优加工晶向为<110>晶向(及其90°周期对称晶向)，以该晶向作为该材料该晶面的最优加工晶向。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (1)

1.一种针对各向异性材料最优加工晶向的实验探索方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、确定被加工晶体上作为加工晶面的端面，先利用单点金刚石车床对该晶面进行表面预处理，使其表面粗糙度Ra小于0.8μm以下；然后，对该晶面进行车削加工，直至该晶面达到通过肉眼观察具有明显的质量分区现象为止；

步骤二、确定该晶面质量分区的周期为T，在同一个周期T内按角度均分为n份，n＝4～8；

步骤三、将n个被加工晶体安装在一夹具的边缘，且n个被加工晶体的晶向分别以T/n为角度差均布在同一分度圆上；

步骤四、利用单点金刚石车床对上述安装好的n个被加工晶体的晶面进行切削加工，直至其中任意两个被加工晶体晶面的表面粗糙度Ra相差0.1～0.2μm为止；

步骤五、在n个被加工晶体中找到表面粗糙度值最小的那个被加工晶体，以该被加工晶体晶面的加工晶向和其周期对称晶向作为该晶体晶面的最优加工晶向。