專利名稱：可主動驅動的懸浮基盤拋光裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及ー種可主動驅動的懸浮基盤拋光裝置。
背景技術：
研磨是在剛性研具(如鑄鐵、錫、鋁等軟質金屬或者硬木、塑料等)上注入不同規格磨料，在一定的壓カ下，通過研具和エ件的相對滑動，借助磨粒的切削去除加工表面微量材料的。原有平面研磨設備是一種在線修正的加工方法，主要依靠修正環和基盤上的エ件拋光盤的內邊和外邊的摩擦カ而產生自轉的，是ー種非主動驅動修正環和基盤的研磨設備，如圖I和圖2所示。這套平面研磨設備由保持架，エ件，基盤，修正環，載荷塊，拋光盤和 主軸驅動設備構成。エ件貼于基盤上,通過主軸帶動研磨盤轉動從而完成基盤和研磨盤的相對滑動，通過這種方式帶動磨料去除エ件表面材料。但經過實踐的證明，該設備存在以下兩種問題(I)這種研磨拋光設備是一種非主動驅動修正環和基盤的拋光裝置，在該裝置中由于拋光盤外邊的線速度大于內邊的線速度。故外邊靠摩擦力帯動基盤和修正環的速度也越大。修正環和基盤處在拋光盤的內邊和外邊由摩擦力產生的速度不同而進行自轉，由于摩擦力的大小會受到拋光盤表面狀況的影響，而拋光盤表面狀況具有很大的不確定性(主要是由加磨料的時機引起的)，所以這種拋光方法會造成拋光盤的旋轉速度不均勻，從而影響拋光質量。(2)超精密加工中，常需要獲得加工變質層少、超光滑的表面，而這種表面的形成取決于磨粒與エ件表面的接觸狀態。由于非主動驅動修正環和基盤的研磨拋光設備磨料與エ件表面是剛性接觸狀態，所以其產生的損傷層厚度較軟件接觸的流體拋光技術較大。流體拋光技術為軟性接觸從而成為獲得變質層少、超光滑表面的重要手段。流體拋光技術相繼出現了浮法拋光、浴法拋光、彈性發射拋光、磁流體拋光、電流變液拋光、磁流變液拋光、流體振動拋光、超聲波磁流變復合拋光、射流拋光、液體噴射及其復合拋光法。這些方法存在著經濟成本高、控制系統復雜、去除率低等缺點。為了克服上述非主動驅動修正環和基盤的研磨拋光設備的表面質量不高的問題，專利申請號(200910153716. 4)提出主動驅動研磨裝置的修正環驅動機構，如圖3所示。該機構可以克服在線修正驅動研磨裝置的非主動驅動、研磨精度較低、成本高的不足，并且能夠獲得較高的表面質量。但是該裝置在超精密研磨拋光中還是無法克服剛性接觸所產生的加工變質層的問題。

發明內容
為了克服現有研磨拋光設備中存在的加工變質層厚度大、表面質量不高的問題，本發明提供了一種磨料和エ件軟性接觸使加工變質層厚度變小，同時又能獲得較高的表面質量的可主動驅動的懸浮基盤拋光裝置。
本發明采用的技術方案是可主動驅動的懸浮基盤拋光裝置，包括主動驅動研磨傳動裝置、懸浮基盤、修正環和研磨盤，所述主動驅動研磨傳動裝置與所述修正環固定連接且帶動所述修正環旋轉；所述修正環通過固定件固定在所述研磨盤上且能繞固定中心線轉動；所述懸浮基盤卡在所述修正環內，其特征在于所述懸浮基盤沿圓周方向設有多個楔形槽，所述楔形槽中充滿拋光液；所述修正環帶動所述懸浮基盤回轉運動，所述懸浮基盤在回轉運動下產生液體動壓使エ件浮起，所述的エ件與拋光液磨料相接觸。進ー步，所述懸浮基盤的外徑與所述修正環的內徑相同。本發明使用時，加工エ件用石蠟黏貼于懸浮基盤的非楔形槽平面，將非楔形表面貼有エ件的懸浮基盤(用石蠟可以將エ件如硅片，藍寶石薄片等)卡在修正環內，同時將表面貼有エ件的懸浮基盤設有エ件的一面放在研磨盤上即可。修正環通過摩擦力帶動懸浮基盤一起轉動，在一定速度下，根據動壓浮離原理，懸浮基盤的楔形槽中的液體產生動壓(也 稱動壓推力軸承工作原理)，使得エ件浮起ー個高度H，從而達到エ件與拋光液磨料的軟件接觸的目的。由于此時エ件的載體為平面基盤，所以拋光液中的顆粒與エ件表面剛性接觸，使得エ件加工后產生損傷層。本發明的理論依據與技術構思在納米力學表征試樣制備時要求少無損傷(變質層少)、表面質量好，而少無損傷、超光滑表面的形成取決于磨粒與エ件表面的接觸狀態。