CN101670552A - 一种基于快速抛光技术的材料去除率控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于快速抛光技术的材料去除率控制系统，涉及一种材料去除率控制系统。提供一种基于快速抛光技术的材料去除率控制系统。设有工控机系统、数控系统、伺服系统、数控抛光机床和材料去除率检测系统。工控机系统输出端与数控系统输入端连接，数控系统输出端与伺服系统输入端连接，伺服系统输出端与数控抛光机床的电机连接，电机驱动3个加工轴：工件旋转轴、工件横移轴和抛光盘旋转轴联动，对工件进行加工，数控抛光机床加工后的工件输出并送入材料去除率检测系统进行材料去除率检测。材料去除率检测系统设有空调恒温系统、激光干涉仪和千分尺。工件加工后送入空调恒温系统，利用激光干涉仪和千分尺测量实际加工后工件材料去除率。
Description
技术领域
本发明涉及一种材料去除率控制系统，尤其是涉及一种基于快速抛光技术的材料去除率控制系统。
背景技术
随着抛光技术的不断发展和数控机床应用的不断扩大，如何提高工件抛光加工效率，如何控制其材料去除率，成为抛光技术应用上的关键问题。
目前，由于很多超精密加工技术没有公开，抛光的三大要素：抛光液、抛光垫和抛光机的发展严重制约了超精密加工水平的提高。近年来，我国科研工作者已开始机械化学抛光技术的研究(参见文献：1、王胜利，袁育杰，刘玉岭，铜CMP中工艺参数对抛光速率的影响[J].润滑与密封，2006，7：113-115；2、王亮亮，路新春，潘国顺，等，硅片化学机械抛光中表面形貌问题的研究[J].润滑与密封，2006，2：66-69；3、W.T.Tseng and Y.L.Wang，Re-examination of pressure and speed dependence of removal rate during chemical mechanicalpolishing processes[J].J.Electrochem.Soc.1997，144：L15-L17)。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的光学元件抛光加工效率低、难以控制材料去除率的缺点，提供一种基于快速抛光技术的材料去除率控制系统。
本发明设有工控机系统、数控系统(CNC)、伺服系统、数控抛光机床和材料去除率检测系统。
工控机系统输出端与数控系统输入端连接，通过USB接口将数控加工程序输入数控系统，数控系统输出端与伺服系统输入端连接，伺服系统输出端与数控抛光机床的电机连接，电机驱动3个加工轴：工件旋转轴、工件横移轴和抛光盘旋转轴联动，对工件进行加工，数控抛光机床加工后的工件输出并送入材料去除率检测系统进行材料去除率检测，检测后的工件如不符合要求，则进行补偿加工，使得实际材料去除率同预想的材料去除率相对误差不超过2％。
所述材料去除率检测系统设有空调恒温系统、激光干涉仪和千分尺。工件加工完毕之后，送入空调恒温系统放置，以消除工件表面应力，而后利用Techo激光干涉仪和千分尺测量实际加工后工件材料去除率。
所述工控机系统内设有加工软件处理模块，包括原始加工模块和补偿加工模块等，其中，原始加工模块设有压强计算模块、相对速度计算模块、数控程序生成模块和材料去除率补偿模块等。输入预想加工所需要的材料去除率，采用压强计算模块计算出对工件施加的压强，从而给出所需设定的加工参数A，即Z1轴下降高度；采用相对速度计算模块计算出工件相对抛光盘的速度，从而给出所需设定的加工参数B，即工件转速ω1和抛光转速ω2。数控程序生成模块根据加工参数A和加工参数B，生成数控加工程序。工控机系统输出端与数控系统输入端相连接，通过USB接口将数控加工程序输入数控系统。
