专利名称：修整可控型超精密抛光机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及抛光机领域，尤其是一种超精密抛光机(或称研磨机)。
技术背景传统的研磨、抛光机在加工工件的过程中，无法在线修整抛光盘(研磨盘)的平面精度，随着加工过程的不断进行，抛光盘的平面精度会越来越差，而采用离线式修整平面精度。目前的抛光机(研磨机)都是非智能化或者是半智能化的，对抛光盘的转速和位置、工件和抛光盘修整环上施加的载荷都无法精确的进行智能化控制，因而很难保证工件在加工过程中获得极高的平面精度，也很难在较短的时间内获得高的表面质量。存在的缺点1、无法实现在线修整抛光盘的平面精度；2、延长了加工周期；3、不能完全保证抛光盘的平面度。经实验结果发现，不当的抛光盘表面修整，将造成抛光盘表面的恶化，更将造成去除率的下降，且由工件表面的测量结果发现工件表面经研磨后存在着极大的非均匀度。实用新型内容为了克服已有的抛光机无法实现在线修整抛光垫的平面精度、加工周期长、 加工后的工件表面存在极大的非均匀度的不足，本实用新型提供一种实现在线修 整抛光垫的平面精度、使加工周期縮短、加工后的工件表面具有良好的均匀度的 修整可控型超精密抛光机。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是一种修整可控型超精密抛光机，包括机座、抛光盘、抛光盘驱动电机、测速 机构和智能控制平台，所述的抛光盘通过主轴安装在机座上，所述抛光盘驱动电机的输出轴与主轴传动连接，所述主轴与测速机构传动连接，所述的机座上安装 支架板，所述的支架板安装基盘保持架，所述的基盘保持架设有弧形段，所述弧 形段的弧度不小于k/2，所述的弧形段上安装有摩擦轮，摩擦轮个数至少为2个， 所述的基盘嵌入所述弧形段并靠接在摩擦轮上，且所述基盘与所述弧形段之间有 间隙，所述的基盘位于抛光盘的上方；所述的超精密抛光机还包括修整环、直线 导轨、往复运动驱动机构、径向移动驱动电机以及旋转驱动电机，所述的两根直 线导轨水平安装在支架板的下方，所述的径向移动驱动电机安装在支架板上，所 述的径向移动驱动电机与往复运动驱动机构传动连接，所述往复运动驱动机构可 水平滑动地套装在直线导轨上，所述的修整环安装在往复运动驱动机构的下方， 所述旋转驱动电机与往复运动驱动机构固定连接，所述的修整环位于抛光盘的基 盘覆盖以外区域的上方；所述的智能控制平台连接抛光盘驱动电机、测速机构、 径向移动驱动电机和旋转驱动电机。作为优选的一种方案所述的往复运动驱动机构下方安装套管，所述套管下 端安装修整环，所述的抛光垫修整机构还包括修整加载装置，所述修整加载装置 垂直安装在往复运动驱动机构上，所述的修整加载装置连接压力调节螺杆，所述 的压力调节螺杆与修整环球头连接，所述的压力调节螺杆安装在套管内，所述的 智能控制平台连接修整加载装置。进一步，所述基盘保持架安装在直线导轨的下方，基盘加载装置安装在基盘 保持架上，所述的基盘加载转置连接压力调节螺杆，所述的压力调节螺杆与基盘 球头连接，所述的智能控制平台连接基盘加载装置。作为优选的另一种方案所述的往复运动驱动机构包括径向移动距离调节板 和行程调节板，所述的径向移动驱动电机的输出轴与径向移动距离调节板固定连 接，所述的径向移动距离调节板的一端通过滚轮与行程调节板上沟槽配合，所述行程调节板可水平滑动地套装在直线导轨上，所述的修整环安装在行程调节板的 下方，所述旋转驱动电机与行程调节板固定连接。