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KDP ( Potassium Dihydrogen Phosphate，簡稱KH2P04)晶體是一種性能優(yōu)良的非線性光學(xué)材料。具有較高的激光損傷閾值、較寬的透光波段、易于生長大尺寸的單晶體等優(yōu)點(diǎn)，所以KDP晶體目前是大型固體激光器和強(qiáng)激光武器等現(xiàn)代高科技領(lǐng)域唯一能被用作電光調(diào)制器、激光變頻器、光電快速開關(guān)等元件的光學(xué)晶體材料^[14]。KDP晶體雖具有優(yōu)良光學(xué)性能，但其質(zhì)軟、脆性高、易潮解、易開裂等一系列不利于光學(xué)元件加工的特點(diǎn)，這使得傳統(tǒng)光學(xué)元件通常采用的研磨、拋光加工方法不適用于加工KDP晶體，必須采用超精密加工技術(shù)。

目前，超精密飛刀切削是KDP晶體等大尺寸、高精度的軟脆光學(xué)元件最理想的加工方法^[4]。然而飛刀切削加工的大質(zhì)量刀盤在高速旋轉(zhuǎn)時由于小幅振動或偏轉(zhuǎn)，會影響被加工零部件表面質(zhì)量，而KDP晶體加
工表ifn對中頻波紋要求十分嚴(yán)格-W此，尋找飛刀L刀削加_ 1:中頻波紋的來源并加以抑制對慣忡約束核聚變工程的成功實(shí)施j L有屯要的現(xiàn)實(shí)意義。對主軸振動問題，國內(nèi)外學(xué)者己經(jīng)做了大量研究工作。Lee ^[5]和Cheung?對單點(diǎn)金剛石車削加工中心振動進(jìn)行了全面而深入的分析，他們將k軸工件系統(tǒng)等效為-維肌尼系統(tǒng)，分析了切削參數(shù)、材料各向異性等對主軸振動的影響，井述立了表面形貌模擬模型；悅漿銘⁷將主軸系統(tǒng)等效為6個彈簧阻尼的二維系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)了主軸不平衡質(zhì)量以及偏載力矩會導(dǎo)致軸線傾斜的現(xiàn)象;安成輝等^[8:利用剛體運(yùn)動的歐拉動力學(xué)方程分析主軸的運(yùn)動狀況，發(fā)現(xiàn)了主軸振動中存在一個大小約為主軸旋轉(zhuǎn)頻率1/6的低頻振動信號，并將該頻率信號認(rèn)為是飛刀切削表面中頻波紋的來源。

所以本文針對KDP晶體超精密加工加工中心的加工穩(wěn)定性、精度難以保證的問題，以加工中心主軸系統(tǒng)為研究對象，運(yùn)用三維建模軟件SolidWorks建立了主軸系統(tǒng)模型，應(yīng)用ANSYS Workbench軟件建立了主軸系統(tǒng)有限兒分析校甩并求解出主軸系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，通過LMS錘擊實(shí)驗(yàn)法進(jìn)丨/?校態(tài)試驗(yàn)予以驗(yàn)證有限兒建模及模態(tài)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，并對主軸系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)提出優(yōu)化方案。

1加工中心結(jié)構(gòu)尚介

KDP晶體超精密加工加工中心，如圖1所示，圓弧刃金剛石刀具通過角度調(diào)整裝置和刀盤安裝在加工中心主軸t，并以設(shè)定好的工作半徑隨著主軸高速旋轉(zhuǎn)，同時，加工中心主軸沿Z向進(jìn)給;KDP晶體零件通過真空吸盤和支架固定在工作臺上，工作臺沿X向進(jìn)給，從而實(shí)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)的飛刀對KDP晶體零件的切削加工^B]。

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結(jié)束語：

由以上對主軸系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析、模態(tài)試驗(yàn)，得到以下結(jié)論：

(1) 利用SolidWorks軟件對主軸系統(tǒng)進(jìn)行三維建校，通過AXSYS Wmibem.h有限元分析軟件對主軸系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析，最后通過實(shí)驗(yàn)模態(tài)分析，兩者得出的結(jié)果相比較最大誤差為4.9%，驗(yàn)證了有限元分析結(jié)果的可靠性，為KDP晶體超精密加工加工中心主軸系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計以及輕量化研究奠定了基礎(chǔ)。

(2) 主軸系統(tǒng)的一、二階固有頻率接近，主軸系統(tǒng)的最大位移發(fā)生在刀盤I:刃架Z向位置，三階同有頻率對應(yīng)振型最大位移也發(fā)生在刀盤上刀架Z向位置，表明刀盤為主軸系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。改進(jìn)方案為：刀盤厚度不變，在刀盤背面刀架位置處加設(shè)十字加強(qiáng)筋增加刀盤的剛度，減小刀盤變形。

(3) 對比分析了主軸系統(tǒng)的固有頻率與外部激振頻率之間的關(guān)系，一階固有頻率252. 6Hz與油泵和氣栗的激振頻率48Hz ~ 60Hz相差很大，不會引起主軸系統(tǒng)差生共振。

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