所述对工件进行加工，数控抛光机床加工后的工件输出并送入材料去除率检测系统进行材料去除率检测，检测后的工件如不符合要求，则进行补偿加工，是将加工后所得的工件材料去除率输入工控机系统的补偿加工模块，补偿加工模块包括材料去除率补偿模块和数控程序生成模块，采用材料去除率补偿模块比较实际加工后所得的工件材料去除率和预想加工所需要的材料去除率，给出补偿加工所需的补偿加工参数和补偿加工参数，生成补偿后的加工数控程序，工件进行补偿加工，使补偿加工后的材料去除率和预想的材料去除率相对误差不超过2％。
由于本发明的工控机系统输出端通过USB接口将数控加工程序输入数控系统，数控系统输出端与伺服系统输入端连接，伺服系统输出端与数控抛光机床的电机连接，电机驱动3个加工轴：工件旋转轴、工件横移轴和抛光盘旋转轴联动，对工件进行加工，将加工后所得的工件材料去除率输入工控机系统的补偿加工模块，补偿加工模块包括材料去除率补偿模块和数控程序生成模块，采用材料去除率补偿模块比较实际加工后所得的工件材料去除率和预想加工所需要的材料去除率，给出补偿加工所需的补偿加工参数和补偿加工参数，生成补偿后的加工数控程序，工件进行补偿加工，使补偿加工后的材料去除率和预想的材料去除率相对误差不超过2％。
本发明克服了现有的光学元件抛光加工效率低、难以控制材料去除率等缺点，能有效地提高加工效率，精确地控制材料去除率，材料去除率可达5～10um/h，是传统初抛的8～10倍。而且经过补偿加工后，补偿加工后的材料去除率同预想的材料去除率相对误差不超过2％。
附图说明
图1为本发明实施例的结构组成框图。
图2为本发明实施例的数控抛光机床结构示意图。
图3为图2的俯视图。
图4为本发明实施例采用的材料去除率检测系统结构图。
图5为本发明实施例采用的工控机系统补偿加工模块结构图。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
参见图1～4，本发明实施例设有工控机系统1、数控系统(CNC)2、伺服系统3、数控抛光机床4和材料去除率检测系统5。在工控机系统1中输入预想加工所需的材料去除率，由加工软件处理模块得到加工所需的参数和数控程序。工控机系统1输出端与数控系统2输入端相连，数控系统2输出端与伺服系统3输入端连接，伺服系统3输出端与数控抛光机床4的电机连接，驱动3个加工轴(工件旋转轴、工件横移轴和抛光盘旋转轴)联动对工件21进行加工。实际加工后的工件21送入材料去除率检测系统5进行材料去除率检测。检测完成后进行补偿加工，使得补偿加工后的材料去除率与预想的材料去除率相对误差不超过2％。
工件21由真空薄膜22吸附，工件旋转轴Z1可升降，以对工件21施加不同的压力，工件21在工件旋转轴Z1带动下独立旋转，并且工作横移轴Z3可带动工件21横向移动。聚氨酯抛光垫23由强力胶水粘贴在大理石抛光盘24上，抛光盘24在抛光盘旋转轴Z4带动下独立旋转。为了保持抛光垫23具有一定表面粗糙度和平整性，金刚石修整轮25在修整轮轴Z2带动下根据需要可对抛光垫23表面进行修整。由抛光液P(抛光液由氧化铈和去离子水混合组成，按质量比，氧化铈和去离子水的配比最好为10∶1)供给系统在加工过程中喷洒在抛光垫23表面。轴Z1、轴Z3和轴Z4三轴联动，可对工件21进行材料去除。在图2中，修整轮25的半径为R，工件21的半径为R1。
本发明实施例所用的数控抛光机床采用超精密快速抛光机床，为北京NorthTiger机床股份有限公司PPS100快速抛光机床，数控系统(CNC)采用SINUMERIK 840D，激光干涉仪采用成都太科Techo激光干涉仪。
