CN102699809A - 可主动驱动的悬浮基盘抛光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可主动驱动的悬浮基盘抛光装置，包括主动驱动研磨传动装置、悬浮基盘、修正环和研磨盘，所述主动驱动研磨传动装置与所述修正环固定连接且带动所述修正环旋转；所述修正环通过固定件固定在所述研磨盘上且能绕固定中心线转动；所述悬浮基盘卡在所述修正环内，特点是所述悬浮基盘沿圆周方向设有多个楔形槽，所述楔形槽中充满抛光液；所述修正环带动所述悬浮基盘回转运动，所述悬浮基盘在回转运动下产生液体动压使工件浮起，所述的工件与抛光液磨料相接触。本发明装置简单，成本较低；可改善工件的表面粗糙度和平面度；工件与抛光颗粒软性接触减少了抛光给工件造成的内部损伤；操作条件简单，具有广泛的发展前景。

Description

可主动驱动的悬浮基盘抛光装置

技术领域

本发明涉及一种可主动驱动的悬浮基盘抛光装置。

背景技术

研磨是在刚性研具（如铸铁、锡、铝等软质金属或者硬木、塑料等）上注入不同规格磨料，在一定的压力下，通过研具和工件的相对滑动，借助磨粒的切削去除加工表面微量材料的。

原有平面研磨设备是一种在线修正的加工方法，主要依靠修正环和基盘上的工件抛光盘的内边和外边的摩擦力而产生自转的，是一种非主动驱动修正环和基盘的研磨设备，如图1和图2所示。这套平面研磨设备由保持架，工件，基盘，修正环，载荷块，抛光盘和主轴驱动设备构成。工件贴于基盘上，通过主轴带动研磨盘转动从而完成基盘和研磨盘的相对滑动，通过这种方式带动磨料去除工件表面材料。但经过实践的证明，该设备存在以下两种问题：

（1）这种研磨抛光设备是一种非主动驱动修正环和基盘的抛光装置，在该装置中由于抛光盘外边的线速度大于内边的线速度。故外边靠摩擦力带动基盘和修正环的速度也越大。修正环和基盘处在抛光盘的内边和外边由摩擦力产生的速度不同而进行自转，由于摩擦力的大小会受到抛光盘表面状况的影响，而抛光盘表面状况具有很大的不确定性（主要是由加磨料的时机引起的），所以这种抛光方法会造成抛光盘的旋转速度不均匀，从而影响抛光质量。

（2）超精密加工中，常需要获得加工变质层少、超光滑的表面，而这种表面的形成取决于磨粒与工件表面的接触状态。由于非主动驱动修正环和基盘的研磨抛光设备磨料与工件表面是刚性接触状态，所以其产生的损伤层厚度较软件接触的流体抛光技术较大。

流体抛光技术为软性接触从而成为获得变质层少、超光滑表面的重要手段。流体抛光技术相继出现了浮法抛光、浴法抛光、弹性发射抛光、磁流体抛光、电流变液抛光、磁流变液抛光、流体振动抛光、超声波磁流变复合抛光、射流抛光、液体喷射及其复合抛光法。这些方法存在着经济成本高、控制系统复杂、去除率低等缺点。

为了克服上述非主动驱动修正环和基盘的研磨抛光设备的表面质量不高的问题，专利申请号（200910153716.4）提出主动驱动研磨装置的修正环驱动机构，如图3所示。该机构可以克服在线修正驱动研磨装置的非主动驱动、研磨精度较低、成本高的不足，并且能够获得较高的表面质量。但是该装置在超精密研磨抛光中还是无法克服刚性接触所产生的加工变质层的问题。

发明内容

为了克服现有研磨抛光设备中存在的加工变质层厚度大、表面质量不高的问题，本发明提供了一种磨料和工件软性接触使加工变质层厚度变小，同时又能获得较高的表面质量的可主动驱动的悬浮基盘抛光装置。

本发明采用的技术方案是：

可主动驱动的悬浮基盘抛光装置，包括主动驱动研磨传动装置、悬浮基盘、修正环和研磨盘，所述主动驱动研磨传动装置与所述修正环固定连接且带动所述修正环旋转；所述修正环通过固定件固定在所述研磨盘上且能绕固定中心线转动；所述悬浮基盘卡在所述修正环内，其特征在于：所述悬浮基盘沿圆周方向设有多个楔形槽，所述楔形槽中充满抛光液；所述修正环带动所述悬浮基盘回转运动，所述悬浮基盘在回转运动下产生液体动压使工件浮起，所述的工件与抛光液磨料相接触。

