CN201115929Y - 修整可控型超精密抛光机 - Google Patents

Abstract

一种修整可控型超精密抛光机，包括机座、抛光盘、抛光盘驱动电机、测速机构、智能控制平台、修整环、直线导轨、往复运动驱动机构、径向移动驱动电机以及旋转驱动电机，基座上安装支架板，支架板安装基盘保持架，两根直线导轨水平安装在支架板的下方，径向移动驱动电机安装在支架板上，径向移动驱动电机与往复运动驱动机构传动连接，往复运动驱动机构可水平滑动地套装在直线导轨上，修整环安装在往复运动驱动机构的下方，旋转驱动电机与往复运动驱动机构固定连接，旋转驱动电机的输出轴与修整环传动连接，修整环位于抛光盘的基盘覆盖以外区域的上方。本实用新型实现在线修整抛光垫的平面精度、使加工周期缩短、加工后的工件表面具有良好的均匀度。

Description

修整可控型超精密抛光机

技术领域

本实用新型涉及抛光机领域，尤其是一种超精密抛光机(或称研磨机)。

背景技术

传统的研磨、抛光机在加工工件的过程中，无法在线修整抛光盘(研磨盘)的平面精度，随着加工过程的不断进行，抛光盘的平面精度会越来越差，而采用离线式修整平面精度。目前的抛光机(研磨机)都是非智能化或者是半智能化的，对抛光盘的转速和位置、工件和抛光盘修整环上施加的载荷都无法精确的进行智能化控制，因而很难保证工件在加工过程中获得极高的平面精度，也很难在较短的时间内获得高的表面质量。存在的缺点：1、无法实现在线修整抛光盘的平面精度；2、延长了加工周期；3、不能完全保证抛光盘的平面度。

经实验结果发现，不当的抛光盘表面修整，将造成抛光盘表面的恶化，更将造成去除率的下降，且由工件表面的测量结果发现工件表面经研磨后存在着极大的非均匀度。

实用新型内容

为了克服已有的抛光机无法实现在线修整抛光垫的平面精度、加工周期长、加工后的工件表面存在极大的非均匀度的不足，本实用新型提供一种实现在线修整抛光垫的平面精度、使加工周期缩短、加工后的工件表面具有良好的均匀度的修整可控型超精密抛光机。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种修整可控型超精密抛光机，包括机座、抛光盘、抛光盘驱动电机、测速机构和智能控制平台，所述的抛光盘通过主轴安装在机座上，所述抛光盘驱动电机的输出轴与主轴传动连接，所述主轴与测速机构传动连接，所述的机座上安装支架板，所述的支架板安装基盘保持架，所述的基盘保持架设有弧形段，所述弧形段的弧度不小于π/2，所述的弧形段上安装有摩擦轮，摩擦轮个数至少为2个，所述的基盘嵌入所述弧形段并靠接在摩擦轮上，且所述基盘与所述弧形段之间有间隙，所述的基盘位于抛光盘的上方；所述的超精密抛光机还包括修整环、直线导轨、往复运动驱动机构、径向移动驱动电机以及旋转驱动电机，所述的两根直线导轨水平安装在支架板的下方，所述的径向移动驱动电机安装在支架板上，所述的径向移动驱动电机与往复运动驱动机构传动连接，所述往复运动驱动机构可水平滑动地套装在直线导轨上，所述的修整环安装在往复运动驱动机构的下方，所述旋转驱动电机与往复运动驱动机构固定连接，所述的修整环位于抛光盘的基盘覆盖以外区域的上方；所述的智能控制平台连接抛光盘驱动电机、测速机构、径向移动驱动电机和旋转驱动电机。

作为优选的一种方案：所述的往复运动驱动机构下方安装套管，所述套管下端安装修整环，所述的抛光垫修整机构还包括修整加载装置，所述修整加载装置垂直安装在往复运动驱动机构上，所述的修整加载装置连接压力调节螺杆，所述的压力调节螺杆与修整环球头连接，所述的压力调节螺杆安装在套管内，所述的智能控制平台连接修整加载装置。

进一步，所述基盘保持架安装在直线导轨的下方，基盘加载装置安装在基盘保持架上，所述的基盘加载转置连接压力调节螺杆，所述的压力调节螺杆与基盘球头连接，所述的智能控制平台连接基盘加载装置。

作为优选的另一种方案：所述的往复运动驱动机构包括径向移动距离调节板和行程调节板，所述的径向移动驱动电机的输出轴与径向移动距离调节板固定连接，所述的径向移动距离调节板的一端通过滚轮与行程调节板上沟槽配合，所述行程调节板可水平滑动地套装在直线导轨上，所述的修整环安装在行程调节板的下方，所述旋转驱动电机与行程调节板固定连接。

