CN110497304A - 一种新型直线运动平面研磨装置 - Google Patents

Abstract

一种新型直线运动平面研磨装置，包括插杆、万向节、锥齿轮Ⅱ、丝杠滑台、滑台背板、锥齿轮Ⅰ、直线导轨、轴Ⅱ、滑块、电机板、圆柱齿轮Ⅱ、圆柱齿轮Ⅰ、电机Ⅱ、电机Ⅰ、弯轴、固定竖板、轴Ⅳ、固定横板、卡盘、工件盘、研磨盘、联轴器Ⅰ、轴Ⅰ、牛眼轮、轴Ⅲ和联轴器Ⅱ，通过机械机构，通过一个电机带动工件盘的形成无理数的自转，同时另一个电机带动工件盘做可变范围的直线运动，使得工件盘在研磨过程中实现自转和直线两个运动，实现研磨轨迹线的不闭合，增加轨迹线在研磨盘的分布范围。本发明提高了研磨精度和效率。

Description

一种新型直线运动平面研磨装置

技术领域

本发明涉及一种平面研磨机构，具体地说是应用两个电机、两个圆柱齿轮、两个锥齿轮、一个直线导轨、一个丝杠滑台等构成的一种新型研磨设备，属于平面研磨加工技术领域。

背景技术

平面研磨加工运动学是高精度控形的重要理论基础。随着晶体衬底尺寸的增大，研磨均匀性的控制变得越来越困难，研磨轨迹的均匀性已经成为研究热点。研磨盘与工件之间的运动学原理是制约平面研磨加工精度的主要因素之一，亦即研磨加工表面的平面形成机理，主要包括驱动方式的设计、加工工艺参数和研磨盘的平面度修整方法。

平面研磨加工过程中，一方面要保证工件加工表面材料均匀去除，以获得良好的平面度；另一方面要保证研具的均匀磨损。目的是减少研磨盘修整时间，提高整个加工流程的效率，更重要的是为了减小研磨盘面形精度在加工过程中的波动，保证高精度加工表面的获得。

目前研磨加工轨迹的共同特点是：随着加工时间的推移，研磨加工轨迹线是闭合型的，这意味着磨粒在一定的时间内将周而复始地重复其运动轨迹。同时，考虑到研磨的过程中，由于研磨盘的内外线速度不同，磨损不一致，会造成研磨盘的平面度会下降，产生凹误差或者凸误差。研磨加工时“复制”误差，即在加工过程中，研磨盘的误差会影响工件表面研磨质量。

平面研磨中研磨盘与工件盘之间的转速比对于工件加工有重要意义，数值模拟研究发现转速比为无理数时，能得到不闭合的加工曲线。调整工件相对于研磨盘瞬时位置，使得工件的运动尽量均匀遍布研磨盘表面，进而有效改善研磨盘的磨损均匀性。但现有平面研磨机构的转速比调节都为单一的有理数，且对于研磨盘的均匀磨损关注较少。

发明内容

为了克服现有平面研磨机构的研磨精度较低、效率较低的不足，本发明提供了一种提高研磨精度和效率的新型直线运动平面研磨装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种新型直线运动平面研磨装置，所述装置包括插杆、万向节、锥齿轮Ⅱ、丝杠滑台、滑台背板、锥齿轮Ⅰ、直线导轨、轴Ⅱ、滑块、电机板、圆柱齿轮Ⅱ、圆柱齿轮Ⅰ、电机Ⅱ、电机Ⅰ、弯轴、固定竖板、轴Ⅳ、固定横板、卡盘、工件盘、研磨盘、联轴器Ⅰ、轴Ⅰ、牛眼轮、轴Ⅲ和联轴器Ⅱ；

所述电机Ⅰ1的输出轴通过联轴器Ⅱ固定安装在丝杠滑台的丝杠轴上，并且电机Ⅰ的电机座固定安装在丝杠滑台上；所述滑块同轴心安装在丝杠滑台的丝杠上，并且和所述电机板的一端固定连接；所述三个牛眼轮安装在电机板的另一端所对应的相应位置，并与直线导轨相切接触；所述滑台背板和丝杠滑台固定连接；

