[发明专利]一种高效研磨抛光加工装置

说明书

本发明公开了一种高效研磨抛光加工装置，包括太阳轮、行星轮和内齿圈，所述行星轮中开设有载物孔，工件置于所述行星轮的载物孔内，所述行星轮分别与所述太阳轮和所述内齿圈相啮合。太阳轮、行星轮、内齿圈三者中至少有一个的节曲线不是正圆形，进而使行星轮中心在绕太阳轮中心公转的同时，沿径向移动，行星轮中心至太阳轮中心的距离e不再是恒量，而是研磨抛光时间t的函数，进而改善研磨抛光轨迹的分布均匀性，达到提高精密超精密研磨抛光加工精度和效率的目的。

技术领域

本发明涉及机械制造领域，具体地是涉及一种使用行星机构的高效研磨抛光加工装置。

背景技术

精密、超精密研磨抛光加工是大规模集成电路、LED、计算机磁盘等产品的重要加工工艺，用于获得平整、光滑的表面。该工艺通常使用修整环式或行星轮式研磨抛光设备进行，前者主要用于单面研磨抛光加工，后者主要用于双面研磨抛光加工。研磨抛光加工的主要工具是研磨盘或抛光垫，研磨盘或抛光垫上散布有游离或固着的磨料。磨料相对于被加工工件的运动轨迹中、磨料与被加工表面实际作用的部分，称为研磨抛光轨迹，显然，研磨抛光轨迹在被加工表面的分布均匀性程度，对加工精度和效率有重要影响。

实际加工中，精密超精密研磨抛光加工设备中有两种较为典型：修整环式和行星轮式研磨抛光设备，在实际生产中均有着广泛的应用。修整环式研磨抛光设备结构示意图如图1所示，修整环15为圆筒形，其中空部分称为载物孔，其外壁与修整环保持架14上的滚动轴承13接触。一个或多个修整环15放置在研磨/抛光垫12上。被加工工件17置于修整环15的载物孔11内，被加工工件17的被加工面朝下与研磨/抛光垫12接触，通过负载16向被加工工件17施加加工压力。研磨抛光加工时，研磨/抛光垫12在电机驱动下，绕自身轴线回转；修整环15在研磨/抛光垫12的摩擦及滚动轴承13的支撑作用下，绕自身轴线回转；被加工工件17在研磨/抛光垫12和修整环15的作用下也做回转运动。

图2所示为修整环式研磨抛光设备的运动分析，工件绕O点以角速度ωh自转，研磨/抛光垫绕O’点以角速度ωp自转，O点与O’点的距离为e。建立坐标系xOy、x’O’y’如图2所示，则研磨/抛光垫上一个磨料点A(rp，φ)相对于工件的运动轨迹，即研磨抛光轨迹为

x＝rpcos[(ωp-ωh)t+φ]-e·cosωht

y＝rpsin[(ωp-ωh)t+φ]+e·sinωht

其中，t为研磨/抛光时间。

行星轮式研磨抛光设备示意图如图3所示，保持架6外圈有齿轮与内齿圈1、太阳轮4啮合，三者构成行星轮系。保持架6上开有与工件5外形相同的孔，工件可置于其中，工件5的厚度较保持架6的厚度略大。研磨抛光加工时，保持架6置于下研磨/抛光垫上，上研磨/抛光垫3与工件5上表面接触，并施加一定的载荷；在太阳轮4的回转作用下，保持架6一方面绕太阳轮4中心公转、另一方面绕自身中心自转，构成行星运动；工件5在保持架6的作用下，相对上研磨/抛光垫和下研磨/抛光垫3运动。

图4所示为行星轮式研磨抛光设备的运动分析，O点为保持架中心，O’点为太阳轮、内齿圈中心。保持架绕O点以角速度ω_h自转，同时绕O’点以角速度ω_c公转。研磨/抛光垫绕O’点以角速度ω_p自转，O点与O’点的距离为e。建立坐标系xOy、x’O’y’如图2所示，则研磨/抛光垫上一个磨料点A(r_p，φ)相对于工件的运动轨迹，即研磨抛光轨迹为

x＝rpcos[(ωp-ωh)t+φ]-ecos(ωh-ωc)t

y＝rpsin[(ωp-ωh)t+φ]+esin(ωh-ωc)t

其中，t为研磨/抛光时间。