CN103737471B - 超薄、易脆性工件的抛光方法及抛光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高成品率的超薄、易脆性工件的抛光方法，其特征是水平放置有工件的工作平台在旋转的抛光盘下方水平直线移动，在工作平台的水平直线移动过程中，动态加压装置通过安装在升降机架上的抛光盘对工件保持施加设定的压强，由抛光盘的工作面实现对工件的抛光，所述的抛光装置包括机架上设有可旋转的抛光盘、水平放置有工件的工作平台，机架上设有实现抛光盘对工件施加设定压强的动态加压装置及带动工作平台在抛光盘下方水平直线移动的驱动装置；所述动态加压装置在工作平台的水平直线移动过程中，通过安装在升降机架上的抛光盘对工件保持施加设定的压强，本发明克服了现有抛光存在的缺陷，为实现流水线生产打下了基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种材料的抛光方法及抛光装置，具体地说是一种超薄、易脆性工件的抛光方法及抛光装置，特别是涉及一种如玻璃、蓝宝石、压电水晶、单晶硅片等工件的抛光方法及抛光装置。
背景技术
为了使超薄、易脆性工件如玻璃、蓝宝石、压电水晶、单晶硅片等工件的表面变得光滑、透明，并具有光泽，通常对其表面需进行抛光。目前，现所使用曲面抛光机的基本结构为上盘（抛光盘）、下盘结构，抛光盘进行旋转运动，放置有工件的工作平台即下盘可以相对抛光盘反向旋转，一是增大磨削速度，二是使工件抛光均匀。同时，在整个运动过程中，因抛光盘与工作平台的接触面积保持不变，所以在加压抛光工作时，气缸可以通过抛光盘给工作平台上的工件施加恒定的压力，以保证抛光盘与工件之间保持恒定的压强。但是，因抛光盘、工作平台均进行旋转运动，抛光盘、工作平台的外圈与内圈在线速度上存在差异，这样导致工作平台上工件的抛光均匀度差，在工件上留下暇疵，如抛光纹等，影响抛光效果与效率；同时，因工件全部置于工作平台内，当出现“炒机”（即出现碎片）现象时，会导致工作平台内的工件全部报废，使该工序的成品率低（一般为80﹪左右），造成生产成本偏高。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高成品率的超薄、易脆性工件的抛光方法及抛光装置，用于如玻璃、蓝宝石、压电水晶、单晶硅片等超薄、易脆性工件的抛光。
本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种超薄、易脆性工件的抛光方法，水平放置有工件的工作平台在旋转的抛光盘下方水平直线移动，抛光盘的轴线与工件表面垂直，抛光盘的工作面与工件为面接触，在工作平台的水平直线移动过程中，动态加压装置通过安装在升降机架上的抛光盘对工件保持施加设定的压强，由抛光盘的工作面实现对工件的抛光。
为控制简单，本发明所述工作平台的水平直线移动为匀速运动。
为计算简单，本发明所述抛光盘对工件施加设定的压强为P＝F/S，F为抛光盘施加给工件的压力，S为抛光盘的工作面与工件的接触面积；所述抛光盘的工作面与工件的接触面积近似计算为：
式中S表示抛光盘与工件的近似接触面积，R表示抛光盘的半径，H表示工作平台的相对位移量，R≥H，cosα=（R-H）/R；或者
式中S表示抛光盘与工件的近似接触面积，R表示抛光盘的半径，H表示工作平台的相对位移量，H＞R，cosα=（H-R）/R。
为使工件抛光均匀，本发明所述的抛光盘安装在一个旋转的安装盘上。
一种超薄、易脆性工件的抛光装置，它包括机架，机架上设有可旋转的抛光盘、水平放置有工件的工作平台，抛光盘的轴线与工件表面垂直，抛光盘的工作面与工件为面接触，机架上设有实现抛光盘对工件施加设定压强的动态加压装置及带动工作平台在抛光盘下方水平直线移动的驱动装置；所述动态加压装置在工作平台的水平直线移动过程中，通过安装在升降机架上的抛光盘对工件保持施加设定的压强，从而实现对工件的抛光。