进一步，所述的沟槽有至少两个以上，所述至少两个以上的沟槽呈相互平行布置；所述的径向移动距离调节板上设有矩形槽，所述的径向移动驱动电机的输出轴通过螺钉固定安装在所述矩形槽上。

所述的修整加载装置和基盘加载装置为气动加载装置或液压加载装置。

所述的测速机构为光栅测控系统。

所述的抛光盘驱动电机的输出轴上设有主动齿轮、所述主动齿轮通过同步带连接被动齿轮，所述被动齿轮安装在主轴上；所述的主轴底端连接附加齿轮，所述附加齿轮通过传动带连接测速机构的输入轴。

所述的超精密抛光机包括至少一个修整环和一个基盘，所述的各个修整环、基盘分别位于抛光盘的不同区域。此处的修整环与基盘保持架的数量取决于实际的加工需要，同时取决于修整环、基盘与抛光盘三者间的大小比例，可以为两对、三对、四对以及多对。

所述旋转驱动电机的输出轴上设有主动齿轮、所述主动齿轮通过同步带连接被动齿轮，所述被动齿轮安装在所述的往复运动驱动机构上的轴上，所述的被动齿轮套接有拔杆，所述的拔杆同时也套接修整环上面，所述的拔杆在2π弧度范围内有至少三个以上。

本实用新型的技术构思为：在抛光机上增加修整环，由修整环旋转驱动电机带动修整环转动，修整环旋转驱动电机与往复运动驱动机构的径向移动距离调节板固定连接，直线运动轨道安装在支架板上，固定安装在支架板上的修整机构径向移动电机驱动往复运动驱动机构在直线运动轨道上移动，从而带动修整环沿抛光盘径向往复移动。在智能控制面板上按下电源开关，根据不同的抛光盘，设定相应的程序，(1)调节旋转驱动电机的旋转速度，通过皮带轮带动修整环转动；(2)调节径向驱动电机的旋转速度，带动修整环在抛光盘半径方向上移动，并在不同的区域内停留相应的时间。根据抛光垫半径的大小，调节往复运动驱动机构的径向移动距离调节板在电机轴上的安装，可使修整环在预定的行程区间做自动直线往返运动；改变修整环的转动速度和直线往复运动速度、停留时间的组合，结合调整修整压力的大小，满足不同大小，不同材料抛光垫的修整要求。修整环开有排屑槽的底面与抛光垫表面的摩擦对抛光盘面进行在线修整，并且采用了智能控制系统和高精密的光栅测控系统，对修整环的转速和修整环在抛光盘不同区域停留的时间进行高精度的控制，在配套工艺条件下可获得极高的加工精度、表面质量以及产品质量的一致性。

在一特定的修整程序下，通过求得工件表面上的速度分布，进而计算出半径方向的平均速度分布，并用以检查平均速度与去除率之间的关系，此一模式可用于找出砂轮表面最优的修整程序。

将抛光垫表面区分成若干个区域，各区域是以抛光垫的中心点与修整环中心点之间的距离为界定范围，并设定修整环在各区域的相对停留时间，则修整环将依据所设定的转速、压力与各区域的相对停留时间在抛光垫的半径方向来回移动，从而使抛光垫达到平坦修整的目的，即修整程序伴随着抛光程序同时进行。修整环在抛光盘的径向的设定范围内来回扫动，进而除去沉积在抛光垫表面上的研磨微粒，工件表面经磨耗后产生的碎屑，并且刮除抛光垫表面的老化结构。

基于行星式运动设计原理，保证工件加工表面各点在相对于抛光盘的线速度相等，且抛光运动轨迹不重复。修整环在加工中不仅做自转运动，而且还沿抛光垫径向移动，并通过智能控制系统使修整环在抛光垫的各个区域停留时间不同，使其运动轨迹可以更好地覆盖到整个抛光盘表面，达到对抛光盘的均匀修整。这种时时刮除抛光垫工作表面的运动方式，可始终使抛光垫保持最佳的工作状态，工件被加工表面的去除率能保持在一固定的范围内，不会因为抛光垫在长期的使用后，抛光垫表面各处磨损不一致，而造成工件被加工表面各点去除量有明显差异，产生工件被加工表面的不平。

