一種高效研磨拋光加工裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及機(jī)械制造領(lǐng)域，具體地是設(shè)及一種使用行星機(jī)構(gòu)的高效研磨拋光加工 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 精密、超精密研磨拋光加工是大規(guī)模集成電路、L抓、計(jì)算機(jī)磁盤等產(chǎn)品的重要加 工工藝，用于獲得平整、光滑的表面。該工藝通常使用修整環(huán)式或行星輪式研磨拋光設(shè)備進(jìn) 行，前者主要用于單面研磨拋光加工，后者主要用于雙面研磨拋光加工。研磨拋光加工的主 要工具是研磨盤或拋光墊，研磨盤或拋光墊上散布有游離或固著的磨料。磨料相對(duì)于被加 工工件的運(yùn)動(dòng)軌跡中、磨料與被加工表面實(shí)際作用的部分，稱為研磨拋光軌跡，顯然，研磨 拋光軌跡在被加工表面的分布均勻性程度，對(duì)加工精度和效率有重要影響。
[0003] 實(shí)際加工中，精密超精密研磨拋光加工設(shè)備中有兩種較為典型：修整環(huán)式和行星 輪式研磨拋光設(shè)備，在實(shí)際生產(chǎn)中均有著廣泛的應(yīng)用。修整環(huán)式研磨拋光設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖 如圖1所示，修整環(huán)15為圓筒形，其中空部分稱為載物孔，其外壁與修整環(huán)保持架14上的滾 動(dòng)軸承13接觸。一個(gè)或多個(gè)修整環(huán)15放置在研磨/拋光墊12上。被加工工件17置于修整環(huán)15 的載物孔11內(nèi)，被加工工件17的被加工面朝下與研磨/拋光墊12接觸，通過(guò)負(fù)載16向被加工 工件17施加加工壓力。研磨拋光加工時(shí)，研磨/拋光墊12在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，繞自身軸線回轉(zhuǎn);修 整環(huán)15在研磨/拋光墊12的摩擦及滾動(dòng)軸承13的支撐作用下，繞自身軸線回轉(zhuǎn);被加工工件 17在研磨/拋光墊12和修整環(huán)15的作用下也做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0004] 圖2所示為修整環(huán)式研磨拋光設(shè)備的運(yùn)動(dòng)分析，工件繞0點(diǎn)W角速度CO h自轉(zhuǎn)，研 磨/拋光墊繞0'點(diǎn)W角速度自轉(zhuǎn)，0點(diǎn)與0'點(diǎn)的距離為e。建立坐標(biāo)系xOy、x'〇V如圖2所 示，則研磨/拋光墊上一個(gè)磨料點(diǎn)A(rp，d))相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡，即研磨拋光軌跡為
[0005] x = rpcos[( Wp-Wh)t+<!) ]-e ? COS Wht
[0006] y = rpsin[( cop-c0h)t+<l) ]+e ? sinoht
[0007] 其中，t為研磨/拋光時(shí)間。
[000引行星輪式研磨拋光設(shè)備示意圖如圖3所示，保持架6外圈有齒輪與內(nèi)齒圈1、太陽(yáng)輪 4曬合，=者構(gòu)成行星輪系。保持架6上開(kāi)有與工件5外形相同的孔，工件可置于其中，工件5 的厚度較保持架6的厚度略大。研磨拋光加工時(shí)，保持架6置于下研磨/拋光墊上，上研磨/拋 光墊3與工件5上表面接觸，并施加一定的載荷;在太陽(yáng)輪4的回轉(zhuǎn)作用下，保持架6-方面繞 太陽(yáng)輪4中屯、公轉(zhuǎn)、另一方面繞自身中屯、自轉(zhuǎn)，構(gòu)成行星運(yùn)動(dòng);工件5在保持架6的作用下，相 對(duì)上研磨/拋光墊和下研磨/拋光墊3運(yùn)動(dòng)。