所述电机Ⅱ固定安装在电机板上，所述轴Ⅰ的上端通过联轴器Ⅰ和所述电机Ⅱ的输出轴连接；所述圆柱齿轮Ⅰ通过键和轴Ⅱ连接，其下面通过轴端挡圈和螺栓固定安装在轴Ⅱ上；所述圆柱齿轮Ⅱ通过内部的深沟球轴承套装在轴Ⅱ上，并且和圆柱齿轮Ⅰ啮合；所述弯轴的上端通过焊接与圆柱齿轮Ⅱ的轮毂固定连接，所述锥齿轮Ⅰ通过内部的深沟球轴承和轴Ⅱ连接，其下部通过轴承挡圈和螺栓固定；所述锥齿轮Ⅱ通过深沟球轴承套装在弯轴的下部，且与锥齿轮Ⅰ啮合；所述的锥齿轮Ⅰ、锥齿轮Ⅱ和弯轴形成行星轮系，锥齿轮Ⅱ通过与锥齿轮Ⅰ的啮合在弯轴的带动下作行星运动；所述轴Ⅲ的上端通过法兰与锥齿轮Ⅱ固定连接，其下端与万向节的上端相连接；所述的轴Ⅳ上端和万向节的下部固定连接，所述两块固定横板通过深沟球轴承安装在所述轴Ⅳ上，并固定连接在固定竖板上；所述的固定竖板同时和电机板固定连接；所述的卡盘通过键连接固定连接轴Ⅳ上，并通过轴端挡圈和螺栓固定轴Ⅳ的下部；所述插杆通过其螺纹固定连接在卡盘上，其下部套在工件盘对应的孔中，工件盘和研磨盘接触。

进一步，所述的锥齿轮Ⅰ和锥齿轮Ⅱ斜交啮合的轴角Σ＝60°，锥齿轮Ⅱ、万向节下部、轴Ⅳ的轴线在同一直线。

再进一步，所述的固定竖板和固定横板、电机板都通过螺钉固定连接，确保了轴Ⅳ相对于轴Ⅱ的相对位置不变，自转结构的整体保持稳定，确保工件盘的转速输出。

再进一步，所述万向节在安装时，确保其上下两端的轴角大小相等。

再进一步，所述直线导轨的两端和铝型材固定连接，且中间和一根铝型材固定连接，确保直线导轨的稳定性，铝型材和研磨机固定连接，形成一个整体。

再进一步，所述丝杠滑台的两端和铝型材固定连接，且中间和一根铝型材固定连接，确保丝杠滑台的稳定性，铝型材和研磨机固定连接，形成一个整体。

本发明通过合理的机械机构，通过一个电机带动工件盘的形成无理数的自转，同时另一个电机带动工件盘做可变范围的直线运动，使得工件盘在研磨过程中实现自转和直线两个运动，实现研磨轨迹线的不闭合，增加轨迹线在研磨盘的分布范围。可以调节型材的位置来改变工件盘相对于的研磨盘的偏心距，来影响研磨的轨迹线分布和研磨的效率和精度。

本发明的有益效果是：1.本发明的对于工件盘的传动使用插杆连接工件盘，有效调节工件的高度，实现了传动的有效性，保证了工件盘无理自转速度的实现。2.本发明的上下直线轨道对于直线运动起到引导作用和一定的固定作用，通过牛眼轮保证了直线运动的平稳性和精确性。3.本发明的直线运动结构通过电机板同时和滑块、固定竖板的固定连接，实现了机构的整体固定和摆动，有效实现了两种运动的结合。3.本发明的工件盘自转结构传动准确、无噪声、生产成本较低，研磨精度和效率更高，从研磨加工运动原理上解决了轨迹线闭合的问题。 4.本发明的直线运动滑台结构简单紧凑、传动平稳，实现了研磨盘的均匀磨损，对于改善工件研磨精度有重要意义。

附图说明

图1是本发明的整体结构图。

图2是本发明的主要部件结构图。

图3是本发明的部分结构剖视位置。

图4是本发明的部分结构局部剖视图，图4中的(A)表示联轴器I和轴I，图4中的(B)表示牛眼轮和轴III，图4中的(C)表示联轴器II。

图2和图4中，1插杆，2万向节，3锥齿轮Ⅱ，4丝杠滑台，5滑台背板， 6锥齿轮Ⅰ，7直线导轨，8轴Ⅱ，9滑块，10电机板，11圆柱齿轮Ⅱ，12圆柱齿轮Ⅰ，13电机Ⅱ，14电机Ⅰ，15弯轴，16固定竖板，17轴Ⅳ，18固定横板， 19卡盘，20工件盘，21研磨盘，22联轴器Ⅰ，23轴Ⅰ，24牛眼轮，25轴III， 26联轴器Ⅱ。