进一步，所述的沟槽有至少两个以上，所述至少两个以上的沟槽呈相互平行 布置；所述的径向移动距离调节板上设有矩形槽，所述的径向移动驱动电机的输 出轴通过螺钉固定安装在所述矩形槽上。所述的修整加载装置和基盘加载装置为气动加载装置或液压加载装置。所述的测速机构为光栅测控系统。所述的抛光盘驱动电机的输出轴上设有主动齿轮、所述主动齿轮通过同步带 连接被动齿轮，所述被动齿轮安装在主轴上；所述的主轴底端连接附加齿轮，所 述附加齿轮通过传动带连接测速机构的输入轴。所述的超精密抛光机包括至少一个修整环和一个基盘，所述的各个修整环、 基盘分别位于抛光盘的不同区域。此处的修整环与基盘保持架的数量取决于实际 的加工需要，同时取决于修整环、基盘与抛光盘三者间的大小比例，可以为两对、 三对、四对以及多对。所述旋转驱动电机的输出轴上设有主动齿轮、所述主动齿轮通过同步带连接被动齿轮，所述被动齿轮安装在所述的往复运动驱动机构上的轴上，所述的被动齿轮套接有拔杆，所述的拔杆同时也套接修整环上面，所述的拔杆在2e弧度范围内有至少三个以上。本实用新型的技术构思为在抛光机上增加修整环，由修整环旋转驱动电机带动修整环转动，修整环旋转驱动电机与往复运动驱动机构的径向移动距离调节板固定连接，直线运动轨道安装在支架板上，固定安装在支架板上的修整机构径向移动电机驱动往复运动驱动机构在直线运动轨道上移动，从而带动修整环沿抛光盘径向往复移动。在智能控制面板上按下电源开关，根据不同的抛光盘，设定相应的程序，(1)调节旋转驱动电机的旋转速度，通过皮带轮带动修整环转动；(2)调节径向驱动电机的旋转速度，带动修整环在抛光盘半径方向上移动，并在 不同的区域内停留相应的时间。根据抛光垫半径的大小，调节往复运动驱动机构 的径向移动距离调节板在电机轴上的安装，可使修整环在预定的行程区间做自动 直线往返运动；改变修整环的转动速度和直线往复运动速度、停留时间的组合， 结合调整修整压力的大小，满足不同大小，不同材料抛光垫的修整要求。修整环 开有排屑槽的底面与抛光垫表面的摩擦对抛光盘面进行在线修整，并且采用了智 能控制系统和高精密的光栅测控系统，对修整环的转速和修整环在抛光盘不同区 域停留的时间进行高精度的控制，在配套工艺条件下可获得极高的加工精度、表 面质量以及产品质量的一致性。在一特定的修整程序下，通过求得工件表面上的速度分布，进而计算出半径 方向的平均速度分布，并用以检査平均速度与去除率之间的关系，此一模式可用 于找出砂轮表面最优的修整程序。将抛光垫表面区分成若干个区域，各区域是以抛光垫的中心点与修整环中心 点之间的距离为界定范围，并设定修整环在各区域的相对停留时间，则修整环将 依据所设定的转速、压力与各区域的相对停留时间在抛光垫的半径方向来回移动， 从而使抛光垫达到平坦修整的目的，即修整程序伴随着抛光程序同时进行。修整 环在抛光盘的径向的设定范围内来回扫动，进而除去沉积在抛光垫表面上的研磨 微粒，工件表面经磨耗后产生的碎屑，并且刮除抛光垫表面的老化结构。基于行星式运动设计原理，保证工件加工表面各点在相对于抛光盘的线速度 相等，且抛光运动轨迹不重复。修整环在加工中不仅做自转运动，而且还沿抛光 垫径向移动，并通过智能控制系统使修整环在抛光垫的各个区域停留时间不同， 使其运动轨迹可以更好地覆盖到整个抛光盘表面，达到对抛光盘的均匀修整。