【摘 要】
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硬脆材料,尤其是非金属非导电材料及半导体材料,由于其优良的特性,在电子、机械等各领域广泛应用。但是硬脆材料的低塑性、高硬度和高脆性,使得硬脆材料的切割加工难度大。采用固结磨粒金刚石线锯切割硬脆材料,具有柔韧性好、切口窄、切割力低和耗材小等优点,然而由于切割过程中切割力的动态变化,影响切片的表面质量,因此需要对金刚石线锯切割硬脆材料过程中的切割力进行研究。本文分析了固结磨粒金刚石线锯切割硬脆材料过程
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“SiC单晶强等离子体超声微细切割机理及参数控制”（51575442）； 陕西省自然科学基金重点项目“多组分复杂形状零件的微弧放电加工机理及参数控制”（2016JZ0110）； 陕西省教育厅重点实验室基金“复杂零件微弧抛光机理与控制”（2014SZS10-Z01）；
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硬脆材料,尤其是非金属非导电材料及半导体材料,由于其优良的特性,在电子、机械等各领域广泛应用。但是硬脆材料的低塑性、高硬度和高脆性,使得硬脆材料的切割加工难度大。采用固结磨粒金刚石线锯切割硬脆材料,具有柔韧性好、切口窄、切割力低和耗材小等优点,然而由于切割过程中切割力的动态变化,影响切片的表面质量,因此需要对金刚石线锯切割硬脆材料过程中的切割力进行研究。本文分析了固结磨粒金刚石线锯切割硬脆材料过程中产生的切割力,建立了切割力控制系统,通过设计的控制器调节线锯速度使法向切割力在切割过程中保持恒定,提高了加工效率和切片表面质量。针对往复式固结磨粒金刚石线锯切割系统,对金刚石线锯切割硬脆材料过程中的切割力进行了研究,通过实验得到了线锯速度、工件进给速度和线锯张力对切割力的影响规律,特别是不同线锯速度对切割力的影响。采用曲面响应法建立了法向切割力的响应模型,并对模型进行了方差分析,获得了金刚石线锯切割过程中不同切割加工工艺参数对法向切割力的交互影响作用和最佳的加工工艺参数。选定对线锯切割力影响较大的加工工艺参数线锯速度作为输入量,对输出量法向切割力进行控制。利用系统辨识方法建立切割力控制系统的数学模型。对切割力控制系统输入逆M序列,采集对应系统输出即法向切割力,通过行列式比定阶法,利用实验所采集的系统输入输出数据,计算相关行列式比值来辨识系统阶次,采用遗忘因子递推最小二乘法进行系统的参数辨识,并对所选参数辨识方法进行了仿真,最后设计了最小方差自校正控制器,并通过MATLAB对该控制器进行了不同期望输出的仿真分析,结果表明该控制器控制性能优良,可以达到控制切割力的目的。搭建了固结磨粒金刚石线锯切割力控制系统。通过对不同工艺参数下的常规实验法向切割力进行对比,确定了期望法向切割力值,并以此进行了恒力切割控制实验,很好地实现了法向切割力的恒定控制。对切割力控制实验结果与常规实验结果在切割力和切片表面质量两方面进行了对比,对比结果表明,使用切割力控制系统进行切割能够实现切割力恒定控制,并且提高了加工效率与切片表面质量。
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