工控机系统1设有加工软件处理模块，包括原始加工模块和补偿加工模块。其中，原始加工模块包括压强计算模块、相对速度计算模块、数控程序生成模块。输入预想加工所需的材料去除率，采用压强计算模块计算出对工件施加的压强，从而给出所需设定的加工参数A，即工件旋转轴Z1下降高度；采用相对速度计算模块计算出工件相对抛光盘的速度，从而给出所需设定的加工参数B，即工件转速ω1和抛光转速ω2，计算出工件相对抛光盘的速度VX。数控程序生成模块根据加工参数A和加工参数B，生成数控加工程序。工控机系统输出端与数控系统输入端相连接，通过USB接口将数控加工程序输入数控系统。
数控系统2输出端与伺服系统3输入端连接，伺服系统3输出端与超精密数控快速抛光技术机床4的电机连接，驱动电机转动，从而带动工件旋转轴Z1、工件横移轴Z3和抛光盘旋转轴Z4联动，对工件21进行材料去除。
材料去除率检测系统5包括空调恒温系统、千分尺和激光干涉仪。工件加工完毕之后，送入空调恒温系统放置24h，以消除工件表面应力。接着利用Techo激光干涉仪和千分尺测量实际加工后工件材料去除率。
参见图5，将加工后所得的工件材料去除率输入工控机系统的补偿加工模块。补偿加工模块包括材料去除率补偿模块、数控程序生成模块。采用材料去除率补偿模块比较实际加工后所得的工件材料去除率和预想加工所需要的材料去除率，给出加工所需的补偿加工参数C和补偿加工参数D，生成补偿后的加工数控程序，工件进行补偿加工，使得补偿加工后的材料去除率和预想的材料去除率相对误差不超过2％。
本发明采用的基于快速抛光技术的材料去除率控制系统，加工尺寸直径为320mm、厚度为10mm的BK7圆形玻璃，可将使补偿加工后的材料去除率和预想的材料去除率相对误差控制在2％之内。表1和2给出本实施例采用的基于快速抛光技术的材料去除率控制系统加工实际工件预期的材料去除率和补偿加工材料去除率比较表。
表1
表2
另外，本发明不仅限于上述的实施形式，自然可在不脱离本发明的主旨范围内对给中材料和尺寸的光学元件进行加工，控制材料去除率。
Claims (4)
1.一种基于快速抛光技术的材料去除率控制系统，其特征在于设有工控机系统、数控系统、伺服系统、数控抛光机床和材料去除率检测系统；
工控机系统输出端与数控系统输入端连接，通过USB接口将数控加工程序输入数控系统，数控系统输出端与伺服系统输入端连接，伺服系统输出端与数控抛光机床的电机连接，电机驱动3个加工轴：工件旋转轴、工件横移轴和抛光盘旋转轴联动，对工件进行加工，数控抛光机床加工后的工件输出并送入材料去除率检测系统进行材料去除率检测。
2.如权利要求1所述的一种基于快速抛光技术的材料去除率控制系统，其特征在于所述材料去除率检测系统设有空调恒温系统、激光干涉仪和千分尺。
3.如权利要求1所述的一种基于快速抛光技术的材料去除率控制系统，其特征在于所述工控机系统内设有加工软件处理模块，所述加工软件处理模块包括原始加工模块和补偿加工模块。
4.如权利要求3所述的一种基于快速抛光技术的材料去除率控制系统，其特征在于所述原始加工模块设有压强计算模块、相对速度计算模块、数控程序生成模块和材料去除率补偿模块。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN102423870A (zh) * | 2011-11-28 | 2012-04-25 | 浙江工业大学 | 微量研磨厚度测量装置 |
| CN113021121A (zh) * | 2020-11-09 | 2021-06-25 | 南京施密特光学仪器有限公司 | 碳化硅反射镜改性加工与检测控制系统及方法 |
| CN113290501A (zh) * | 2021-06-15 | 2021-08-24 | 广东工业大学 | 一种金刚石晶片复合抛光加工方法及装置 |
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