本实用新型的有益效果主要表现在：1、能够实现在线修整抛光盘的平面精度、获得很高的平面加工精度；2、缩短工件的加工周期；3、可修整平行度：采用偏心载荷修正工件的平行度，也可利用其加工出一定倾斜度的工件；4、速度可调、速度控制模式先进：可实现无级调速，并且采用“低速起动-无级提速-恒速加工-低速修整-低速停止”的研磨盘速度控制模式，可保证超精密研磨抛光加工的工艺要求；5、总转数精确控制：采用超精密光栅测控技术，使抛光盘总转数的精度控制在±1°以内，以保证加工量总误差在1nm以内；6、修整环与工件载荷精确控制：采用智能传感器，闭环控制修整环作用气缸(或液压缸)和基盘作用气缸(或液压缸)内的介质压强，精度可达0.02％，可精确稳定控制修整环和基盘上的载荷，满足精密加工要求；7、智能专家数据库：采用最佳加工工艺参数专家数据库控制系统，进而保证加工的高质量和一致性，可有效地排除人为操作对加工过程的不利影响。

附图说明

图1是抛光垫修整装置在抛光机中的正视图。

图2是修整环、基盘运动时的俯视图。

图3是往复运动驱动机构的示意图。

图4是修整环旋转驱动示意图

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参照图1、图2、图3和图4，一种修整可控型超精密抛光机，包括机座5、抛光盘8、抛光盘驱动电机1、测速机构6和智能控制平台2，所述的抛光盘8通过主轴安装在机座5上，所述抛光盘驱动电机1的输出轴与主轴传动连接，所述主轴与测速机构6传动连接，所述的机座5上安装支架板15，所述的支架板15安装基盘保持架12，所述的基盘保持架12设有弧形段，所述弧形段的弧度不小于π/2，所述的弧形段上安装有摩擦轮11，摩擦轮11个数至少为2个，基盘10嵌入所述弧形段并靠接在摩擦轮11上，且所述基盘10与所述弧形段之间有间隙，所述的基盘10位于抛光盘8的上方；所述的超精密抛光机还包括修整环25、直线导轨14、径向往复运动驱动机构、径向移动驱动电机17以及旋转驱动电机16，所述的两根直线导轨14水平安装在支架板15的下方，所述的径向移动驱动电机17安装在支架板15上，所述的径向移动驱动电机17与往复运动驱动机构传动连接，所述往复运动驱动机构可水平滑动地套装在直线导轨14上，所述的修整环25安装在往复运动驱动机构的下方，所述旋转驱动电机16与往复运动驱动机构固定连接，所述的修整环25位于抛光盘的基盘覆盖以外区域的上方；所述的智能控制平台连接抛光盘驱动电机、测速机构、径向移动驱动电机和旋转驱动电机。

所述的往复运动驱动机构的下方安装套管，所述套管下端安装修整环25，所述的抛光垫修整机构还包括修整加载装置，所述修整加载装置垂直安装在往复运动驱动机构上，所述的修整加载装置连接压力调节螺杆，所述的压力调节螺杆与修整环25为球头连接，所述的压力调节螺杆安装在套管内，所述的智能控制平台连接修整加载装置。

所述基盘保持架12安装在直线导轨14的下方，基盘加载装置安装在基盘保持架12上，所述的基盘加载转置连接压力调节螺杆，所述的压力调节螺杆与基盘10球头连接，所述的智能控制平台连接基盘加载装置。

所述的往复运动驱动机构包括径向移动距离调节板19和行程调节板21，所述的径向移动驱动电机17的输出轴18与径向移动距离调节板21固定连接，所述的径向移动距离调节板21的一端通过滚轮20与行程调节板21上沟槽配合，所述行程调节板21可水平滑动地套装在直线导轨14上，所述的修整环25安装在行程调节板21的下方，所述旋转驱动电机16与行程调节板21固定连接。

所述的沟槽有至少两个以上，所述至少两个以上的沟槽呈相互平行布置；所述的径向移动距离调节板19上设有矩形槽，所述的径向移动驱动电机17的输出轴通过螺钉固定安装在所述矩形槽上。

所述的修整加载装置和基盘加载装置为气动加载装置或液压加载装置。所述的测速机构6为光栅测控系统。所述的抛光盘驱动电机1的输出轴上设有主动齿轮、所述主动齿轮通过同步带连接被动齿轮，所述被动齿轮安装在主轴上；所述的主轴底端连接附加齿轮，所述附加齿轮通过传动带连接测速机构的输入轴。

所述的超精密抛光机包括至少一个修整环和一个基盘，所述的各个修整环、基盘分别位于抛光盘的不同区域。此处的修整环与基盘保持架的数量取决于实际的加工需要，同时取决于修整环、基盘与抛光盘三者间的大小比例，可以为两对、三对、四对以及多对。

