微細超聲波加工材料去除模式判別標準的驗證.pdf

1、近年來，隨著微電子機械系統(tǒng)(Micro-electromechanicalSystem，MEMS)在航天工業(yè)，集成電路，電子計算機，生物醫(yī)藥等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，微細加工技術(shù)也得到了極大地發(fā)展。與其他微細加工技術(shù)相比，微細超聲波加工（MicroUltrasonicMachining，MUSM）在加工硬脆性材料（如硅，陶瓷，玻璃等）方面具有很大優(yōu)勢。因為其不依靠被加工材料的導電性，可以加工大深寬比的復雜三維結(jié)構(gòu)，被加工表面沒有熱影響區(qū)域和殘余

2、應(yīng)力?；谶@些特點，MUSM在微細加工領(lǐng)域正得到越來越廣泛的關(guān)注。
　　與任何加工相似，表面粗糙度是評價加工質(zhì)量的一個非常重要的參素。在MUSM中，加工后的表面粗糙度與材料去除模式密切相關(guān)，因此非常有必要定量研究加工條件與材料去除模式的關(guān)系。
　　前人研究中提出了使用粗糙度Rpk和單個磨粒所受沖擊力fmax作為MUSM材料脆塑性去除模式的判別標準。但該判別標準是從大量的無系統(tǒng)性的實驗結(jié)果中統(tǒng)計出來的，實驗參數(shù)有限（如加工液濃

3、度只為3％一個值），實驗的加工力設(shè)定無系統(tǒng)性。本文為了驗證其適用性，通過擴大實驗參數(shù)范圍（如將加工液濃度設(shè)置為5％和3％），系統(tǒng)地設(shè)定加工力并加以控制從而逆向證明該標準的適用性。
　　本文基于LABIVEW編寫了微細超聲加工的機床控制程序，該程序具有制備微小工具，超聲鉆孔、振幅探測和數(shù)據(jù)儲存等功能。
　　由于MUSM單個顆粒所受沖擊力fmax是由加工過程中的平均力計算而來的，因此驗證實驗中需要控制加工平均力等于設(shè)定力，即控制

4、加工力使其相對于設(shè)定力的平均偏差盡量小。本文對比了PID控制方法和二位控制方法的控制效果，實驗結(jié)果顯示PID控制方法能夠更好地減小平均偏差;和二位控制相比，能將平均偏差降低24％以上。
　　本文根據(jù)前人的判別標準，分別在脆性、塑性和脆塑轉(zhuǎn)變3種模式下各選擇2個磨粒沖擊力作為設(shè)定力，并選用2種磨料濃度、3種磨粒半徑，進行了不同參數(shù)下的系列實驗。在實驗中使用PID控制方法來控制加工力從而使加工中單個磨粒沖擊力等于設(shè)定的磨粒沖擊力，并對