CN114290193A - 一种金刚石减振磨抛机构及其温度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种金刚石减振磨抛机构及其温度控制方法。金刚石减振磨抛机构包括可旋转磨盘、夹具和夹具控制器，夹具包括金刚石片固定装置、旋转动力装置、弹簧减振组件；金刚石片固定装置连接于旋转动力装置下方，由旋转动力装置驱动进行旋转；弹簧减振组件在旋转动力装置上方，并与旋转动力装置通过导轨槽滑动连接；旋转动力装置的外围设有降温机构；所述金刚石片固定装置侧面设有误触传感器，所述误触传感器与夹具控制器电连接。本发明的磨抛机构在研磨过程中将产生震动的振动源能量传递进装有减震弹簧装置中，经过弹簧进行能量释放；增加了降温机构避免工作温度过高，以及误触传感器可以防止夹具与金刚石磨盘直接摩擦，导致夹具损坏。
Description
技术领域
本发明涉及金刚石加工技术领域,具体涉及一种金刚石减振磨抛机构及其温度控制方法。
背景技术
金刚石是自然界最硬的的材料，具有很高的导热性、化学惰性和优异的耐磨性。一般各种CVD制备出的单晶金刚石表面会出现不同程度的多晶体，在晶向、厚度方面都不均匀，且表面非常粗糙，无法得到相关的应用，因此在CVD金刚石应用前都需要进行平整化(切割、磨抛)。
目前机械磨抛是金刚石平整化的最主要和最广泛的加工方式，它是使用传统的铸铁盘研磨的方法。使用铁盘表面附着的金刚石磨粉与金刚石表面接触，增加摩擦力。在摩擦过程中使金刚石表面凸出部分与金刚石粉产生碰撞发生形变，从而达到平整表面的效果。
多晶金刚石在研磨时多晶晶向无规律，在进行多晶金刚石加工时研磨效率低下；多晶金刚石研磨过程中会产生较高热量，热量变化会导致金刚石变形甚至产生裂纹。在磨抛过程中，会出现金刚石片脱落的情况，使夹头与金刚石磨盘直接摩擦，导致夹头损坏。同时，在研磨过程中会产生振动，经较长时间的细小振动会在多晶金刚石表面进行应力积累，最后应力释放产生裂纹或破损。
针对上述技术问题，需要对金刚石抛磨设备进行改进，以保证产品质量和生产效率。
发明内容
为弥补现有技术的不足，本发明提供了一种金刚石减振磨抛机构，加入了弹簧减振装置，研磨过程中将产生震动的振动源能量传递进装有减震弹簧装置中，经过弹簧进行能量释放；增加了降温机构避免工作温度过高，以及误触传感器可以防止夹具与金刚石磨盘直接摩擦，导致夹具损坏。
本发明提供的具体方案为：
一种金刚石减振磨抛机构，包括可旋转磨盘、夹具和夹具控制器，所述夹具包括金刚石片固定装置、旋转动力装置、弹簧减振组件；
所述金刚石片固定装置连接于旋转动力装置下方，由旋转动力装置驱动进行旋转；所述弹簧减振组件在旋转动力装置上方，并与旋转动力装置通过导轨槽滑动连接；
所述旋转动力装置的外围设有降温机构；所述降温机构包括设置于旋转动力装置的外围一周的储水罐、设置于储水罐外壁的温度传感器、温度控制器和流体进出阀；所述温度传感器和流体进出阀电连接于温度控制器；所述储水罐侧壁上有进水口和出水口；
所述金刚石片固定装置侧面设有误触传感器，所述误触传感器与夹具控制器电连接。
进一步地，所述弹簧减振组件包括上部弹簧挡板、弹簧和下部弹簧挡板，所述下部弹簧挡板与相贴于旋转动力装置顶部,在研磨过程中产生的振动经多晶金刚石片、多晶金刚石固定装置、旋转动力装置传达到下部弹簧挡板，弹簧发生形变，实现对磨抛过程产生的振动的过滤。
进一步地，所述流体进出阀包括进水阀和排水阀，均采用电磁阀；所述进水口靠近储水罐底部，出水口靠近储水罐顶部。