进一步，所述悬浮基盘的外径与所述修正环的内径相同。

本发明使用时，加工工件用石蜡黏贴于悬浮基盘的非楔形槽平面，将非楔形表面贴有工件的悬浮基盘（用石蜡可以将工件如硅片，蓝宝石薄片等）卡在修正环内，同时将表面贴有工件的悬浮基盘设有工件的一面放在研磨盘上即可。修正环通过摩擦力带动悬浮基盘一起转动，在一定速度下，根据动压浮离原理，悬浮基盘的楔形槽中的液体产生动压（也称动压推力轴承工作原理），使得工件浮起一个高度H，从而达到工件与抛光液磨料的软件接触的目的。由于此时工件的载体为平面基盘，所以抛光液中的颗粒与工件表面刚性接触，使得工件加工后产生损伤层。

本发明的理论依据与技术构思：

在纳米力学表征试样制备时要求少无损伤（变质层少）、表面质量好，而少无损伤、超光滑表面的形成取决于磨粒与工件表面的接触状态。非主动驱动研磨抛光设备（如图1和图2所示）在研磨加工时，研磨盘绕自身轴线回转，工件由夹具把持，被加工面向下受压于研磨盘表面上，并绕回转轴旋转，研磨液由研磨盘中心处加入。这种刚性接触的加工方式使得表征试样（平面试件）存在着表层及亚表层位错、应变、残余应力较大等损伤问题，而且无法达到超光滑要求。专利申请号（200910153716.4）提出的主动驱动研磨装置的修正环驱动机构（图3）是在原有在线修正加工方法的基础上，进行了结构方面的改进，加装了主动驱动电机，使得工件的速度可调节，除此之外，以往的主动驱动装置依靠滚轮和修正环的摩擦力来带动修正环运动改为渐开线齿轮传动，保证了控制的精确性，同时加装的摆动装置使得该平面抛光设备更易获得高质量的工件表面。在非主动驱动研磨抛光设备（图1和图2）上加装主动驱动研磨装置的修正环驱动机构（图3）后，工件用石蜡黏贴于平面基盘上，基盘外径与修正环内径相同，修正环被主动驱动装置驱动后，通过修正环和基盘外边缘的摩擦使得基盘产生回转运动。工件被加工面向下受压于研磨盘表面上，抛光液充斥在研磨盘和工件之间，由于此时工件被加工平面在压力的作用下紧贴研磨盘，导致抛光液中的颗粒在加工过程中与工件表面刚性接触，这种情况下，抛光液中颗粒会对工件作用产生损伤层，极大的影响了被加工材料的内部性能。为了减少工件损伤层，采用悬浮基盘的设计（图4所示），使得抛光颗粒和工件表面软性接触。悬浮基盘在圆周上设有楔形槽，运用流体力学现象和粉末作用：当沿圆周方向制有若干个倾斜平面（楔形槽）的圆盘在液体（抛光液）的环境中做回转运动，楔形槽产生的液体动压使得基盘浮起一个高度H，从而抛光液中的颗粒在抛光工件时没有强力的刚性接触而是变为抛光颗粒的软性碰撞，进而减小了工件的损伤。主动驱动研磨装置的修正环驱动机构与悬浮基盘的配合使得表征试样（平面试件）少无损伤且表面质量高。

本发明的有益效果体现在：

1、装置简单，成本较低；

2、可改善工件的表面粗糙度和平面度；

3、工件与抛光颗粒软性接触减少了抛光给工件造成的内部损伤；

4、操作条件简单，具有广泛的发展前景。

附图说明

图1是现有非主动驱动修正环和基盘的研磨设备主视图。

图2现有非主动驱动修正环和基盘的研磨设备俯视图。

图3是现有主动驱动研磨装置修正环驱动机构整体结构示意图。

图4本发明悬浮抛光基盘结构示意图。

图5本发明主动驱动的悬浮基盘抛光装置工作俯视图。

图6本发明主动驱动的悬浮基盘抛光装置工作主视图

图7本发明加装悬浮基盘后主动驱动修正环研磨装置工作主视图。

具体实施方式

参照图4至图7，可主动驱动的悬浮基盘抛光装置，包括主动驱动研磨传动装置6、悬浮基盘4、修正环5和研磨盘1，所述主动驱动研磨传动装置6与所述修正环5固定连接且带动所述修正环5旋转；所述修正环5通过固定件固定在所述研磨盘1上且能绕固定中心线转动；所述悬浮基盘4卡在所述修正环5内，其特征在于：所述悬浮基盘4沿圆周方向设有多个楔形槽7，所述楔形槽中充满抛光液；所述修正环5带动所述悬浮基盘4回转运动，所述悬浮基盘4在回转运动下产生液体动压使工件3浮起，所述的工件3与抛光液磨料相接触。

