【摘 要】
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石英纤维增强二氧化硅陶瓷(Si O2f/Si O2)是现代航空航天通讯装置的首选材料之一,其宽频透波性好、承载能力强以及防热性能好的优点可以保证控制系统正常工作,相关学者系统研究了Si O2f/Si O2的制备过程和材料的热物理性能、力学性能和介电性能,然而当前在Si O2f/Si O2的切削加工工艺上研究较少,而Si O2f/Si O2高硬度、较差导热性和高脆性又使它成为了典型的难加工硬脆材料,
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石英纤维增强二氧化硅陶瓷(Si O2f/Si O2)是现代航空航天通讯装置的首选材料之一,其宽频透波性好、承载能力强以及防热性能好的优点可以保证控制系统正常工作,相关学者系统研究了Si O2f/Si O2的制备过程和材料的热物理性能、力学性能和介电性能,然而当前在Si O2f/Si O2的切削加工工艺上研究较少,而Si O2f/Si O2高硬度、较差导热性和高脆性又使它成为了典型的难加工硬脆材料,使用传统的硬质合金刀具加工Si O2f/Si O2时刀具磨损剧烈,加工后表面质量差,需要频繁更换刀具。Si O2f/Si O2制作的陶瓷罩为面对称结构,与金属环采用胶接方式装配,由于粘接配合面为异形曲面,而金属环和陶瓷罩体配合面又存在局部干涉的问题,在装配前需要对罩体配合面进行反复低效的手工修磨。这些问题制约并严重影响着我国航空航天通讯装置关键零部件的生产效率和使用性能。针对上述问题,为探究Si O2f/Si O2的可加工性、切削机理和切削用量,并在此基础上实现金属环和陶瓷罩的配对修磨一体化原理分析和装置的设计,本文开展核心工作如下:（1）在分析配对修磨具体需求的基础上,针对金属环与陶瓷罩的干涉和角度偏差,提出了一种金属环与陶瓷罩体的自动调整方法,该方法包括金属环和陶瓷罩的轮廓测量和角度调整,金属环与陶瓷罩的对齐套装。随后选择具体的QT作为应用程序框架将此方法具体实现。最后对该方法进行了测量误差分析。（2）自主研制了一台金属环陶瓷罩配对修磨一体化装备,其关键部件包括加工装置、金属环与陶瓷罩夹具、压环装置和测量装置。该装备可以实现多种规格陶瓷罩体与金属环高精度自动化装配,同时具有工件位置、套装压力检测、配对修磨和胶接冷却等功能。最后对该装备的压环箱体进行了强度校核与优化。（3）以三向Si O2f/Si O2为实验材料,选取整体多刃PCD铣刀和电镀金刚石磨头作为试验刀具分别切削Si O2f/Si O2,开展了金刚石工具加工Si O2f/Si O2复合材料的可行性研究。试验结果表明采用基于微刃切削原理设计的整体多刃PCD刀具加工Si O2f/Si O2,因刀具锋利和多刃特点可以实现较大的切深并获得较大的切削效率,但是切削力相对较大;相比于整体多刃PCD刀具,电镀金刚石磨头加工Si O2f/Si O2时切削力较低,加工后表面质量较好,且表面粗糙度较低;粗加工采用整体多刃PCD刀具、精加工采用电镀金刚石磨头加工Si O2f/Si O2,能够获得良好的加工效率和加工质量。在对超声辅助磨削力建模的基础上,进行了超声辅助磨削力Si O2f/Si O2的实验,测试结果表明,超声辅助磨削能够在一定程度上减少径向磨削力,从而改善了工件表面质量。
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