[0009] 圖4所示為行星輪式研磨拋光設(shè)備的運(yùn)動(dòng)分析，0點(diǎn)為保持架中屯、，0'點(diǎn)為太陽(yáng)輪、 內(nèi)齒圈中屯、。保持架繞0點(diǎn)W角速度COh自轉(zhuǎn)，同時(shí)繞0'點(diǎn)W角速度COc公轉(zhuǎn)。研磨/拋光墊繞 0'點(diǎn)W角速度Wp自轉(zhuǎn)，0點(diǎn)與0'點(diǎn)的距離為e。建立坐標(biāo)系說(shuō)7、^'0>'如圖2所示，則研磨/ 拋光墊上一個(gè)磨料點(diǎn)A(rp，d))相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡，即研磨拋光軌跡為
[0010] x = ;rpcos[( ]-ecos( ?h-?c)t
[0011] y = rpsin[( ?p-?h)t+<!) ]+esin( ?h-?c)t
[0012] 其中，t為研磨/拋光時(shí)間。
[0013] 通過(guò)上述分析可知，修整環(huán)式和行星輪式研磨拋光設(shè)備的研磨軌跡具有相同的數(shù) 學(xué)方程形式，兩種軌跡均呈現(xiàn)為擺線型。從研磨軌跡方程可W看出，磨料在研磨拋光墊上的 位置(rp，d))決定研磨拋光軌跡在被加工表面的位置，向徑rp決定擺線的大小，極角d)決定 擺線的相位。
[0014] 在研磨拋光盤上所有的有效磨料中，即圖2和圖4中向徑大于撫^小于及^的磨料 點(diǎn)，只有向徑為而的磨料點(diǎn)經(jīng)過(guò)修整環(huán)或行星輪的中屯、;磨料點(diǎn)的向徑與及^的差值越大， 其作用區(qū)域離修整環(huán)或行星輪的中屯、越遠(yuǎn);所有的磨料點(diǎn)都會(huì)對(duì)修整環(huán)或行星輪的外緣起 作用。因此，研磨拋光軌跡在修整環(huán)或行星輪表面的整體分布趨勢(shì)為：由中間至外緣軌跡密 度逐漸增加。如果工件置于修整環(huán)或行星輪中間，則工件中屯、去除率低而外緣高;如果工件 沿修整環(huán)或行星輪圓周布置，則工件一側(cè)去除率低而另一側(cè)去除率高。
[0015] 根據(jù)上述分析，修整環(huán)式和行星輪式研磨拋光設(shè)備的研磨拋光軌跡分布不均勻， 致使研磨拋光加工精度和效率的提高受到限制。
[0016] 因此，本發(fā)明的發(fā)明人亟需構(gòu)思一種新技術(shù)W改善其問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明旨在提供一種高效研磨拋光加工裝置，其可W改善研磨拋光軌跡的分布均 勻性，達(dá)到提高精密超精密研磨拋光加工精度和效率的目的。
[0018] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0019] -種高效研磨拋光加工裝置，包括:太陽(yáng)輪、行星輪和內(nèi)齒圈，其中所述太陽(yáng)輪、所 述行星輪和所述內(nèi)齒圈=者中至少有一個(gè)為非圓齒輪，=者共同構(gòu)成非圓行星輪機(jī)構(gòu)；所 述行星輪中開(kāi)設(shè)有載物孔，工件置于所述行星輪的載物孔內(nèi)，所述行星輪分別與所述太陽(yáng) 輪和所述內(nèi)齒圈相曬合。
[0020] 優(yōu)選地，所述太陽(yáng)輪的節(jié)曲線為高階楠圓、高次諧波曲線、楠圓形、正圓形中的一 種;所述行星輪的節(jié)曲線為高階楠圓、高次諧波曲線、楠圓形、正圓形中的一種;所述內(nèi)齒圈 的節(jié)曲線為高階楠圓、高次諧波曲線、楠圓形、正圓形中的一種。
[0021] 優(yōu)選地，還包括上研磨拋光盤、下研磨拋光盤，其中所述上研磨拋光盤、所述非圓 行星輪機(jī)構(gòu)、所述下研磨拋光盤=者自上而下平行設(shè)置;工件下表面與所述下研磨拋光盤 接觸，所述上研磨拋光盤下壓于工件上表面。
[0022] 優(yōu)選地，還包括加工液供給機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)及控制單元。
