研磨压力机械式加载系统的设计与研究

发布时间：2020-06-08 12:57

【摘要】：随着智能系统、电子计算机、传感器、仪器仪表等逐步向微型化发展,纳米材料器件得到广泛应用,随着对纳米器件性能影响的研究的不断突破,实际上都选择采用微小结构,然后关注的对象逐渐转向材料在微小尺度下的力学性能研究,微构件一般采用微米级的几何尺寸,而薄膜的厚度则往往是纳米级的。高质量的试样制备技术是获取原子级超光滑表面的基础,因此,迫切需要解决试样制备的研磨抛光原型样机的研制与开发。为解决研磨加工过程中机械加载力的变化曲线与压力采集等问题,对研磨过程中影响抛光效果的压力大小等主要因素和各种压力加载方法等方面进行了研究,从机械结构和控制软硬件两方面展开研究,采用了一种基于PCI-1240U运动控制卡以及USB总线技术设计了压力加载控制系统,在Nano-MAX研抛机基础上搭建了实验平台,并应用该实验平台进行了相应的实验研究。主要研究工作如下:(1)根据研磨加工压力加载平台的设计要求,选用三菱伺服电机HG-KN43BJ-S100作为驱动电机设计了研磨压力加载实验平台,采用测力传感器检测研磨过程中的加载力实时变化,基于定点理论设计了的动力吸振器,用来减少研磨过程中振动对平面研磨的影响,从理论上说明了动力吸振器设计的可行性和有效性。(2)对研磨压力加载控制系统进行了软硬件设计,采用了PCI-1240U运动控制卡以及USB总线技术设计了压力加载控制系统,主要对电机控制和压力采集储存两方面着手,说明运动控制卡功能使用介绍以及用LabVIEW如何调用动态链接库文件,实现对力加载的动态调节,将采集到的数据进行存储并绘制曲线显示在屏幕上,人机交互界面形象直观的表达研磨过程中加载力的变化情况。通过LabVIEW设计的人机界面,直接操作上位机的面板,快速稳定地按照压力曲线目标实现电机控制,柔和使用方便有效。(3)首先对所研制的研磨加工机械加载力系统进行了介绍并给出了实验平台的主要技术参数,然后对研磨过程主要的研磨压力参数进行了测量与分析。对机械加载式研磨抛光和传统的砝码式加载研磨抛光进行了抛光效果的比较,利用Mitutoyo、基恩士等设备对试样表面进行表征。结果表明,机械加载式研磨加工,其获得的试样表面粗糙度值Ra提升到了10 nm、表面形貌和晶格排布更好,也进一步验证了附加阻尼动力吸振器方法的可行性以及所研制的研磨加工机械加载力系统的可靠性。本文研究借助机械设计与控制系统设计、实验测试、试样制备与表征,证明了动力吸振器减振方法的可行性和所研制的研磨加工机械加载力系统的可靠性。
【图文】：

砝码,配重,抛光盘,主轴

载压力曲线图(b)加载压力曲线目图1-2力加载变化曲线示意图载系统主要有砝码配重加载系统[24,25]、机械式加载载系统[27]和其它加载系统。系统系统采用配重的方式，如图 1-3 所示，，这种压力加硅片的陶瓷盘背面，通过改变配重块的数量和质量磨过程中，这种加载方式的压力值始终固定在同一求对压力进行动态调整，研磨效率低。在实验室中艺实验研究。料架砝码磨阶段精磨阶段T/s开始阶段粗磨阶段P3P1

气动伺服系统,原理框图

系统出的抛光压力电机加载系统，其抛光力加载系统主要是以步进电建模后的 simulink 仿真分析，验证了此加载系统具有稳定的机械结持平稳等特点，可以获得有光滑表面的晶片。谢良江等[29][30]分析工过程中的振动信号，采用 EMD(Empirical mode decomposition)方发现磨球机振动的三个影响因素：研磨压力、研磨盘转速、研磨制的纳米级超精密智能型抛光机，采用直流无刷电机减速后带动三闭环精确控制其电机运动速度。该抛光机可广泛用于加工大规酸锂基片和计算机硬盘等基片,必将在各个行业发挥重要作用。系统较多采用伺服控制，气动伺服控制系统一般是由四部分组成，分电气比例伺服阀等控制元件、控制器以及反馈检测器，其中核心 1-4 所示为气动伺服控制的原理框图。电气控制阀作为气动加载制阀主要有以下 3 种：电气伺服阀、电气比例阀、电气开关阀。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG580.68

【参考文献】