藍寶石基片雙面磨削機床結(jié)構設計與分析.pdf

1、藍寶石(α-Al2O3)以其優(yōu)良的機械、光學和化學等特性被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)的諸多領域。隨著科技的發(fā)展，藍寶石基片的尺寸越來越大，精度要求越來越高，藍寶石基片高效低損傷加工技術已成為制約相關領域關鍵零部件制造的瓶頸。尤其是對大尺寸（＞Ф130mm）藍寶石基片來說，制造技術和加工設備面臨著嚴重的挑戰(zhàn)。目前，藍寶石基片的平整加工主要采用游離磨料雙面研磨工藝，不僅加工精度和表面質(zhì)量一致性差，加工效率低，廢品率高，而且現(xiàn)有的設備加工能力不足，難

2、以滿足直徑＞Ф130mm的藍寶石基片的雙端面加工要求?；诠探Y(jié)磨料磨盤磨削技術的加工機床，目前國內(nèi)外正處于研發(fā)階段。
　　本課題針對大尺寸(＞Ф130mm)藍寶石基片雙面高效超精密磨削加工對磨削壓力、磨削溫度、機床運動精度和剛性及穩(wěn)定性的要求，進行磨盤修整、大壓力加載與控制、磨削溫度實時監(jiān)測與控制、高剛性支撐、高精度和高平穩(wěn)性運轉(zhuǎn)等關鍵技術研究，研制出基于固結(jié)磨料磨盤磨削技術的藍寶石基片雙面磨削機床，具體研究內(nèi)容如下:
　　

3、(1)推導了雙面行星式磨削加工過程中磨粒相對于工件和工件相對于磨盤的運動軌跡方程;應用Matlab軟件，仿真分析了磨粒位置、磨盤轉(zhuǎn)速和工件位置對于軌跡分布的影響規(guī)律;重點研究了軌跡線的分布范圍、均勻程度和曲率，提出了工件的放置、加工參數(shù)的選擇和磨盤的修整方案。
　　(2)研究了加工過程中大壓力加載與控制技術，提出使用雙液壓缸進行大壓力加載以及壓力的實時檢測和反饋控制方法，并對大壓力工作條件下的高剛性支撐結(jié)構進行設計，解決了大尺寸磨

4、盤及機床結(jié)構受力變形過大的技術難題。
　　(3)研究了雙面磨削過程中磨削溫度實時檢測與控制技術，優(yōu)化設計出具有全封閉迷宮式水冷結(jié)構的上/下磨盤，提出了具有高可靠性的機床跨軸系流體輸送和密封方法，實現(xiàn)了磨盤溫度的實時檢測與控制。
　　(4)應用Solidworks軟件，建立了藍寶石基片雙面磨削機床的三維虛擬樣機，進行了雙面磨削機床結(jié)構件和關鍵零部件的靜力分析和模態(tài)分析，完成了各部分結(jié)構的優(yōu)化設計，研制了藍寶石雙面磨削機床。

5、r>　　(5)在所研制機床上使用400＃陶瓷樹脂結(jié)合劑金剛石磨盤進行雙面磨削試驗，樣件為10片Ф130mm直徑藍寶石基片，設定磨削壓力500 g/cm2，磨削區(qū)溫度40℃。加工過程機床運轉(zhuǎn)平穩(wěn);加工后對雙面磨削后藍寶石表面質(zhì)量進行檢測，藍寶石上、下表面粗糙度均值分別為304.7 nm和371.7 nm，達到游離磨料研磨質(zhì)量，平均材料去除率為44.2μm/min，遠高于游離磨料研磨。試驗表明，所研制的雙面磨削機床滿足藍寶石基片的高效高精度