[0023] 優(yōu)選地，所述太陽(yáng)輪節(jié)曲線為高階楠圓，所述行星輪節(jié)曲線為正圓形。
[0024] 優(yōu)選地，所述太陽(yáng)輪節(jié)曲線為高階楠圓，階數(shù)為4，偏屯、率0.1052，中徑154.17mm; 所述行星輪節(jié)曲線為正圓形，半徑為35.27mm。
[0025] 優(yōu)選地，所述內(nèi)齒圈節(jié)曲線為高次諧波曲線，所述行星輪節(jié)曲線為正圓形。
[0026] 優(yōu)選地，所述內(nèi)齒圈節(jié)曲線為高次諧波曲線，階數(shù)為6,幅值系數(shù)0.0626,中徑 534.13mm;所述行星輪節(jié)曲線為正圓形，半徑85mm。
[0027] 優(yōu)選地，所述太陽(yáng)輪節(jié)曲線為正圓形;所述內(nèi)齒圈節(jié)曲線為楠圓形;所述行星輪節(jié) 曲線為正圓形。
[0028] 優(yōu)選地，所述太陽(yáng)輪節(jié)曲線為正圓形，半徑50mm;所述內(nèi)齒圈節(jié)曲線為楠圓形，偏 屯、率0.2736，中徑346.82mm;所述行星輪節(jié)曲線為正圓形，半徑63.14mm。
[0029] 采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明至少包括如下有益效果：
[0030] 本發(fā)明所述的高效研磨拋光加工裝置，太陽(yáng)輪、行星輪、內(nèi)齒圈=者中至少有一個(gè) 的節(jié)曲線不是正圓形，進(jìn)而使行星輪中屯、在繞太陽(yáng)輪中屯、公轉(zhuǎn)的同時(shí)，沿徑向移動(dòng)，行星輪 中屯、至太陽(yáng)輪中屯、的距離e不再是恒量，而是研磨拋光時(shí)間t的函數(shù)，進(jìn)而改善研磨拋光軌 跡的分布均勻性，達(dá)到提高精密超精密研磨拋光加工精度和效率的目的。
【附圖說(shuō)明】
[0031 ]圖1為修整環(huán)式研磨拋光設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖Ia為圖1的原理圖；
[0033] 圖2為圖1的運(yùn)動(dòng)分析圖；
[0034] 圖3為行星輪式研磨拋光設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖4為圖3的運(yùn)動(dòng)分析圖；
[0036] 圖5為本發(fā)明所述的高效研磨拋光加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037] 圖6為圖5的研磨拋光軌跡示意圖；
[0038] 圖7為常規(guī)行星輪式研磨拋光加工裝置中一磨料點(diǎn)的研磨拋光軌跡示意圖；
[0039] 圖8為一實(shí)施例中高效研磨拋光加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040] 圖9為一實(shí)施例中高效研磨拋光加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041] 圖10為一實(shí)施例中高效研磨拋光加工裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042] 其中：1,內(nèi)齒圈，101.內(nèi)齒圈節(jié)曲線，102.內(nèi)齒圈回轉(zhuǎn)中屯、，2.下研磨/拋光墊，3. 上研磨/拋光墊，4.太陽(yáng)輪，401.太陽(yáng)輪節(jié)曲線，402.太陽(yáng)輪回轉(zhuǎn)中屯、，5.工件，6.保持架，7. 行星輪，701.行星輪節(jié)曲線，11.載物孔，12.研磨/拋光墊，13.滾動(dòng)軸承，14.修整環(huán)保持架， 15.修整環(huán)，16.負(fù)載，17.被加工工件。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，