为使抛光盘在自转的同时公转，本发明所述的抛光盘安装在安装盘上，抛光盘由安装在升降机架上的抛光电机驱动，所述安装盘由安装在升降机架上的公转电机驱动。
本发明所述的驱动装置包括设有导轨的机架，工作平台上设有与导轨配合的滑块，使工作平台可在导轨上滑动；工作平台上设有链条安装座，机架上设有水平移动驱动电机、从动链轮、由水平移动驱动电机带动的主动链轮，链条绕在主动链轮和从动链轮上，两端分别与链条安装座连接。
为使工件具有稳定良好的抛光效果，本发明所述的工作平台上设有对工作平台进行冷却的冷却机构和安装工件的吸附机构。
本发明所述的冷却机构包括设在工作平台内的蛇形水道，与蛇形水道连通的进水接头、出水接头，进水管、出水管安装在拖链上并分别与进水接头、出水接头连接，拖链一端固定在机架上，另一端固定在工作平台上；所述的吸附机构包括设在工作平台内的真空气路、安装在工作平台上与真空气路连通的真空吸盘。
本发明所述的动态加压装置包括安装在机架上由PLC控制的升降气缸、检测工作平台位移的位移传感器，升降气缸的气缸座安装在机架上，升降气缸的活塞杆与升降机架连接；PLC根据工作平台的位移量计算抛光盘与工件的接触面积，通过比例换向阀确定对升降气缸的升、降控制，实现抛光盘对工件施加设定的压强。
由于采用上述技术方案，本发明较好的实现了发明目的，克服了现有抛光存在的缺陷，其方法合理、可行，抛光装置布局合理紧凑、操作维护简单方便、故障率低、设备使用寿命长，大大提高了生产效率并为实现流水线生产打下了基础。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的电气控制原理示意图；
图3是本发明抛光盘的工作面与工件的近似接触面积S的计算示意图（工作平台移动距离H小于等于抛光盘的半径R）；
图4是本发明抛光盘的工作面与工件的近似接触面积S的计算示意图（工作平台移动距离H大于抛光盘的半径R）；
图5是本发明的加工压力曲线图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
由图1、图2可知，一种超薄、易脆性工件的抛光方法，水平放置有工件17的工作平台8在旋转的抛光盘16下方水平直线移动，抛光盘16的轴线与工件17表面垂直，抛光盘16的工作面与工件17为面接触，在工作平台8的水平直线移动过程中，动态加压装置通过安装在升降机架5上的抛光盘16对工件17保持施加设定的压强，由抛光盘16的工作面实现对工件17的抛光。
为控制简单，本发明所述工作平台8的水平直线移动为匀速运动。
由图3、图4可知，为计算简单，本发明所述抛光盘16对工件17施加设定的压强为P＝F/S，F为抛光盘16施加给工件的压力，S为抛光盘16的工作面与工件17的接触面积；所述抛光盘16的工作面与工件17的接触面积近似计算为：
式中S表示抛光盘16与工件17的近似接触面积，R表示抛光盘16的半径，H表示工作平台8的相对位移量，R≥H，cosα=（R-H）/R；或者
式中S表示抛光盘16与工件17的近似接触面积，R表示抛光盘16的半径，H表示工作平台8的相对位移量，H＞R，cosα=（H-R）/R。
为使工件17抛光均匀，本发明所述的抛光盘16安装在一个旋转的安装盘7上。
一种超薄、易脆性工件的抛光装置，它包括机架1，机架1上设有可旋转的抛光盘16、水平放置有工件17的工作平台8，抛光盘16的轴线与工件17表面垂直，抛光盘16的工作面与工件17为面接触，机架1上设有实现抛光盘16对工件17施加设定压强的动态加压装置及带动工作平台8在抛光盘16下方水平直线移动的驱动装置；所述动态加压装置在工作平台8的水平直线移动过程中，通过安装在升降机架5上的抛光盘16对工件17保持施加设定的压强，从而实现对工件17的抛光。