进一步地，所述误触传感器设置在金刚石片固定装置侧面的下部，并超出金刚石片固定装置的侧面下边缘一定距离，此距离即为金刚石片目标厚度。
进一步地，工作时，所述可旋转磨盘和金刚石片固定装置以相反的转动方向同时进行旋转。
本发明还提供上述的金刚石减振抛磨机构的温度控制方法，具体为：
在磨抛过程中，温度传感器将实时探测的温度传输至温度控制器；
控制器比较实时探测的温度与预设的温度，当所述探测温度超过所述预设的温度时，温度控制器控制流体进出阀开启，流体从进水口通入储水罐对夹具进行冷却；
当探测到的温度不超过所述预设的温度时，温度控制器控制流体进出阀关闭，流体停止通入。
进一步地，所述设定温度值为25-100℃。
进一步地，所述流体包括水、油、压缩空气和氮气中任意一种；所述流体可提前在一定温度下进行保温处理，具体保温温度根据需要设定，以满足抛磨机构的降温需求。
温度传感器对研磨工程中产生的热量进行实时监控，若温度过高则可控制研磨工作停止，从而保证研磨过程中温度的控制。
本发明还提供上述的金刚石减振磨抛机构的防误触控制方法，具体为：
当所述误触传感器检测到夹具和可旋转磨盘接触时，传输信号至夹具控制器，夹具控制器控制夹具抬起，停止工作。
进一步地，所述防误触控制方法还可具体为：所述误触传感器检测到金刚石片磨抛到目标厚度时，误触传感器传输信号至夹具控制器，夹具控制器控制夹具抬起，停止工作。其中设置的传感器超出夹具夹头一定距离，此距离即为金刚石片目标厚度，到达目标厚度时传感器即与磨盘接触，发生感应。
由于单晶金刚石片不具有导电性，而金属磨盘是具有导电性，因此利用它们的导电特性不同，将误触传感器装在自动旋转装置侧面，来探测夹具的金属夹头或传感器是否和磨盘接触。在研磨过程中传感器和磨盘中间存在单晶金刚石片，相当于感应电路断开状态，设备正常工作；当磨抛过程中，金刚石片脱落或者金刚石片磨抛到目标厚度时，磨盘与金属夹头或传感器直接接触，相当于感应电路闭合状态，传感器即检测出夹具发生误触，则即可做出反应，夹具可以自动抬起，恢复初始状态，停止工作。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果：
(1)在磨抛金刚石表面多晶时使用上面夹具部分和下方磨盘部分共同旋转方式，对金刚石表面的无晶向规律的多晶部分进行磨抛，提高了磨抛效率。
(2)在旋转动力装置上部增加弹簧减震组件。在研磨过程中产生的振动经多晶金刚石片、多晶金刚石固定装置、旋转动力装置传达到下部弹簧挡板，弹簧发生形变，实现对磨抛过程产生的振动的过滤，避免长时间的细小振动造成应力积累，最后应力释放使金刚石产生裂纹或破损。
(3)增加了降温机构，监测到温度过高时，从进水口通入流体，流体流入可旋转的动力装置外侧的储水罐，对可旋转的动力装置进行降温后流出，可以对多晶金刚石摩擦产生的热量进行耗散，以此来实现磨抛过程中的多晶金刚石的温度稳定性，防止热量变化导致的金刚石变形甚至产生裂纹。
(4)在增加旋转动力装置上增加误触传感器。由于单晶金刚石片不具有导电性，而金属磨盘是具有导电性，因此利用它们的导电特性不同，将误触传感器装在自动旋转装置侧面，来探测金属夹头或传感器是否和磨盘接触。在研磨过程中传感器和磨盘中间存在单晶金刚石片，相当于感应电路断开状态，设备正常工作。当磨抛过程中，金刚石片脱落、或者金刚石片磨抛到目标厚度时，磨盘与金属夹头或传感器直接接触，相当于感应电路闭合状态，传感器即检测出夹具发生误触，则即可做出反应，夹具可以自动抬起，恢复初始状态，停止工作，避免了夹具和磨盘直接摩擦使夹具损坏，也可避免过度打磨，保证加工出的金刚石片样品厚度的均匀性。