各个齿轮的齿数分别为圆柱齿轮Ⅰz1＝20，圆柱齿轮Ⅱz2＝40，锥齿轮Ⅰ和锥齿轮Ⅱz1＝z2＝30。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图4，一种新型直线运动平面研磨装置，包括插杆、万向节、锥齿轮Ⅱ、丝杠滑台、滑台背板、锥齿轮Ⅰ、直线导轨、轴Ⅱ、滑块、电机板、圆柱齿轮Ⅱ、圆柱齿轮Ⅰ、电机Ⅱ、电机Ⅰ、弯轴、固定竖板、轴Ⅳ、固定横板、卡盘、工件盘、研磨盘、联轴器Ⅰ、轴Ⅰ、牛眼轮、轴III和联轴器Ⅱ。

所述电机Ⅰ14的输出轴通过联轴器Ⅱ26固定安装在丝杠滑台4的丝杠轴上，并且电机Ⅰ4的电机座通过螺栓固定安装再丝杠滑台4的相应位置；所述滑块9同轴心安装在丝杠滑台4的丝杠上，并且和所述电机板10的一段通过四个螺钉固定连接；所述三个牛眼轮24安装在电机板10的另一端所对应的相应位置，并与直线导轨7相切接触；所述滑台背板5和丝杠滑台4通过螺钉固定连接。

所述电机Ⅱ13固定安装在电机板上，所述轴Ⅰ23的上端通过联轴器Ⅰ22和所述电机Ⅱ13的输出轴连接；所述圆柱齿轮Ⅰ12通过键和轴Ⅱ8连接，其下面通过轴端挡圈和螺栓固定安装在轴Ⅱ8上；所述圆柱齿轮Ⅱ11通过内部的深沟球轴承套装在轴Ⅱ8上，并且和圆柱齿轮Ⅰ12啮合；所述弯轴15的上端通过焊接与圆柱齿轮Ⅱ11的轮毂固定连接，所述锥齿轮Ⅰ6通过内部的深沟球轴承和轴Ⅱ8连接，其下部通过轴承挡圈和螺栓固定；所述锥齿轮Ⅱ3通过深沟球轴承套装在弯轴15的下部，且与锥齿轮Ⅰ6啮合；所述的锥齿轮Ⅰ6、锥齿轮Ⅱ3和弯轴15形成行星轮系，锥齿轮Ⅱ3通过与锥齿轮Ⅰ6的啮合在弯轴15的带动下作行星运动；所述轴III25的上端通过法兰与锥齿轮Ⅱ3固定连接，其下端与万向节2的上端相连接；所述的轴Ⅳ17上端和万向节2的下部固定连接，所述两块固定横板18通过深沟球轴承安装在所述轴Ⅳ17上，并通过螺钉固定连接在固定竖板16上；所述的固定竖板16同时和电机板10通过螺钉固定连接；所述的卡盘19通过键连接固定连接轴Ⅳ17上，并通过轴端挡圈和螺栓固定轴Ⅳ17的下部；所述插杆1通过其螺纹固定连接在卡盘19上，其下部套在工件盘20对应的孔中，工件盘20和研磨盘21接触。

进一步，所述的锥齿轮Ⅰ6和锥齿轮Ⅱ4斜交啮合的轴角Σ＝60°，锥齿轮Ⅱ4、万向节2下部、轴Ⅳ17的轴线在同一直线。

再进一步，所述的固定竖板16和固定横板18、电机板10都通过螺钉固定连接，确保了轴Ⅳ17相对于轴Ⅱ8的相对位置不变，自转结构的整体保持稳定，确保工件盘的转速输出。

再进一步，所述万向节2在安装时，确保其上下两端的轴角大小相等。

再进一步，所述直线导轨7的两端和铝型材固定连接，且中间和一根铝型材固定连接，确保直线导轨7的稳定性，铝型材和研磨机固定连接，形成一个整体。

再进一步，所述丝杠滑台4的两端和铝型材固定连接，且中间和一根铝型材固定连接，确保丝杠滑台4的稳定性，铝型材和研磨机固定连接，形成一个整体。

再进一步，本发明可以调节型材的位置来改变工件盘20相对于的研磨盘21 的偏心距，来影响研磨的轨迹线分布和研磨的效率和精度。

本发明的工作过程为：

第一部分，电机Ⅰ14输入信号，通过联轴器Ⅱ26将动力传递给丝杠滑台4 的丝杠，丝杠带动滑块9沿着丝杠的方向进行直线运动，从而带动和滑台9固定连接的电机板10的直线运动，继而带动电机板10上的牛眼轮沿着直线导轨 12滑动，从而带动工件盘的直线运动。