非主動驅動研磨拋光設備(如圖I和圖2所示)在研磨加工時，研磨盤繞自身軸線回轉，エ件由夾具把持，被加工面向下受壓于研磨盤表面上，并繞回轉軸旋轉，研磨液由研磨盤中心處加入。這種剛性接觸的加工方式使得表征試樣(平面試件)存在著表層及亞表層位錯、應變、殘余應カ較大等損傷問題，而且無法達到超光滑要求。專利申請號(200910153716. 4)提出的主動驅動研磨裝置的修正環驅動機構(圖3)是在原有在線修正加工方法的基礎上，進行了結構方面的改進，加裝了主動驅動電機，使得エ件的速度可調節，除此之外，以往的主動驅動裝置依靠滾輪和修正環的摩擦力來帶動修正環運動改為漸開線齒輪傳動，保證了控制的精確性，同時加裝的擺動裝置使得該平面拋光設備更易獲得高質量的エ件表面。在非主動驅動研磨拋光設備(圖I和圖2)上加裝主動驅動研磨裝置的修正環驅動機構(圖3)后，エ件用石蠟黏貼于平面基盤上，基盤外徑與修正環內徑相同，修正環被主動驅動裝置驅動后，通過修正環和基盤外邊緣的摩擦使得基盤產生回轉運動。エ件被加工面向下受壓于研磨盤表面上，拋光液充斥在研磨盤和エ件之間，由于此時エ件被加工平面在壓カ的作用下緊貼研磨盤，導致拋光液中的顆粒在加エ過程中與エ件表面剛性接觸，這種情況下，拋光液中顆粒會對エ件作用產生損傷層，極大的影響了被加工材料的內部性能。為了減少エ件損傷層，采用懸浮基盤的設計(圖4所示)，使得拋光顆粒和エ件表面軟性接觸。懸浮基盤在圓周上設有楔形槽，運用流體力學現象和粉末作用當沿圓周方向制有若干個傾斜平面(楔形槽)的圓盤在液體(拋光液)的環境中做回轉運動，楔形槽產生的液體動壓使得基盤浮起ー個高度H，從而拋光液中的顆粒在拋光エ件時沒有強力的剛性接觸而是變為拋光顆粒的軟性碰撞，進而減小了エ件的損傷。主動驅動研磨裝置的修正環驅動機構與懸浮基盤的配合使得表征試樣(平面試件)少無損傷且表面質量高。本發明的有益效果體現在
I、裝置簡單，成本較低；2、可改善エ件的表面粗糙度和平面度；3、エ件與拋光顆粒軟性接觸減少了拋光給エ件造成的內部損傷；4、操作條件簡單，具有廣泛的發展前景。


圖I是現有非主動驅動修正環和基盤的研磨設備主視圖。圖2現有非主動驅動修正環和基盤的研磨設備俯視圖。
圖3是現有主動驅動研磨裝置修正環驅動機構整體結構示意圖。圖4本發明懸浮拋光基盤結構示意圖。圖5本發明主動驅動的懸浮基盤拋光裝置工作俯視圖。圖6本發明主動驅動的懸浮基盤拋光裝置工作主視7本發明加裝懸浮基盤后主動驅動修正環研磨裝置工作主視圖。
具體實施例方式參照圖4至圖7，可主動驅動的懸浮基盤拋光裝置，包括主動驅動研磨傳動裝置6、懸浮基盤4、修正環5和研磨盤I，所述主動驅動研磨傳動裝置6與所述修正環5固定連接且帶動所述修正環5旋轉；所述修正環5通過固定件固定在所述研磨盤I上且能繞固定中心線轉動；所述懸浮基盤4卡在所述修正環5內，其特征在于所述懸浮基盤4沿圓周方向設有多個楔形槽7，所述楔形槽中充滿拋光液；所述修正環5帶動所述懸浮基盤4回轉運動，所述懸浮基盤4在回轉運動下產生液體動壓使エ件3浮起，所述的エ件3與拋光液磨料相接觸。進ー步，所述懸浮基盤4的外徑與所述修正環5的內徑相同。本發明使用時，加工エ件3用石蠟黏貼于懸浮基盤4的非楔形槽平面8，將非楔形表面貼有エ件3的懸浮基盤4 (用石蠟可以將エ件如硅片，藍寶石薄片等)卡在修正環5內，同時將表面貼有エ件的懸浮基盤4設有エ件3的一面放在研磨盤I上即可。修正環5通過摩擦力帶動懸浮基盤4 一起轉動，在一定速度下，根據動壓浮離原理，懸浮基盤4的楔形槽中的液體產生動壓(也稱動壓推力軸承工作原理)，使得エ件3浮起ー個高度H，從而達到エ件3與拋光液磨料的軟件接觸的目的。由于此時エ件的載體為平面基盤，所以拋光液中的顆粒與エ件3表面剛性接觸，使得エ件3加工后產生損傷層。本發明的理論依據與技術構思在納米力學表征試樣制備時要求少無損傷(變質層少)、表面質量好，而少無損傷、超光滑表面的形成取決于磨粒與エ件表面的接觸狀態。