超精密單平面研磨機(jī)的研究與開發(fā).pdf

1、目前，先進(jìn)光電子產(chǎn)品的制造正朝著高精度、高性能、高集成度和高可靠性的方向快速發(fā)展，對(duì)許多光電子產(chǎn)品部件表面的局部平面度及全局平面度均提出了前所未有的高要求。超精密平面研磨加工作為一種超精密加工方法，能很好地適應(yīng)這些高尺寸精度和低表面粗糙度產(chǎn)品的加工需求。無論是機(jī)械研磨、化學(xué)研磨以及全局平面化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)等，都需要使用高精度高剛度超精密研磨拋光機(jī)實(shí)現(xiàn)高效率加工。 當(dāng)前，我國(guó)高檔次超精密研磨設(shè)備設(shè)計(jì)制造技術(shù)水平總體不高，精密的研磨

2、拋光機(jī)均還嚴(yán)重依賴于進(jìn)口，而且價(jià)錢非常昂貴。因此，加強(qiáng)我國(guó)的高檔次光電子材料極限研磨機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化研究，以及相關(guān)使用工藝技術(shù)研究與開發(fā)尤為迫切。 在全面綜述國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究工作的基礎(chǔ)上，本文首先研究了超精密研磨機(jī)的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)方法，提出了超精密研磨機(jī)主體及研磨盤的基本結(jié)構(gòu)方案，利用有限元軟件仿真了研磨盤由不同材料構(gòu)成時(shí)，其自身的最大變形量與材料的彈性模量、加載壓力和加載半徑之間的關(guān)系；在建立研磨盤冷卻系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，研究

3、了研磨過程中研磨盤的溫度場(chǎng)分布，分析了研磨盤冷卻系統(tǒng)的冷卻性能；最后在綜合這些研究成果的基礎(chǔ)上，利用先進(jìn)的模塊化設(shè)計(jì)手段和CAD/CAM技術(shù)，設(shè)計(jì)并制造具有國(guó)際先進(jìn)水平和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超精密平面研磨機(jī)，用于不同類型光電子材料超精密研磨拋光加工。 全文主要結(jié)論如下： 1．超精密平面研磨機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)原則：精度優(yōu)先，兼顧效率；設(shè)備結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單，盡可能的提高設(shè)備剛度；應(yīng)采取相應(yīng)措施控制設(shè)備的熱變形、設(shè)備的振動(dòng)；

4、 2．在相同的加載條件下（材料組成，加載半徑和加載壓力均相同），研磨盤材料的彈性模量越大，其最大變形量越?。辉诩虞d半徑一定的情況下，研磨盤的最大變形量與加載壓力成正比，且在兩個(gè)加載半徑處半徑值大的位置，研磨盤最大變形量隨加載壓力的變化率較大；當(dāng)加載壓力不變時(shí)，研磨盤的最大變形量隨加載半徑的增大而增大，且加載半徑越大，研磨盤最大變形量的增加速率越快； 3．可以通過設(shè)置適當(dāng)?shù)募虞d壓力值和加載半徑值，將研磨盤自身的最大變形量控制在微米

5、級(jí)范圍內(nèi)； 4．采用硬質(zhì)材料做基體，將軟質(zhì)材料貼合在硬質(zhì)材料表面一起構(gòu)成研磨盤材料時(shí)，研磨盤加載后的變形量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于單獨(dú)使用軟質(zhì)材料作為研磨盤材料時(shí)的變形量。 5．研究結(jié)果表明，研磨盤底內(nèi)冷卻系統(tǒng)非常必要，它能大幅度地降低研磨盤的整體溫度，及時(shí)帶走研磨高溫區(qū)的熱量，從而降低研磨盤的熱變形量；當(dāng)研磨高溫區(qū)的溫度值為80℃時(shí)，使用該冷卻系統(tǒng)后，研磨盤穩(wěn)態(tài)整體溫度降低了近30℃，而且研磨盤高溫區(qū)的分布面積明顯減小。 6．

6、當(dāng)研磨盤以鑄鐵做襯底，使用PTFE作為實(shí)際研磨材料，啟用研磨盤底內(nèi)冷卻系統(tǒng)，通入20℃恒溫水進(jìn)行冷卻，研磨盤的穩(wěn)態(tài)整體溫度可以低至20℃左右，高溫區(qū)的分布非常狹窄，基本上分布在研磨最高溫度區(qū)的正下方。在此情況下，研磨盤的熱變形量很小。 7．使用帶有微動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)的研磨盤車削修整系統(tǒng)對(duì)研磨盤進(jìn)行修整，并，使用氣動(dòng)無級(jí)加載的方式取代傳統(tǒng)的砝碼加載，極大地優(yōu)化了研磨加工工藝性，提高了研磨加工效率。 8．設(shè)計(jì)完成的新型單面超精密平