超精密双面抛光机动态仿真及工艺参数优化研究

摘要

超精密抛光技术作为制造业发展的标志之一，已深入到了航空航天、军事、集成电路、民用设备等诸多领域。但目前国内发展水平仍处于较低阶段，对抛光原理了解不够深入，加工过程也过多的依赖经验，效率低下。本文受“先进制造技术与装备”浙江省重中之重学科项目资助，运用虚拟样机这一近年来得到迅速发展和广泛运用的先进制造技术对超精密双面抛光机的机械去除作用进行了深入分析。重点研究了抛光工艺参数、加工工件的运动特性以及抛光结果三者间的关系。主要研究内容如下： (1)针对化学机械抛光的影响因素，和双面抛光机的结构功能特点，在理论分析的基础上，采用三维实体建模软件SolidWorks与动力学分析软件ADAMS联合建模，定义了抛光机构的虚拟样机。 (2)通过对建构模型的定性分析与定量验证，确保了虚拟样机的正确性，并进一步完善模型，提高其精确性。在此基础上，通过对加工工件的运动仿真，研究了抛光机构输入参数与工件运动状态间的关系，以及工件表面上各点间的运动关系，为进一步研究工件运动特性对抛光结果的影响奠定了基础。 (3)提出了以抛光去除率的Preston方程与工件运动轨迹作为评价抛光效率和均匀性的指标。分别就施加载荷、抛光盘转速、行星轮输入转速等抛光工艺参数对两者的影响进行了深入分析，明确了参数取值与抛光结果间的联系。并通过优化仿真，得到了取得最佳抛光结果的各个工艺参数的取值，指导实际抛光加工的进行。 本文采用的分析方法和得出的结论，不仅对双面抛光机的工艺参数的合理设置具有一定的实用价值，而且也为今后的研究工作提供了一定的理论依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2超精密平面抛光技术概论

1.2.1超精密加工的定义

1.2.2化学机械抛光机理

1.2.3影响化学机械抛光的因素

1.3超精密平面CMP抛光研究现状

1.3.1CMP抛光技术研究现状

1.3.2超精密平面抛光装备研究现状

1.4存在问题

1.5主要研究内容与课题来源

1.5.1主要研究内容及课题来源

1.5.2论文体系结构及各章简介

第二章超精密双面抛光机虚拟仿真研究策略

2.1虚拟样机技术概论

2.1.1虚拟样机的定义

2.1.2虚拟样机的技术特点

2.1.3虚拟样机技术应用现状

2.2 PE-1型超精密双面抛光机简介

2.2.1双面抛光机结构介绍

2.2.2抛光过程及原理

2.2.3技术特点

2.3双面抛光机虚拟仿真研究策略

2.3.1研究的理论假设

2.3.2研究的软件支撑平台

2.3.3技术路线

2.4本章小结

第三章抛光机构物理模型分析与虚拟样机建构

3.1抛光机构动力学分析及数学模型建立

3.1.1行星轮系与工件的运动分析

3.1.2工件受力分析

3.1.3工件动力学模型的建立

3.2抛光机构的分析与简化

3.2.1抛光机构的简化

3.2.2抛光机构的自由度计算

3.3抛光机构实体建模实现

3.3.1三维实体建模与装配过程

3.3.2三维模型的导出

3.4抛光机构虚拟样机的建立

3.4.1虚拟样机建模仿真的基本步骤

3.4.2三维实体模型的导入与修正

3.4.3双面抛光机虚拟样机的定义

3.4.4虚拟样机建模检查

3.5本章小结

第四章抛光机构样机模型验证与动态仿真分析

4.1仿真分析前的准备工作

4.2抛光机构样机模型的验证技术

4.2.1定性分析验证

4.2.2定量分析验证

4.3虚拟样机模型完善

4.4行星轮系输入转速与工件运动特性的仿真研究

4.4.1仿真试验方案

4.4.2输入转速与工件角速度关系的仿真研究

4.4.3仿真结果分析

4.5工件表面各点运动的仿真研究

4.5.1仿真试验方案

4.5.2表面各点运动关系的仿真研究

4.5.3仿真结果分析

4.6虚拟样机参数化设计

4.6.1参数化设计概论

4.6.2抛光工艺输入变量的参数化

4.7本章小结

第五章抛光工艺参数的优化仿真研究

5.1双面抛光机工艺参数优化评价指标的提出

5.2基于Preston模型的双面抛光机去除率模型分析

5.2.1抛光去除率模型简介

5.2.2抛光去除量的建模与分析

5.3工件运动轨迹的仿真分析

5.3.1运动轨迹与材料去除的均匀性

5.3.2工件运动轨迹仿真分析

5.4抛光工艺参数的优化仿真研究

5.4.1基于抛光去除率与去除均匀性的优化设计策略

5.4.2工艺参数的优化仿真

5.4.3优化仿真结论

5.5工艺参数优化的应用实例

5.5.1抛光试验方案

5.5.2抛光质量检测方法

5.5.3试验结论

5.6本章小结

第六章总结与展望

6.1本论文工作总结

6.2有待进一步解决的关键技术问题

6.3研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文

致 谢