所述旋转驱动电机16的输出轴上设有主动齿轮、所述主动齿轮通过同步带连接被动齿轮，所述被动齿轮安装在所述的往复运动驱动机构上的轴IV上，所述的被动齿轮套接有拔杆24，所述的拔杆24同时也套接修整环25上面，所述的拔杆在2π弧度范围内有至少三个以上，

所述的基盘保持架12安装在支架板15的直线轨道14上，所述的支架板15安装在立柱26上，所述的立柱26固定安装在机座5上。

所述的测速机构6为光栅测控系统。所述的抛光盘驱动电机1的输出轴上设有主动齿轮、所述主动齿轮通过同步带连接被动齿轮，所述被动齿轮安装在主轴上；所述的主轴底端连接附加齿轮，所述附加齿轮通过传动带连接测速机构的输入轴。所述抛光盘驱动电机1为直流电机。

本实施例的具体工作过程为：通过智能控制平台2对抛光盘驱动电机1进行无极调速，抛光盘驱动电机通过轴I和轴II上的传动机构(可用同步带、齿轮等结构)带动主轴II旋转；一路通过主轴II带动抛光盘8旋转，同时抛光盘8通过摩擦带动抛光盘上的基盘10转动，基盘10底面装有工件9；另一路是主轴II和轴III上的传动机构4(可用同步带、齿轮等结构)将主轴II的速度传到光栅测控系统上，光栅测控系统对其电机转动参数进行测量，并反馈至智能控制平台2。另，智能控制平台2控制修整机构径向移动驱动电机17旋转，修整机构径向移动驱动电机的输出轴18带动安装上电机轴上的径向移动距离调节板19旋转，径向移动距离调节板19一端的滚轮20也绕驱动电机17输出轴18的轴心转动。滚轮20与行程调节板21的沟槽相配合，由于行程调节板21滑动地安装在直线导轨14上，所以在滚轮20随电机轴18转动时，滚轮20在行程调节板21的沟槽内推动行程调节板21沿直线导轨14做往复直线运动，旋转驱动电机16与往复运动驱动机构的行程调节板21固接在一起，滑动安装在直线导轨14上，它们都可在直线导轨14上自由滑动，因而带动修整环25沿抛光盘8径向移动。智能控制平台2控制修整环旋转驱动电机16转动，修整环旋转驱动电机16驱动轴V和轴IV上的传动机构23(可用同步带、齿轮等结构)将带动套接在轴IV上的从动齿轮的拔杆24旋转，拔杆24下端套接在修整环25上面，因而驱动修整环25自转。智能控制平台2借助压力传感器，通过控制电磁阀开启和关闭介质通道来控制修整环作用气缸(或液压缸22)和基盘作用气缸(或液压缸)13中介质的压强，进而精确控制施加在修整环25和基盘10上的载荷。又如图2所示，主轴II带动抛光盘8作旋转运动，经由抛光盘上的摩擦力带动基盘10转动，基盘10带动基盘保持架12上的摩擦轮11转动，同时摩擦轮11反作用于基盘10使基盘在基盘保持架12内作自转运动。修整环25由往复运动驱动机构带动，通过修整环25开有排屑槽的底面与抛光盘面的摩擦对抛光盘面进行在线修整。

修整环采用耐腐蚀的材料如黄铜、不锈钢、陶瓷等制成。基盘10在基盘保持架12的环内稳定地转动，而在相对位置上又采用了一只底部开有排屑槽的修整环25，修整环25在往复运动驱动机构带动可沿抛光盘径向移动。这样在抛光盘上一方面可使基盘10工作稳定地转动，另一方面修整环25可在加工过程中不断地在线修整抛光盘8表面，修整环25由于抛光盘8的表面各点线速度不同，而且可在抛光盘8表面作径向移动，通过修整环作用气缸(或液压缸)22实现在修整环上施加载荷，这样修整效果更佳理想。基盘10(其底面装有工件9)放在基盘保持架中，通过基盘上的基盘作用气缸(或液压缸)13实现在工件上加负载。抛光液从抛光盘8上加入后，会顺着抛光液出口处7流出。调节基盘保持架12在直线轨道的位置，可使基盘保持架12带动基盘10沿抛光盘8径向移动，即可调节基盘10中心与抛光盘8中心的距离，以获得尽可能高的平面精度。

本实施例可应用于石英晶体，压电晶体，Si基片，宝石片，GaAs，光学玻璃，磁性材料，结构陶瓷材料，硬脆非金属材料试件以及金属材料的平面镜面研磨和抛光，此外还可以进行以下材料的研磨和抛光：