这 种时时刮除抛光垫工作表面的运动方式，可始终使抛光垫保持最佳的工作状态， 工件被加工表面的去除率能保持在一固定的范围内，不会因为抛光垫在长期的使用后，抛光垫表面各处磨损不一致，而造成工件被加工表面各点去除量有明显差 异，产生工件被加工表面的不平。本实用新型的有益效果主要表现在1、能够实现在线修整抛光盘的平面精度、 获得很高的平面加工精度；2、縮短工件的加工周期；3、可修整平行度采用偏 心载荷修正工件的平行度，也可利用其加工出一定倾斜度的工件；4、速度可调、 速度控制模式先进可实现无级调速，并且采用"低速起动一无级提速一恒速加工 —低速修整一低速停止"的研磨盘速度控制模式，可保证超精密研磨抛光加工的工 艺要求；5、总转数精确控制采用超精密光栅测控技术，使抛光盘总转数的精 度控制在士r以内，以保证加工量总误差在lnm以内；6、修整环与工件载荷精确 控制采用智能传感器，闭环控制修整环作用气缸(或液压缸)和基盘作用气缸 (或液压缸)内的介质压强，精度可达0.02%，可精确稳定控制修整环和基盘上 的载荷，满足精密加工要求；7、智能专家数据库采用最佳加工工艺参数专家数据库控制系统，进而保证加工的高质量和一致性，可有效地排除人为操作对加工过程的不利影响。
图1是抛光垫修整装置在抛光机中的正视图。图2是修整环、基盘运动时的俯视图。 图3是往复运动驱动机构的示意图。 图4是修整环旋转驱动示意图具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。参照图l、图2、图3和图4， 一种修整可控型超精密抛光机，包括机座5、 抛光盘8、抛光盘驱动电机l、测速机构6和智能控制平台2，所述的抛光盘8通 过主轴安装在机座5上，所述抛光盘驱动电机l的输出轴与主轴传动连接，所述9主轴与测速机构6传动连接，所述的机座5上安装支架板15，所述的支架板15 安装基盘保持架12，所述的基盘保持架12设有弧形段，所述弧形段的弧度不小 于n/2，所述的弧形段上安装有摩擦轮11，摩擦轮11个数至少为2个，基盘IO 嵌入所述弧形段并靠接在摩擦轮11上，且所述基盘10与所述弧形段之间有间隙， 所述的基盘10位于抛光盘8的上方；所述的超精密抛光机还包括修整环25、直 线导轨14、径向往复运动驱动机构、径向移动驱动电机17以及旋转驱动电机16， 所述的两根直线导轨14水平安装在支架板15的下方，所述的径向移动驱动电机 17安装在支架板15上，所述的径向移动驱动电机17与往复运动驱动机构传动连 接，所述往复运动驱动机构可水平滑动地套装在直线导轨14上，所述的修整环 25安装在往复运动驱动机构的下方，所述旋转驱动电机16与往复运动驱动机构 固定连接，所述的修整环25位于抛光盘的基盘覆盖以外区域的上方；所述的智能 控制平台连接抛光盘驱动电机、测速机构、径向移动驱动电机和旋转驱动电机。所述的往复运动驱动机构的下方安装套管，所述套管下端安装修整环25，所 述的抛光垫修整机构还包括修整加载装置，所述修整加载装置垂直安装在往复运 动驱动机构上，所述的修整加载装置连接压力调节螺杆，所述的压力调节螺杆与 修整环25为球头连接，所述的压力调节螺杆安装在套管内，所述的智能控制平台 连接修整加载装置。所述基盘保持架12安装在直线导轨14的下方，基盘加载装置安装在基盘保 持架12上，所述的基盘加载转置连接压力调节螺杆，所述的压力调节螺杆与基盘 IO球头连接，所述的智能控制平台连接基盘加载装置。