圓光柵玻璃超精密研磨機(jī)及研拋工藝研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著現(xiàn)代微電子、信息和光學(xué)以及汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，對(duì)光電子產(chǎn)品和發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)、閥片等的平面度和表面粗糙度提出了前所未有的高要求。研磨和拋光是實(shí)現(xiàn)加工極限精度的有效方法，經(jīng)過(guò)研磨和拋光加工的工件可以獲得很高的平面度和極低的表面粗糙度。研磨裝備是保證研磨和拋光加工的首要條件，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)高檔超精密研磨設(shè)備的需求也越來(lái)越旺盛。我國(guó)研磨裝備的設(shè)計(jì)制造技術(shù)水平總體不高，能夠滿足納米級(jí)粗糙度的超精密研磨設(shè)備更是缺少。
　　本文利用先進(jìn)的

2、模塊化CAD技術(shù)，對(duì)超精密研磨機(jī)關(guān)鍵部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，研發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的超精密研磨設(shè)備。采用精密車削修盤技術(shù)可以使研磨盤獲得0.002 mm/400 mm的優(yōu)質(zhì)平面度;帶有緩沖功能的三級(jí)加壓系統(tǒng)可以確保加工過(guò)程的穩(wěn)定性;設(shè)計(jì)了具有自適應(yīng)功能的吸附系統(tǒng)，保證加工過(guò)程中工件表面始終貼緊盤面，工件材料去除量均勻;設(shè)計(jì)了振動(dòng)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)加工過(guò)程中研磨盤振動(dòng)量進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。
　　采用有限元分析軟件ABAQUS對(duì)研磨盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行了剛度分析和

3、模態(tài)分析，研究了不同內(nèi)冷卻槽對(duì)研磨盤結(jié)構(gòu)剛度影響的大小。采用氣缸逐步增壓過(guò)程中，盤面變形沒(méi)有突變，過(guò)渡平穩(wěn)，最大變形量發(fā)生在研磨盤直徑最大且靠近玻璃工件處。綜合考慮冷卻性能和研磨盤的剛度來(lái)設(shè)計(jì)和選用槽型，研究結(jié)果表明，對(duì)于螺旋線槽內(nèi)冷結(jié)構(gòu)，優(yōu)先考慮四圈槽結(jié)構(gòu);對(duì)于扇形槽內(nèi)冷結(jié)構(gòu)，優(yōu)先考慮六扇槽結(jié)構(gòu);對(duì)于同心圓槽內(nèi)冷結(jié)構(gòu)，優(yōu)先考慮五圈槽結(jié)構(gòu)。開槽后，研磨盤剛度有所降低，但仍在許用變形量范圍內(nèi)。三種內(nèi)冷卻結(jié)構(gòu)的研磨盤前四階振型基本一致，開有

4、四圈槽和五圈槽的同心圓槽內(nèi)冷卻結(jié)構(gòu)研磨盤的前四階固有頻率明顯比其他內(nèi)冷卻結(jié)構(gòu)的要低。
　　通過(guò)有限元分析研究了工作過(guò)程中，在摩擦熱和力場(chǎng)的耦合作用下，工件的不同轉(zhuǎn)動(dòng)情況以及不同工作壓力，對(duì)研磨過(guò)程過(guò)瞬態(tài)溫度場(chǎng)的影響。工件不自轉(zhuǎn)時(shí)，研磨盤溫度云圖為一圓環(huán)狀;隨著研磨盤轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)增多，溫度層逐漸累加升溫，摩擦熱由玻璃與盤面接觸圓環(huán)圈向兩邊以及底層傳遞;對(duì)于玻璃工件，摩擦熱由剛滑出區(qū)域逐漸向玻璃工件圓心方向傳遞，呈“扇形”溫度圖;工件與研

5、磨盤同向自轉(zhuǎn)時(shí)，玻璃工件表面的溫度云圖為一同心圓;另外，玻璃工件上的摩擦熱沒(méi)有在剛滑出區(qū)域堆積，摩擦熱分布得比較均勻;工件與研磨盤反向自轉(zhuǎn)時(shí)，由于玻璃工件與研磨盤的相對(duì)速度更大，產(chǎn)生的摩擦熱要比同向轉(zhuǎn)速工作時(shí)的要大;采用較大工作壓力會(huì)產(chǎn)生較大摩擦熱，同時(shí)也提高了研磨工作效率。通過(guò)紅外成像儀對(duì)瞬態(tài)溫度場(chǎng)有限元分析結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。
　　通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和組合工藝實(shí)驗(yàn)，研究了研磨加工和拋光加工中工藝

6、參數(shù)對(duì)圓光柵玻璃表面質(zhì)量和加工效率的影響。對(duì)于研磨加工工藝:研磨盤開槽后能夠及時(shí)更新已經(jīng)磨鈍的磨料，可以獲得更高的材料去除率和更小的工件表面粗糙度;工件表面粗糙度和材料去除率都隨著磨料粒度的增大而增大;加工時(shí)間延長(zhǎng)，工件表面粗糙度逐漸降低并趨于緩和，材料去除率逐漸降低;轉(zhuǎn)速增大，工件的材料去除率也增大，工件表面粗糙度先降低后略有增大;隨著研磨加載壓力增大，工件表面粗糙度減小并趨于緩和，材料去除率增大也趨于緩和。
　　對(duì)于拋光加工工