进一步，所述悬浮基盘4的外径与所述修正环5的内径相同。

本发明使用时，加工工件3用石蜡黏贴于悬浮基盘4的非楔形槽平面8，将非楔形表面贴有工件3的悬浮基盘4（用石蜡可以将工件如硅片，蓝宝石薄片等）卡在修正环5内，同时将表面贴有工件的悬浮基盘4设有工件3的一面放在研磨盘1上即可。修正环5通过摩擦力带动悬浮基盘4一起转动，在一定速度下，根据动压浮离原理，悬浮基盘4的楔形槽中的液体产生动压（也称动压推力轴承工作原理），使得工件3浮起一个高度H，从而达到工件3与抛光液磨料的软件接触的目的。由于此时工件的载体为平面基盘，所以抛光液中的颗粒与工件3表面刚性接触，使得工件3加工后产生损伤层。

本发明的理论依据与技术构思：

在纳米力学表征试样制备时要求少无损伤（变质层少）、表面质量好，而少无损伤、超光滑表面的形成取决于磨粒与工件表面的接触状态。非主动驱动研磨抛光设备（如图1和图2所示）在研磨加工时，研磨盘绕自身轴线回转，工件由夹具把持，被加工面向下受压于研磨盘表面上，并绕回转轴旋转，研磨液由研磨盘中心处加入。这种刚性接触的加工方式使得表征试样（平面试件）存在着表层及亚表层位错、应变、残余应力较大等损伤问题，而且无法达到超光滑要求。专利申请号（200910153716.4）提出的主动驱动研磨装置的修正环驱动机构（图3所示）是在原有在线修正加工方法的基础上，进行了结构方面的改进，加装了主动驱动电机，使得工件的速度可调节，除此之外，以往的主动驱动装置依靠滚轮和修正环的摩擦力来带动修正环运动改为渐开线齿轮传动，保证了控制的精确性，同时加装的摆动装置使得该平面抛光设备更易获得高质量的工件表面。在非主动驱动研磨抛光设备（图1和图2）上加装主动驱动研磨装置的修正环驱动机构（图3）后，工件用石蜡黏贴于平面基盘上，基盘外径与修正环内径相同，修正环被主动驱动装置驱动后，通过修正环和基盘外边缘的摩擦使得基盘产生回转运动。工件被加工面向下受压于研磨盘表面上，抛光液充斥在研磨盘和工件之间，由于此时工件被加工平面在压力的作用下紧贴研磨盘，导致抛光液中的颗粒在加工过程中与工件表面刚性接触，这种情况下，抛光液中颗粒会对工件作用产生损伤层，极大的影响了被加工材料的内部性能。为了减少工件损伤层，采用悬浮基盘的设计（图4所示），使得抛光颗粒和工件表面软性接触。悬浮基盘在圆周上设有楔形槽，运用流体力学现象和粉末作用：当沿圆周方向制有若干个倾斜平面（楔形槽）的圆盘在液体（抛光液）的环境中做回转运动，楔形槽产生的液体动压使得基盘浮起一个高度H，从而抛光液中的颗粒在抛光工件时没有强力的刚性接触而是变为抛光颗粒的软性碰撞，进而减小了工件的损伤。主动驱动研磨装置的修正环驱动机构与悬浮基盘的配合使得表征试样（平面试件）少无损伤且表面质量高。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (2)

1.可主动驱动的悬浮基盘抛光装置，包括主动驱动研磨传动装置、悬浮基盘、修正环和研磨盘，所述主动驱动研磨传动装置与所述修正环固定连接且带动所述修正环旋转；所述修正环通过固定件固定在所述研磨盘上且能绕固定中心线转动；所述悬浮基盘卡在所述修正环内，其特征在于：所述悬浮基盘沿圆周方向设有多个楔形槽，所述楔形槽中充满抛光液；所述修正环带动所述悬浮基盘回转运动，所述悬浮基盘在回转运动下产生液体动压使工件浮起，所述的工件与抛光液磨料接触。

2.如权利要求1所述的可主动驱动的悬浮基盘抛光装置，其特征在于：所述悬浮基盘的外径与所述修正环的内径相同。

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