附图说明
图1为本发明金刚石减振磨抛机构结构示意图；
图2为本发明金刚石减振磨抛机构弹簧减振组件示意图；
图3为本发明金刚石减振磨抛机构的温度控制流程图。
符号说明：1-可旋转磨盘，2-金刚石片固定装置，3-旋转动力装置，4-弹簧减振组件，41-弹簧，42-上部弹簧挡板，43-下部弹簧挡板，44-导轨槽，5-储水罐，51-进水口，52-出水口，6-温度传感器，7-金刚石片，8-误触传感器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
本发明提供的一种金刚石减振磨抛机构，加入了弹簧减振装置，研磨过程中将产生震动的振动源能量传递进装有减震弹簧装置中，经过弹簧进行能量释放；增加了降温机构避免工作温度过高，以及误触传感器可以防止夹具与金刚石磨盘直接摩擦，导致夹具损坏。
本发明具体实施方案为：
一种金刚石减振磨抛机构，参见图1所示，包括可旋转磨盘、夹具和夹具控制器，所述夹具包括金刚石片固定装置、旋转动力装置、弹簧减振组件；
金刚石片固定装置连接于旋转动力装置下方，由旋转动力装置驱动进行旋转；弹簧减振组件在旋转动力装置上方，并与旋转动力装置通过导轨槽滑动连接；
误触传感器与夹具控制器电连接。
具体的，为了加工时可控制夹具的转动速度和精度，保证磨抛质量，旋转动力装置优选为伺服电机，伺服电机通过驱动轴带动金刚石片固定装置旋转。
旋转动力装置的外围设有降温机构；金刚石片固定装置侧面设有误触传感器。
如图2所示，弹簧减振组件包括上部弹簧挡板、弹簧和下部弹簧挡板，下部弹簧挡板与相贴于旋转动力装置顶部,工作时弹簧减振组件的位置和高度是固定的，在研磨过程中产生的振动经多晶金刚石片、多晶金刚石固定装置、旋转动力装置传达到下部弹簧挡板，弹簧发生形变，实现对磨抛过程产生的振动的过滤。
降温机构包括设置于旋转动力装置的外围一周的储水罐、设置于储水罐外壁的温度传感器、温度控制器和流体进出阀；所述温度传感器和流体进出阀电连接于温度控制器；所述储水罐侧壁上有进水口和出水口，进水口靠近储水罐底部，出水口靠近储水罐顶部；
工作时，可旋转磨盘和金刚石片固定装置以相反的转动方向同时进行旋转，这种方式可以增加打磨的接触点，从而提高打磨效率。
本发明还提供上述金刚石减振抛磨机构的温度控制方法，如图3所示，在磨抛过程中，温度传感器将实时探测的温度传输至温度控制器；
控制器比较实时探测的温度与预设的温度，当探测温度超过预设的温度时，温度控制器控制流体进出阀开启，流体从进水口通入储水罐对夹具进行冷却；
当探测到的温度不超过所述预设的温度时，温度控制器控制流体进出阀关闭，流体停止通入。
具体的，在温度控制器上预设的温度为25-100℃范围内一固定的温度值。
具体的，流体进出阀包括进水阀和排水阀，均采用电磁阀，两个阀一般开启时是同时开启或关闭，也可根据具体情况，将进水阀关闭后，排水阀保持打开状态，将储水罐中的流体排出。
进一步地，流体包括水、油、压缩空气和氮气中任意一种，优选使用水进行冷却；流体可提前在一定温度下进行保温处理，具体保温温度根据需要设定，以满足抛磨机构的降温需求。温度传感器对研磨工程中产生的热量进行实时监控，若温度过高则可控制研磨工作停止，从而保证研磨过程中温度的控制。
本发明提供上述的金刚石减振磨抛机构的防误触控制方法，具体为：当误触传感器检测到夹具和可旋转磨盘接触时，传输信号至夹具控制器，夹具控制器控制夹具抬起，停止工作。
