圓光柵玻璃超精密研磨機及研拋工藝研究.pdf

1、近年來，隨著現(xiàn)代微電子、信息和光學以及汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，對光電子產(chǎn)品和發(fā)動機活塞環(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。研磨和拋光是實現(xiàn)加工極限精度的有效方法，經(jīng)過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，國內(nèi)市場對高檔超精密研磨設備的需求也越來越旺盛。我國研磨裝備的設計制造技術水平總體不高，能夠滿足納米級粗糙度的超精密研磨設備更是缺少。
　　本文利用先進的

2、模塊化CAD技術，對超精密研磨機關鍵部件進行了設計，研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權的超精密研磨設備。采用精密車削修盤技術可以使研磨盤獲得0.002 mm/400 mm的優(yōu)質平面度;帶有緩沖功能的三級加壓系統(tǒng)可以確保加工過程的穩(wěn)定性;設計了具有自適應功能的吸附系統(tǒng)，保證加工過程中工件表面始終貼緊盤面，工件材料去除量均勻;設計了振動量監(jiān)測系統(tǒng)對加工過程中研磨盤振動量進行在線監(jiān)測。
　　采用有限元分析軟件ABAQUS對研磨盤結構進行了剛度分析和

3、模態(tài)分析，研究了不同內(nèi)冷卻槽對研磨盤結構剛度影響的大小。采用氣缸逐步增壓過程中，盤面變形沒有突變，過渡平穩(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設計和選用槽型，研究結果表明，對于螺旋線槽內(nèi)冷結構，優(yōu)先考慮四圈槽結構;對于扇形槽內(nèi)冷結構，優(yōu)先考慮六扇槽結構;對于同心圓槽內(nèi)冷結構，優(yōu)先考慮五圈槽結構。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)冷卻結構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)冷卻結構研磨盤的前四階固有頻率明顯比其他內(nèi)冷卻結構的要低。
　　通過有限元分析研究了工作過程中，在摩擦熱和力場的耦合作用下，工件的不同轉動情況以及不同工作壓力，對研磨過程過瞬態(tài)溫度場的影響。工件不自轉時，研磨盤溫度云圖為一圓環(huán)狀;隨著研磨盤轉動圈數(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、磨盤同向自轉時，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時，由于玻璃工件與研磨盤的相對速度更大，產(chǎn)生的摩擦熱要比同向轉速工作時的要大;采用較大工作壓力會產(chǎn)生較大摩擦熱，同時也提高了研磨工作效率。通過紅外成像儀對瞬態(tài)溫度場有限元分析結果進行了實驗驗證，結果表明仿真結果與實驗結果基本一致。
　　通過單因素實驗和組合工藝實驗，研究了研磨加工和拋光加工中工藝

6、參數(shù)對圓光柵玻璃表面質量和加工效率的影響。對于研磨加工工藝:研磨盤開槽后能夠及時更新已經(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;加工時間延長，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。
　　對于拋光加工工