为使抛光盘16在自转的同时公转，本发明所述的抛光盘16安装在安装盘7上，抛光盘16由安装在升降机架5上的抛光电机3驱动，所述安装盘7由安装在升降机架5上的公转电机6驱动。所述抛光盘16为2～8个，本实施例的抛光盘16为3个，抛光盘16的驱动轴通过齿轮组与抛光电机3的主轴联接。
本发明所述的驱动装置包括设有导轨10的机架1，工作平台8上设有与导轨10配合的滑块9，使工作平台8可在导轨10上滑动；工作平台8上设有链条安装座21，机架1上设有水平移动驱动电机12、从动链轮15、由水平移动驱动电机12带动的主动链轮13，链条14绕在主动链轮13和从动链轮15上，两端分别与链条安装座21连接。
为使工件17具有稳定良好的抛光效果，本发明所述的工作平台8上设有对工作平台8进行冷却的冷却机构和安装工件17的吸附机构。
本发明所述的冷却机构包括设在工作平台8内的蛇形水道19，与蛇形水道19连通的进水接头、出水接头，进水管、出水管安装在拖链上并分别与进水接头、出水接头连接，拖链一端固定在机架1上，另一端固定在工作平台8上；所述的吸附机构包括设在工作平台8内的真空气路20、安装在工作平台8上与真空气路20连通的真空吸盘。
本发明所述的动态加压装置包括安装在机架1上由PLC控制的升降气缸2、检测工作平台8位移的位移传感器，升降气缸2的气缸座安装在机架1上，升降气缸2的活塞杆与升降机架5连接；PLC根据工作平台8的位移量计算抛光盘16与工件17的接触面积，通过比例换向阀确定对升降气缸2的升、降控制，实现抛光盘16对工件17施加设定的压强。
本实施例在机架1上设有升降气缸2，升降气缸2的活塞杆与升降机架5连接，抛光盘16分别通过安装盘7安装在升降机架5上，并由抛光电机3驱动，抛光盘16上的中心孔分别与抛光液分流装置4连接；所述安装盘7由安装在升降机架5上的公转电机6驱动。所述工作平台8为方形，分别开有水槽和气槽，并通过封板11封闭，从而形成蛇形水道19与真空气路20；与真空气路20的对应处设有基板18，基板18上安装有真空吸盘。
本发明工作时，机械手将工件17移至真空吸盘，在PLC的控制下，工作平台8由水平移动驱动电机12带动水平匀速移动，根据设定的压强，PLC根据工作平台8的位移量近似计算抛光盘16与工件17的接触面积S，通过比例换向阀确定对升降气缸2的升、降控制，抛光盘16在自转的同时通过安装盘7公转，对工件17进行抛光，图5所示为本发明的加工压力曲线图。
由于抛光盘16以1000转/分钟左右的速度高速旋转（现有抛光速度为300转/分钟左右），产生大量的热量，因此，乳状抛光液经抛光液分流装置4分别进入抛光盘16的中心孔并流出对工件17进行冷却，同时，冷却水也对工作平台8进行冷却，以保持抛光作业时的最佳工作环境处于25±5℃之间。乳状抛光液经回收，冷却处理后可再利用。
本发明所述抛光液分流装置4包括进液管、分流主室，分流主室与抛光电机3的主轴联接，分流主室通过分流管与抛光盘16的中心孔联接；进液管与分流主室、分流管与抛光盘16的中心孔之间由密封件密封，以保证抛光盘16在自转与公转时乳状抛光液不漏出。
本发明在抛光盘16进行旋转运动的同时，放置有工件17的工作平台8进行水平直线移动，同时，抛光盘16在自转的同时通过安装盘7公转。这样，一是由于工件17的抛光为间歇性作业，冷却时间较长，可以有效的防止热量过度集中造成的工件17破碎，所以抛光盘16可以以一个较高速度进行旋转，从而实现高速抛光作业；二是由于工作平台8的水平直线移动，避免了工件17长时间磨削的线速度差异，从而提高了产品成品率；三是由于工件17的形状以方形居多，工作平台8可设置成方形，使得工作平台8的空间利用率高，降低了对摆片的要求；四是工作平台8上的工件始终只有部分处于抛光盘16下，当“炒机”现象发生时，只有抛光盘16下的工件17会受到破坏，从而降低了“炒机”给加工带来的损失；同时，本发明大大提高了生产效率并为实现流水线生产打下了基础，抛光装置布局合理紧凑、操作维护简单方便、故障率低、设备使用寿命长。
Claims (8)
