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。技术实现要素：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。进一步的,所述变色材料是用氯化镍nicl2·6h2o和环六亚甲基四氨(ch2)6n4调制不可逆反应的复盐nicl2·2(ch2)6n4·10h2o。进一步的,所述温度标定是：将涂抹变色材料的刀具放入烘箱之中，设定温度从50℃到65℃，先把这个温度区间分成50-55℃、55-60℃、60-65℃三个区间，观察在哪个区间中发生变色，然后在这一区间再进一步确定，标定具体的变色温度。进一步的,实际切削过程中，所述刀具前刀面的温度从室温20℃增加到67℃，切削的最高温度达到100℃以上。本发明的有益效果是：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。附图说明图1是kdp切削的飞切机床结构示意图；图2是kdp切削过程的有限元仿真示意图；图3是kdp切削过程中的前刀面温度时间示意图。具体实施方式实施例：本发明的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ρ(kg/m3)、比热容c(j/kg/℃)、弹性模量e(gpa)、塑性参数σ＝rεn(r强度系数，n硬化指数)、热传热系数k和损伤参数，如下表：ρ(kg/mm3)k(w/m/℃)c(j/kg℃)ε(mpa)ne(gpa)235016.17303600.41462)为abaqus有限元仿真软件设置切削速度v为10m/s、切削深度ap为2um和进给量f为60um/rad；3)使用abaqus有限元仿真软件仿真进行kdp晶体切削过程，得到在上述工艺参数下的切削区域和刀具前刀面的温度分布，如图2所示。其中，有限元仿真就是利用数学近似的方法对真实物理系统进行模拟；刀具的前刀面是指直接作用于被切削的晶体层，并控制切屑沿其排出的刀面；4)调制变色材料：用氯化镍nicl2·6h2o和环六亚甲基四氨(ch2)6n4调制不可逆反应的复盐nicl2·2(ch2)6n4·10h2o，这种变色材料在常温下显示绿色，在60℃变为黄色。按照变色漆分子式中主要成分的原子量比例配量，混在一起研成细缝，稍加一点蒸馏水，变成鲜绿色的漆料；5)将上述变色材料涂抹在刀具上，进行温度的标定，具体是：将涂抹变色材料的刀具放入烘箱之中，设定温度从50℃到65℃，先把这个温度区间分成50-55℃、55-60℃、60-65℃这三个大区间，观察在哪个区间中发生变色，结果显示发生变色区间在55-60℃，然后在这一区间再进一步确定，标定发现该材料在58℃时发生明显的变色，由鲜绿色变色为黄色；6)将涂有变色材料(初始为鲜绿色)的刀具安装在机床上，设置与上述步骤2)仿真软件相同的工艺参数：切削速度v为10m/s、切削深度ap为2um和进给量f为60um/s，进行kdp晶体切削；7)观察切削结束之后的刀具，根据刀具上的变色材料的变色情况与步骤5)的标定结果进行对比，便可知道刀具前刀面的温度，再根据步骤3)的仿真结果，即可得到切削区域的温度。结果发现，刀具上变色材料有变色现象发生，由鲜绿色变为黄色，说明刀具前刀面的温度达到了58℃以上；在仿真结果中，前刀面的温度达到了340k(67℃)，超过了58℃，说明仿真有效，同时，在仿真结果中，切削的最高温度为384k(111℃)，如图2所示，说明在实际切削过程中，刀具前刀面的温度可从室温293k(20℃)增加到340k(67℃)，切削的最高温度能够达到100℃以上，如图3所示。当前第1页12