所述的往复运动驱动机构包括径向移动距离调节板19和行程调节板21，所 述的径向移动驱动电机17的输出轴18与径向移动距离调节板21固定连接，所述 的径向移动距离调节板21的一端通过滚轮20与行程调节板21上沟槽配合，所述行程调节板21可水平滑动地套装在直线导轨14上，所述的修整环25安装在行程 调节板21的下方，所述旋转驱动电机16与行程调节板21固定连接。所述的沟槽有至少两个以上，所述至少两个以上的沟槽呈相互平行布置；所 述的径向移动距离调节板19上设有矩形槽，所述的径向移动驱动电机17的输出 轴通过螺钉固定安装在所述矩形槽上。所述的修整加载装置和基盘加载装置为气动加载装置或液压加载装置。所述 的测速机构6为光栅测控系统。所述的抛光盘驱动电机1的输出轴上设有主动齿 轮、所述主动齿轮通过同步带连接被动齿轮，所述被动齿轮安装在主轴上；所述 的主轴底端连接附加齿轮，所述附加齿轮通过传动带连接测速机构的输入轴。所述的超精密抛光机包括至少一个修整环和一个基盘，所述的各个修整环、 基盘分别位于抛光盘的不同区域。此处的修整环与基盘保持架的数量取决于实际 的加工需要，同时取决于修整环、基盘与抛光盘三者间的大小比例，可以为两对、 三对、四对以及多对。所述旋转驱动电机16的输出轴上设有主动齿轮、所述主动齿轮通过同步带连 接被动齿轮，所述被动齿轮安装在所述的往复运动驱动机构上的轴IV上，所述的 被动齿轮套接有拔杆24，所述的拔杆24同时也套接修整环25上面，所述的拔杆 在2 Ji弧度范围内有至少三个以上，所述的基盘保持架12安装在支架板15的直线轨道14上，所述的支架板15 安装在立柱26上，所述的立柱26固定安装在机座5上。所述的测速机构6为光栅测控系统。所述的抛光盘驱动电机1的输出轴上设 有主动齿轮、所述主动齿轮通过同步带连接被动齿轮，所述被动齿轮安装在主轴 上；所述的主轴底端连接附加齿轮，所述附加齿轮通过传动带连接测速机构的输 入轴。所述抛光盘驱动电机l为直流电机。本实施例的具体工作过程为通过智能控制平台2对抛光盘驱动电机1进行 无极调速，抛光盘驱动电机通过轴I和轴II上的传动机构(可用同步带、齿轮等 结构)带动主轴II旋转； 一路通过主轴II带动抛光盘8旋转，同时抛光盘8通过 摩擦带动抛光盘上的基盘10转动，基盘10底面装有工件9;另一路是主轴II和轴in上的传动机构4 (可用同步带、齿轮等结构)将主轴n的速度传到光栅测控 系统上，光栅测控系统对其电机转动参数进行测量，并反馈至智能控制平台2。 另，智能控制平台2控制修整机构径向移动驱动电机17旋转，修整机构径向移动 驱动电机的输出轴18带动安装上电机轴上的径向移动距离调节板19旋转，径向 移动距离调节板19 一端的滚轮20也绕驱动电机17输出轴18的轴心转动。滚轮 20与行程调节板21的沟槽相配合，由于行程调节板21滑动地安装在直线导轨14 上，所以在滚轮20随电机轴18转动时，滚轮20在行程调节板21的沟槽内推动 行程调节板21沿直线导轨14做往复直线运动，旋转驱动电机16与往复运动驱动 机构的行程调节板21固接在一起，滑动安装在直线导轨14上，它们都可在直线 导轨14上自由滑动，因而带动修整环25沿抛光盘8径向移动。智能控制平台2 控制修整环旋转驱动电机16转动，修整环旋转驱动电机16驱动轴V和轴IV上 的传动机构23 (可用同步带、齿轮等结构)将带动套接在轴IV上的从动齿轮的拔 杆24旋转，拔杆24下端套接在修整环25上面，因而驱动修整环25自转。