1.一种超薄、易脆性工件的抛光方法，其特征是水平放置有工件的工作平台在旋转的抛光盘下方水平直线移动，抛光盘的轴线与工件表面垂直，抛光盘的工作面与工件为面接触，在工作平台的水平直线移动过程中，动态加压装置通过安装在升降机架上的抛光盘对工件保持施加设定的压强，由抛光盘的工作面实现对工件的抛光；所述的动态加压装置包括安装在机架上由PLC控制的升降气缸、检测工作平台位移的位移传感器，升降气缸的气缸座安装在机架上，升降气缸的活塞杆与升降机架连接；PLC根据工作平台的位移量计算抛光盘与工件的接触面积，通过比例换向阀确定对升降气缸的升、降控制，实现抛光盘对工件施加设定的压强；所述抛光盘对工件施加设定的压强为P＝F/S，F为抛光盘施加给工件的压力，S为抛光盘的工作面与工件的接触面积；所述抛光盘的工作面与工件的接触面积近似计算为：
式中S表示抛光盘与工件的近似接触面积，R表示抛光盘的半径，H表示工作平台的相对位移量，R≥H，cosα=（R-H）/R；或者
式中S表示抛光盘与工件的近似接触面积，R表示抛光盘的半径，H表示工作平台的相对位移量，H＞R，cosα=（H-R）/R。
2.根据权利要求1所述超薄、易脆性工件的抛光方法，其特征是所述工作平台的水平直线移动为匀速运动。
3.根据权利要求1或2所述超薄、易脆性工件的抛光方法，其特征是所述的抛光盘安装在一个旋转的安装盘上。
4.一种超薄、易脆性工件的抛光装置，其特征是它包括机架，机架上设有可旋转的抛光盘、水平放置有工件的工作平台，抛光盘的轴线与工件表面垂直，抛光盘的工作面与工件为面接触，机架上设有实现抛光盘对工件施加设定压强的动态加压装置及带动工作平台在抛光盘下方水平直线移动的驱动装置；所述动态加压装置在工作平台的水平直线移动过程中，通过安装在升降机架上的抛光盘对工件保持施加设定的压强，从而实现对工件的抛光；所述的动态加压装置包括安装在机架上由PLC控制的升降气缸、检测工作平台位移的位移传感器，升降气缸的气缸座安装在机架上，升降气缸的活塞杆与升降机架连接；PLC根据工作平台的位移量计算抛光盘与工件的接触面积，通过比例换向阀确定对升降气缸的升、降控制，实现抛光盘对工件施加设定的压强；所述抛光盘对工件施加设定的压强为P＝F/S，F为抛光盘施加给工件的压力，S为抛光盘的工作面与工件的接触面积；所述抛光盘的工作面与工件的接触面积近似计算为：
式中S表示抛光盘与工件的近似接触面积，R表示抛光盘的半径，H表示工作平台的相对位移量，R≥H，cosα=（R-H）/R；或者
式中S表示抛光盘与工件的近似接触面积，R表示抛光盘的半径，H表示工作平台的相对位移量，H＞R，cosα=（H-R）/R。
5.根据权利要求4所述超薄、易脆性工件的抛光装置，其特征是所述的抛光盘安装在安装盘上，抛光盘由安装在升降机架上的抛光电机驱动，所述安装盘由安装在升降机架上的公转电机驱动。
6.根据权利要求4或5所述超薄、易脆性工件的抛光装置，其特征是所述的驱动装置包括设有导轨的机架，工作平台上设有与导轨配合的滑块，使工作平台可在导轨上滑动；工作平台上设有链条安装座，机架上设有水平移动驱动电机、从动链轮、由水平移动驱动电机带动的主动链轮，链条绕在主动链轮和从动链轮上，两端分别与链条安装座连接。
7.根据权利要求4或5所述超薄、易脆性工件的抛光装置，其特征是所述的工作平台上设有对工作平台进行冷却的冷却机构和安装工件的吸附机构。
8.根据权利要求7所述超薄、易脆性工件的抛光装置，其特征是所述的冷却机构包括设在工作平台内的蛇形水道，与蛇形水道连通的进水接头、出水接头，进水管、出水管安装在拖链上并分别与进水接头、出水接头连接，拖链一端固定在机架上，另一端固定在工作平台上；所述的吸附机构包括设在工作平台内的真空气路、安装在工作平台上与真空气路连通的真空吸盘。
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