(1)、高精度金属量具(如块规)及机械零件的平面镜面研磨和抛光。

(2)、矿物的EPMA评价，AME，物性试验，金相等分析用试料的平面镜面研磨和抛光。

(3)、复合材料界面，加工表面变质层的无损伤角度研磨。

(4)、TEM用薄片的准备研磨。

Claims (10)

1、一种修整可控型超精密抛光机，包括机座、抛光盘、抛光盘驱动电机、测速机构和智能控制平台，所述的抛光盘通过主轴安装在机座上，所述抛光盘驱动电机的输出轴与主轴传动连接，所述主轴与测速机构传动连接，所述的机座上安装支架板，所述的支架板安装基盘保持架，所述的基盘保持架设有弧形段，所述弧形段的弧度不小于π/2，所述的弧形段上安装有摩擦轮，摩擦轮个数至少为2个，基盘嵌入所述弧形段并靠接在摩擦轮上，且所述基盘与所述弧形段之间有间隙，所述的基盘位于抛光盘的上方；其特征在于：

所述的超精密抛光机还包括修整环、直线导轨、往复运动驱动机构、径向移动驱动电机以及旋转驱动电机，所述的两根直线导轨水平安装在支架板的下方，所述的径向移动驱动电机安装在支架板上，所述的径向移动驱动电机与往复运动驱动机构传动连接，所述往复运动驱动机构可水平滑动地套装在直线导轨上，所述的修整环安装在往复运动驱动机构的下方，所述旋转驱动电机与往复运动驱动机构固定连接，所述旋转驱动电机的输出轴与修整环传动连接，所述的修整环位于抛光盘的基盘覆盖以外区域的上方；

所述的智能控制平台连接抛光盘驱动电机、测速机构、径向移动驱动电机和旋转驱动电机。

2、如权利要求1所述的修整可控型超精密抛光机，其特征在于：所述的往复运动驱动机构下方安装套管，所述套管下端安装修整环，所述的抛光垫修整机构还包括修整加载装置，所述修整加载装置垂直安装在往复运动驱动机构上，所述的修整加载装置连接压力调节螺杆，所述的压力调节螺杆与修整环球头连接，所述的压力调节螺杆安装在套管内，所述的智能控制平台连接修整加载装置。

3、如权利要求2所述的修整可控型超精密抛光机，其特征在于：所述基盘保持架安装在直线导轨的下方，基盘加载装置安装在基盘保持架上，所述的基盘加载转置连接压力调节螺杆，所述的压力调节螺杆与基盘球头连接，所述的智能控制平台连接基盘加载装置。

4、如权利要求1-3之一所述的修整可控型超精密抛光机，其特征在于：所述的往复运动驱动机构包括径向移动距离调节板和行程调节板，

所述的径向移动驱动电机的输出轴与径向移动距离调节板固定连接，所述的径向移动距离调节板的一端通过滚轮与行程调节板上沟槽配合，所述行程调节板可水平滑动地套装在直线导轨上，所述的修整环安装在行程调节板的下方，所述旋转驱动电机与行程调节板固定连接。

5、如权利要求4所述的修整可控型超精密抛光机，其特征在于：所述的沟槽有至少两个以上，所述至少两个以上的沟槽呈相互平行布置；所述的径向移动距离调节板上设有矩形槽，所述的径向移动驱动电机的输出轴通过螺钉固定安装在所述矩形槽上。

6、如权利要求3所述的修整可控型超精密抛光机，其特征在于：所述的修整加载装置和基盘加载装置为气动加载装置或液压加载装置。

7、如权利要求4所述的修整可控型超精密抛光机，其特征在于：所述的测速机构为光栅测控系统。

8、如权利要求1-3之一所述的修整可控型超精密抛光机，其特征在于：所述的抛光盘驱动电机的输出轴上设有主动齿轮、所述主动齿轮通过同步带连接被动齿轮，所述被动齿轮安装在主轴上；所述的主轴底端连接附加齿轮，所述附加齿轮通过传动带连接测速机构的输入轴。

9、如权利要求8所述的修整可控型超精密抛光机，其特征在于：所述的超精密抛光机包括至少一个修整环和一个基盘，所述的各个修整环、基盘分别位于抛光盘的不同区域。

10、如权利要求4所述的修整可控型超精密抛光机，其特征在于：所述旋转驱动电机的输出轴上设有主动齿轮、所述主动齿轮通过同步带连接被动齿轮，所述被动齿轮安装在所述的往复运动驱动机构上的轴上，所述的被动齿轮套接有拔杆，所述的拔杆同时也套接修整环上面，所述的拔杆在2π弧度范围内有至少三个以上。

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