智能 控制平台2借助压力传感器，通过控制电磁阀开启和关闭介质通道来控制修整环 作用气缸(或液压缸22)和基盘作用气缸(或液压缸)13中介质的压强，进而精 确控制施加在修整环25和基盘10上的载荷。又如图2所示，主轴II带动抛光盘 8作旋转运动，经由抛光盘上的摩擦力带动基盘IO转动，基盘10带动基盘保持 架12上的摩擦轮11转动，同时摩擦轮11反作用于基盘10使基盘在基盘保持架 12内作自转运动。修整环25由往复运动驱动机构带动，通过修整环25开有排屑1槽的底面与抛光盘面的摩擦对抛光盘面进行在线修整。修整环采用耐腐蚀的材料如黄铜、不锈钢、陶瓷等制成。基盘10在基盘保持 架12的环内稳定地转动，而在相对位置上又采用了一只底部开有排屑槽的修整环 25，修整环25在往复运动驱动机构带动可沿抛光盘径向移动。这样在抛光盘上一 方面可使基盘10工作稳定地转动，另一方面修整环25可在加工过程中不断地在 线修整抛光盘8表面，修整环25由于抛光盘8的表面各点线速度不同，而且可在 抛光盘8表面作径向移动，通过修整环作用气缸(或液压缸)22实现在修整环上 施加载荷，这样修整效果更佳理想。基盘IO (其底面装有工件9)放在基盘保持 架中，通过基盘上的基盘作用气缸(或液压缸)13实现在工件上加负载。抛光液 从抛光盘8上加入后，会顺着抛光液出口处7流出。调节基盘保持架12在直线轨 道的位置，可使基盘保持架12带动基盘10沿抛光盘8径向移动，即可调节基盘 10中心与抛光盘8中心的距离，以获得尽可能高的平面精度。本实施例可应用于石英晶体，压电晶体，Si基片，宝石片，GaAs，光学玻璃， 磁性材料，结构陶瓷材料，硬脆非金属材料试件以及金属材料的平面镜面研磨和 抛光，此外还可以进行以下材料的研磨和抛光(1) 、高精度金属量具(如块规)及机械零件的平面镜面研磨和抛光。(2) 、矿物的EPMA评价，AME，物性试验，金相等分析用试料的平面镜面 研磨和抛光。(3) 、复合材料界面，加工表面变质层的无损伤角度研磨。(4) 、 TEM用薄片的准备研磨。
权利要求1、一种修整可控型超精密抛光机，包括机座、抛光盘、抛光盘驱动电机、测速机构和智能控制平台，所述的抛光盘通过主轴安装在机座上，所述抛光盘驱动电机的输出轴与主轴传动连接，所述主轴与测速机构传动连接，所述的机座上安装支架板，所述的支架板安装基盘保持架，所述的基盘保持架设有弧形段，所述弧形段的弧度不小于π/2，所述的弧形段上安装有摩擦轮，摩擦轮个数至少为2个，基盘嵌入所述弧形段并靠接在摩擦轮上，且所述基盘与所述弧形段之间有间隙，所述的基盘位于抛光盘的上方；其特征在于所述的超精密抛光机还包括修整环、直线导轨、往复运动驱动机构、径向移动驱动电机以及旋转驱动电机，所述的两根直线导轨水平安装在支架板的下方，所述的径向移动驱动电机安装在支架板上，所述的径向移动驱动电机与往复运动驱动机构传动连接，所述往复运动驱动机构可水平滑动地套装在直线导轨上，所述的修整环安装在往复运动驱动机构的下方，所述旋转驱动电机与往复运动驱动机构固定连接，所述旋转驱动电机的输出轴与修整环传动连接，所述的修整环位于抛光盘的基盘覆盖以外区域的上方；所述的智能控制平台连接抛光盘驱动电机、测速机构、径向移动驱动电机和旋转驱动电机。