此外，还设置误触传感器使其超出夹具夹头一定距离，此距离即为金刚石片目标厚度，到达目标厚度时传感器即与磨盘接触，误触传感器传输信号至夹具控制器，夹具控制器控制夹具抬起，停止工作。
由于单晶金刚石片不具有导电性，而金属磨盘是具有导电性，因此利用它们的导电特性不同，将误触传感器装在自动旋转装置侧面，来探测夹具的金属夹头是否和磨盘接触。在研磨过程中传感器和磨盘中间存在单晶金刚石片，相当于感应电路断开状态，设备正常工作；当磨抛过程中，金刚石片脱落或者金刚石片磨抛到目标厚度时，磨盘与金属夹头或传感器直接接触，相当于感应电路闭合状态，传感器即检测出夹具发生误触，则即可做出反应，夹具可以自动抬起，恢复初始状态，停止工作。
Claims (10)
1.一种金刚石减振磨抛机构，其特征在于，包括可旋转磨盘、夹具和夹具控制器，所述夹具包括金刚石片固定装置、旋转动力装置、弹簧减振组件；
所述金刚石片固定装置连接于旋转动力装置下方，由旋转动力装置驱动进行旋转；所述弹簧减振组件在旋转动力装置上方，并与旋转动力装置通过导轨槽滑动连接；
所述旋转动力装置的外围设有降温机构；所述降温机构包括设置于旋转动力装置的外围一周的储水罐、设置于储水罐外壁的温度传感器、温度控制器和流体进出阀；所述温度传感器和流体进出阀电连接于温度控制器；所述储水罐侧壁上有进水口和出水口；
所述金刚石片固定装置侧面设有误触传感器，所述误触传感器与夹具控制器电连接。
2.根据权利要求1所述的一种金刚石减振磨抛机构，其特征在于，所述弹簧减振组件包括上部弹簧挡板、弹簧和下部弹簧挡板，所述下部弹簧挡板相贴于旋转动力装置顶部。
3.根据权利要求1所述的一种金刚石减振磨抛机构，其特征在于，所述流体进出阀包括进水阀和排水阀，均采用电磁阀；所述进水口靠近储水罐底部，出水口靠近储水罐顶部。
4.根据权利要求1所述的一种金刚石减振磨抛机构，其特征在于，所述误触传感器设置在金刚石片固定装置侧面的下部，并超出金刚石片固定装置的侧面下边缘。
5.根据权利要求1所述的一种金刚石减振磨抛机构，其特征在于，工作时，所述可旋转磨盘和金刚石片固定装置以相反的转动方向同时进行旋转。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种金刚石减振磨抛机构的温度控制方法，其特征在于，在磨抛过程中，温度传感器将实时探测的温度传输至温度控制器；
控制器比较实时探测的温度与预设的温度，当所述探测温度超过所述预设的温度时，温度控制器控制流体进出阀开启，流体从进水口通入储水罐对夹具进行冷却；
当探测到的温度不超过所述预设的温度时，温度控制器控制流体进出阀关闭，流体停止通入。
7.根据权利要求6所述的金刚石减振磨抛机构的温度控制方法，其特征在于，所述预设的温度值为25-100℃。
8.根据权利要求6所述的金刚石减振磨抛机构的温度控制方法，其特征在于，所述流体包括水、油、压缩空气和氮气中的任意一种。
9.如权利要求1-5任一项所述的一种金刚石减振磨抛机构的防误触控制方法，其特征在于，当所述误触传感器检测到夹具和可旋转磨盘接触时，传输信号至夹具控制器，夹具控制器控制夹具抬起，停止工作。
10.根据权利要求9所述的一种金刚石减振磨抛机构的防误触控制方法，其特征在于，所述防误触控制方法还包括：当所述误触传感器与可旋转磨盘直接接触时，误触传感器传输信号至夹具控制器，夹具控制器控制夹具抬起，停止工作。
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