第二部分，电机Ⅱ13输入信号，通过联轴器Ⅰ22将动力传递给圆柱齿轮Ⅰ12，由于圆柱齿轮Ⅱ11和圆柱齿轮Ⅰ12的啮合作用，从而带动圆柱齿轮Ⅱ11 转动，继而带动曲轴绕轴Ⅱ8的轴线旋转运动，锥齿轮Ⅱ3通过与锥齿轮Ⅰ6的啮合在弯轴的带动下作行星运动，并通过万向节2将转速等速传递给轴Ⅳ17，从而带动卡盘19的旋转运动，再通过在插杆1将运动传递给工件盘20，完成对工件的自转运动。

两个电机一起工作，使得工件盘30在实现自转的同时，进行平稳的直线运动，该模式提高了单面平面研磨的加工精度和加工效率。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (6)

1.一种新型直线运动平面研磨装置，其特征在于：所述装置包括插杆、万向节、锥齿轮Ⅱ、丝杠滑台、滑台背板、锥齿轮Ⅰ、直线导轨、轴Ⅱ、滑块、电机板、圆柱齿轮Ⅱ、圆柱齿轮Ⅰ、电机Ⅱ、电机Ⅰ、弯轴、固定竖板、轴Ⅳ、固定横板、卡盘、工件盘、研磨盘、联轴器Ⅰ、轴Ⅰ、牛眼轮、轴Ⅲ和联轴器Ⅱ；

所述电机Ⅰ1的输出轴通过联轴器Ⅱ固定安装在丝杠滑台的丝杠轴上，并且电机Ⅰ的电机座固定安装在丝杠滑台上；所述滑块同轴心安装在丝杠滑台的丝杠上，并且和所述电机板的一端固定连接；所述三个牛眼轮安装在电机板的另一端所对应的相应位置，并与直线导轨相切接触；所述滑台背板和丝杠滑台固定连接；

所述电机Ⅱ固定安装在电机板上，所述轴Ⅰ的上端通过联轴器Ⅰ和所述电机Ⅱ的输出轴连接；所述圆柱齿轮Ⅰ通过键和轴Ⅱ连接，其下面通过轴端挡圈和螺栓固定安装在轴Ⅱ上；所述圆柱齿轮Ⅱ通过内部的深沟球轴承套装在轴Ⅱ上，并且和圆柱齿轮Ⅰ啮合；所述弯轴的上端通过焊接与圆柱齿轮Ⅱ的轮毂固定连接，所述锥齿轮Ⅰ通过内部的深沟球轴承和轴Ⅱ连接，其下部通过轴承挡圈和螺栓固定；所述锥齿轮Ⅱ通过深沟球轴承套装在弯轴的下部，且与锥齿轮Ⅰ啮合；所述的锥齿轮Ⅰ、锥齿轮Ⅱ和弯轴形成行星轮系，锥齿轮Ⅱ通过与锥齿轮Ⅰ的啮合在弯轴的带动下作行星运动；所述轴Ⅲ的上端通过法兰与锥齿轮Ⅱ固定连接，其下端与万向节的上端相连接；所述的轴Ⅳ上端和万向节的下部固定连接，所述两块固定横板通过深沟球轴承安装在所述轴Ⅳ上，并固定连接在固定竖板上；所述的固定竖板同时和电机板固定连接；所述的卡盘通过键连接固定连接轴Ⅳ上，并通过轴端挡圈和螺栓固定轴Ⅳ的下部；所述插杆通过其螺纹固定连接在卡盘上，其下部套在工件盘对应的孔中，工件盘和研磨盘接触。

2.如权利要求1所述的一种新型直线运动平面研磨装置，其特征在于：所述的锥齿轮Ⅰ和锥齿轮Ⅱ斜交啮合的轴角Σ＝60°，锥齿轮Ⅱ、万向节下部、轴Ⅳ的轴线在同一直线。

3.如权利要求1或2所述的一种新型直线运动平面研磨装置，其特征在于：所述的固定竖板和固定横板、电机板都通过螺钉固定连接。

4.如权利要求1或2所述的一种新型直线运动平面研磨装置，其特征在于：所述万向节在安装时，确保其上下两端的轴角大小相等。

5.如权利要求1或2所述的一种新型直线运动平面研磨装置，其特征在于：所述直线导轨的两端和铝型材固定连接，且中间和一根铝型材固定连接，确保直线导轨的稳定性，铝型材和研磨机固定连接，形成一个整体。

6.如权利要求1或2所述的一种新型直线运动平面研磨装置，其特征在于：所述丝杠滑台的两端和铝型材固定连接，且中间和一根铝型材固定连接，确保丝杠滑台的稳定性，铝型材和研磨机固定连接，形成一个整体。