2、 如权利要求1所述的修整可控型超精密抛光机，其特征在于所述的往复运动 驱动机构下方安装套管，所述套管下端安装修整环，所述的抛光垫修整机构还包 括修整加载装置，所述修整加载装置垂直安装在往复运动驱动机构上，所述的修 整加载装置连接压力调节螺杆，所述的压力调节螺杆与修整环球头连接，所述的 压力调节螺杆安装在套管内，所述的智能控制平台连接修整加载装置。
3、 如权利要求2所述的修整可控型超精密抛光机，其特征在于所述基盘保持架安装在直线导轨的下方，基盘加载装置安装在基盘保持架上，所述的基盘加载转 置连接压力调节螺杆，所述的压力调节螺杆与基盘球头连接，所述的智能控制平 台连接基盘加载装置。
4、 如权利要求l一3之一所述的修整可控型超精密抛光机，其特征在于所述的 往复运动驱动机构包括径向移动距离调节板和行程调节板，所述的径向移动驱动电机的输出轴与径向移动距离调节板固定连接，所述的径向 移动距离调节板的一端通过滚轮与行程调节板上沟槽配合，所述行程调节板可水平滑动地套装在直线导轨上，所述的修整环安装在行程调节板的下方，所述旋转 驱动电机与行程调节板固定连接。
5、 如权利要求4所述的修整可控型超精密抛光机，其特征在于所述的沟槽有至 少两个以上，所述至少两个以上的沟槽呈相互平行布置；所述的径向移动距离调 节板上设有矩形槽，所述的径向移动驱动电机的输出轴通过螺钉固定安装在所述 矩形槽上。
6、 如权利要求3所述的修整可控型超精密抛光机，其特征在于所述的修整加载 装置和基盘加载装置为气动加载装置或液压加载装置。
7、 如权利要求4所述的修整可控型超精密抛光机，其特征在于所述的测速机构 为光栅测控系统。
8、 如权利要求1—3之一所述的修整可控型超精密抛光机，其特征在于所述的 抛光盘驱动电机的输出轴上设有主动齿轮、所述主动齿轮通过同步带连接被动齿 轮，所述被动齿轮安装在主轴上；所述的主轴底端连接附加齿轮，所述附加齿轮 通过传动带连接测速机构的输入轴。
9、 如权利要求8所述的修整可控型超精密抛光机，其特征在于所述的超精密抛 光机包括至少一个修整环和一个基盘，所述的各个修整环、基盘分别位于抛光盘的不同区域。
10、如权利要求4所述的修整可控型超精密抛光机，其特征在于所述旋转驱动 电机的输出轴上设有主动齿轮、所述主动齿轮通过同步带连接被动齿轮，所述被 动齿轮安装在所述的往复运动驱动机构上的轴上，所述的被动齿轮套接有拔杆， 所述的拔杆同时也套接修整环上面，所述的拔杆在2Ji弧度范围内有至少三个以 上。
专利摘要一种修整可控型超精密抛光机，包括机座、抛光盘、抛光盘驱动电机、测速机构、智能控制平台、修整环、直线导轨、往复运动驱动机构、径向移动驱动电机以及旋转驱动电机，基座上安装支架板，支架板安装基盘保持架，两根直线导轨水平安装在支架板的下方，径向移动驱动电机安装在支架板上，径向移动驱动电机与往复运动驱动机构传动连接，往复运动驱动机构可水平滑动地套装在直线导轨上，修整环安装在往复运动驱动机构的下方，旋转驱动电机与往复运动驱动机构固定连接，旋转驱动电机的输出轴与修整环传动连接，修整环位于抛光盘的基盘覆盖以外区域的上方。本实用新型实现在线修整抛光垫的平面精度、使加工周期缩短、加工后的工件表面具有良好的均匀度。
文档编号B24B47/00GK201115929SQ200720191668
公开日2008年9月17日 申请日期2007年11月20日 优先权日2007年11月20日
发明者吕冰海, 方海生, 翊 杨, 王志伟, 袁巨龙, 邓乾发, 锋 陈, 黎 陶 申请人:浙江工业大学