【摘要】：隨著智能系統(tǒng)、電子計算機(jī)、傳感器、儀器儀表等逐步向微型化發(fā)展,納米材料器件得到廣泛應(yīng)用,隨著對納米器件性能影響的研究的不斷突破,實(shí)際上都選擇采用微小結(jié)構(gòu),然后關(guān)注的對象逐漸轉(zhuǎn)向材料在微小尺度下的力學(xué)性能研究,微構(gòu)件一般采用微米級的幾何尺寸,而薄膜的厚度則往往是納米級的。高質(zhì)量的試樣制備技術(shù)是獲取原子級超光滑表面的基礎(chǔ),因此,迫切需要解決試樣制備的研磨拋光原型樣機(jī)的研制與開發(fā)。為解決研磨加工過程中機(jī)械加載力的變化曲線與壓力采集等問題,對研磨過程中影響拋光效果的壓力大小等主要因素和各種壓力加載方法等方面進(jìn)行了研究,從機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制軟硬件兩方面展開研究,采用了一種基于PCI-1240U運(yùn)動控制卡以及USB總線技術(shù)設(shè)計了壓力加載控制系統(tǒng),在Nano-MAX研拋機(jī)基礎(chǔ)上搭建了實(shí)驗(yàn)平臺,并應(yīng)用該實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究。主要研究工作如下:(1)根據(jù)研磨加工壓力加載平臺的設(shè)計要求,選用三菱伺服電機(jī)HG-KN43BJ-S100作為驅(qū)動電機(jī)設(shè)計了研磨壓力加載實(shí)驗(yàn)平臺,采用測力傳感器檢測研磨過程中的加載力實(shí)時變化,基于定點(diǎn)理論設(shè)計了的動力吸振器,用來減少研磨過程中振動對平面研磨的影響,從理論上說明了動力吸振器設(shè)計的可行性和有效性。(2)對研磨壓力加載控制系統(tǒng)進(jìn)行了軟硬件設(shè)計,采用了PCI-1240U運(yùn)動控制卡以及USB總線技術(shù)設(shè)計了壓力加載控制系統(tǒng),主要對電機(jī)控制和壓力采集儲存兩方面著手,說明運(yùn)動控制卡功能使用介紹以及用LabVIEW如何調(diào)用動態(tài)鏈接庫文件,實(shí)現(xiàn)對力加載的動態(tài)調(diào)節(jié),將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲并繪制曲線顯示在屏幕上,人機(jī)交互界面形象直觀的表達(dá)研磨過程中加載力的變化情況。通過LabVIEW設(shè)計的人機(jī)界面,直接操作上位機(jī)的面板,快速穩(wěn)定地按照壓力曲線目標(biāo)實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制,柔和使用方便有效。(3)首先對所研制的研磨加工機(jī)械加載力系統(tǒng)進(jìn)行了介紹并給出了實(shí)驗(yàn)平臺的主要技術(shù)參數(shù),然后對研磨過程主要的研磨壓力參數(shù)進(jìn)行了測量與分析。對機(jī)械加載式研磨拋光和傳統(tǒng)的砝碼式加載研磨拋光進(jìn)行了拋光效果的比較,利用Mitutoyo、基恩士等設(shè)備對試樣表面進(jìn)行表征。結(jié)果表明,機(jī)械加載式研磨加工,其獲得的試樣表面粗糙度值Ra提升到了10 nm、表面形貌和晶格排布更好,也進(jìn)一步驗(yàn)證了附加阻尼動力吸振器方法的可行性以及所研制的研磨加工機(jī)械加載力系統(tǒng)的可靠性。本文研究借助機(jī)械設(shè)計與控制系統(tǒng)設(shè)計、實(shí)驗(yàn)測試、試樣制備與表征,證明了動力吸振器減振方法的可行性和所研制的研磨加工機(jī)械加載力系統(tǒng)的可靠性。
【圖文】：

載壓力曲線圖(b)加載壓力曲線目圖1-2力加載變化曲線示意圖載系統(tǒng)主要有砝碼配重加載系統(tǒng)[24,25]、機(jī)械式加載載系統(tǒng)[27]和其它加載系統(tǒng)。系統(tǒng)系統(tǒng)采用配重的方式，如圖 1-3 所示，，這種壓力加硅片的陶瓷盤背面，通過改變配重塊的數(shù)量和質(zhì)量磨過程中，這種加載方式的壓力值始終固定在同一求對壓力進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，研磨效率低。在實(shí)驗(yàn)室中藝實(shí)驗(yàn)研究。料架 砝碼磨階段 精磨階段T/s開始階段粗磨階段P3P1

系統(tǒng)出的拋光壓力電機(jī)加載系統(tǒng)，其拋光力加載系統(tǒng)主要是以步進(jìn)電建模后的 simulink 仿真分析，驗(yàn)證了此加載系統(tǒng)具有穩(wěn)定的機(jī)械結(jié)持平穩(wěn)等特點(diǎn)，可以獲得有光滑表面的晶片。謝良江等[29][30]分析工過程中的振動信號，采用 EMD(Empirical mode decomposition)方發(fā)現(xiàn)磨球機(jī)振動的三個影響因素：研磨壓力、研磨盤轉(zhuǎn)速、研磨制的納米級超精密智能型拋光機(jī)，采用直流無刷電機(jī)減速后帶動三閉環(huán)精確控制其電機(jī)運(yùn)動速度。該拋光機(jī)可廣泛用于加工大規(guī)酸鋰基片和計算機(jī)硬盤等基片,必將在各個行業(yè)發(fā)揮重要作用。系統(tǒng)較多采用伺服控制，氣動伺服控制系統(tǒng)一般是由四部分組成，分電氣比例伺服閥等控制元件、控制器以及反饋檢測器，其中核心 1-4 所示為氣動伺服控制的原理框圖。電氣控制閥作為氣動加載制閥主要有以下 3 種：電氣伺服閥、電氣比例閥、電氣開關(guān)閥。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG580.68

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2703122