[发明专利]KDP晶体切削温度的测量方法

说明书

本发明提供一种飞切加工KDP晶体过程中测量晶体切削区域温度的方法，包括以下步骤：1)获取KDP晶体材料的参数；2)为仿真软件设置切削速度、切削深度和进给量；3)使用有限元仿真软件仿真KDP晶体切削过程；4)调制变色材料；5)将变色材料涂在刀具上，进行温度标定；6)将涂有变色材料的刀具安装到机床上，设置与仿真软件相同的工艺参数，进行晶体切削；7)根据变色材料的变色情况与标定结果进行对比，即可得到切削区域的温度。本发明结合有限元仿真分析和变色材料的KDP晶体切削温度测量方法，根据刀具上变色材料的变色情况结合有限元仿真结果，可以直接得到刀具前刀面的温度，结合仿真，间接地得到切削区域中的温度分布。

技术领域

本发明属于超精密飞切技术领域，特别是涉及一种KDP晶体切削温度的测量方法。

背景技术

超精密切削技术因其加工精度高、生产效率高以及重复性好的特点，目前广泛应用于航空航天、精密仪器、军事工业等高科技领域。在惯性约束激光核聚变的高能固体激光器中，KDP(磷酸二氢钾)晶体是作为倍频元件和光电开光不可替代的材料。KDP晶体由于其质软脆、易潮解等物理特性，难以用传统的铣削、抛光等方式加工，因此发展出了适用于KDP晶体加工的超精密金刚石飞切技术。

超精密金刚石飞切机床主要由床身1、立柱2、横梁3、空气静压主轴4、液压导轨5、真空吸盘6以及刀具7组成，如图1所示。超精密金刚石飞切技术能直接用于KDP晶体的精加工，加工表面精度高，能够满足光学元件使用要求。同时，飞切加工技术控制简单，加工效率高，是针对KDP晶体最有效的加工手段。飞切加工不同于车削加工，飞切加工中刀具随大刀盘高速回转，被加工元件缓慢进给实现切削加工，飞切加工的这种特点非常适合于加工平面元件。

在飞切加工KDP晶体时，切削速度可达10m/s以上，在较高的速度下进行切削时，一方面切削区域附近的晶体材料将发生大的塑性变形，另一方面刀具与工件之间发生剧烈的摩擦，都将产生大量的热量,使切削区域附近的材料温度升高，导致KDP晶体切削区域发生相变、重结晶和微观裂纹等表面缺陷。

由于飞切加工KDP晶体过程中金刚石刀具随主轴高速旋转，切削温度影响区域面积极小且位置快速变化，导致现有的温度测量方法难以对该过程中切削区域的温度进行精确测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种飞切加工KDP晶体过程中测量晶体切削区域温度的方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：KDP晶体切削温度的测量方法，包括以下步骤：

1)获取KDP晶体材料的密度、比热容、弹性模量、塑性参数和损伤参数；

2)为仿真软件设置切削速度、切削深度和进给量；

3)使用有限元仿真软件仿真KDP晶体切削过程，得到切削区域和刀具前刀面的温度分布；

4)调制变色材料；

5)将变色材料涂在刀具上，进行温度标定，确定变色材料的变色温度；

6)将涂有变色材料的刀具安装到机床上，设置与上述步骤2)仿真软件相同的工艺参数，进行晶体切削；

7)观察切削结束之后的刀具，根据变色材料的变色情况与上述步骤5)的标定结果进行对比，可知道刀具前刀面的温度，根据上述步骤3)仿真结果，即可得到切削区域的温度。

进一步的,所述有限元仿真软件可采用ABAQUS有限元仿真软件。

进一步的,所述刀具的前刀面是指直接作用于被切削的KDP晶体层，并控制切屑沿其排出的刀面。