非主動驅動研磨拋光設備(如圖I和圖2所示)在研磨加工時，研磨盤繞自身軸線回轉，エ件由夾具把持，被加工面向下受壓于研磨盤表面上，并繞回轉軸旋轉，研磨液由研磨盤中心處加入。這種剛性接觸的加工方式使得表征試樣(平面試件)存在著表層及亞表層位錯、應變、殘余應カ較大等損傷問題，而且無法達到超光滑要求。專利申請號(200910153716. 4)提出的主動驅動研磨裝置的修正環驅動機構(圖3所示)是在原有在線修正加工方法的基礎上，進行了結構方面的改進，加裝了主動驅動電機，使得エ件的速度可調節，除此之外，以往的主動驅動裝置依靠滾輪和修正環的摩擦力來帶動修正環運動改為漸開線齒輪傳動，保證了控制的精確性，同時加裝的擺動裝置使得該平面拋光設備更易獲得高質量的エ件表面。在非主動驅動研磨拋光設備(圖I和圖2)上加裝主動驅動研磨裝置的修正環驅動機構(圖3)后，エ件用石蠟黏貼于平面基盤上，基盤外徑與修正環內徑相同，修正環被主動驅動裝置驅動后，通過修正環和基盤外邊緣的摩擦使得基盤產生回轉運動。エ件被加工面向下受壓于研磨盤表面上，拋光液充斥在研磨盤和エ件之間，由于此時エ件被加工平面在壓カ的作用下緊貼研磨盤，導致拋光液中的顆粒在加工過程中與エ件表面剛性接觸，這種情況下，拋光液中顆粒會對エ件作用產生損傷層，極大的影響了被加工材料的內部性能。為了減少エ件損傷層，采用懸浮基盤的設計(圖4所示)，使得拋光顆粒和エ件表面軟性接觸。懸浮基盤在圓周上設有楔形槽，運用流體力學現象和粉末作用當沿圓周方向制有若干個傾斜平面(楔形槽)的圓盤在液體(拋光液)的環境中做回轉運動，楔形槽產生的液體動壓使得基盤浮起ー個高度H，從而拋光液中的顆粒在拋光エ件時沒有強力的剛性接觸而是變為拋光顆粒的軟性碰撞，進而減小了エ件的損傷。主動驅動研磨裝置的修正環驅動機構與懸浮基盤的配合使得表征試樣(平面試件)少無 損傷且表面質量高。本說明書實施例所述的內容僅僅是對發明構思的實現形式的列舉，本發明的保護范圍的不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發明的保護范圍也及于本領域技術人員根據本發明構思所能夠想到的等同技術手段。
權利要求
1.可主動驅動的懸浮基盤拋光裝置，包括主動驅動研磨傳動裝置、懸浮基盤、修正環和研磨盤，所述主動驅動研磨傳動裝置與所述修正環固定連接且帶動所述修正環旋轉；所述修正環通過固定件固定在所述研磨盤上且能繞固定中心線轉動；所述懸浮基盤卡在所述修正環內，其特征在于所述懸浮基盤沿圓周方向設有多個楔形槽，所述楔形槽中充滿拋光液；所述修正環帶動所述懸浮基盤回轉運動，所述懸浮基盤在回轉運動下產生液體動壓使工件浮起，所述的工件與拋光液磨料接觸。
2.如權利要求I所述的可主動驅動的懸浮基盤拋光裝置，其特征在于所述懸浮基盤的外徑與所述修正環的內徑相同。
全文摘要
本發明公開了一種可主動驅動的懸浮基盤拋光裝置，包括主動驅動研磨傳動裝置、懸浮基盤、修正環和研磨盤，所述主動驅動研磨傳動裝置與所述修正環固定連接且帶動所述修正環旋轉；所述修正環通過固定件固定在所述研磨盤上且能繞固定中心線轉動；所述懸浮基盤卡在所述修正環內，特點是所述懸浮基盤沿圓周方向設有多個楔形槽，所述楔形槽中充滿拋光液；所述修正環帶動所述懸浮基盤回轉運動，所述懸浮基盤在回轉運動下產生液體動壓使工件浮起，所述的工件與拋光液磨料相接觸。本發明裝置簡單，成本較低；可改善工件的表面粗糙度和平面度；工件與拋光顆粒軟性接觸減少了拋光給工件造成的內部損傷；操作條件簡單，具有廣泛的發展前景。
文檔編號B24B37/00GK102699809SQ20121014063
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月7日 優先權日2012年5月7日
發明者冷巧輝, 文東輝, 潘國慶, 馬利 申請人:浙江工業大學