双面研磨抛光机结构设计及磨削轨迹研究

工程硕士学位论文双面研磨/抛光机结构设计及磨削轨迹研究董瑞哈尔滨理工大学2016年3月国内图书分类号：TH69工程硕士学位论文双面研磨/抛光机结构设计及磨削轨迹研究硕士研究生：董瑞导师：徐雳申请学位级别：工程硕士学科、专业：车辆工程所在单位：机械动力工程学院答辩日期：2016年3月授予学位单位：哈尔滨理工大学ClassifiedIndex：TH69DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDouble-sidedgrinding/polishingmachinestructuraldesignandstudyongrindingtrajectoryCandidate：DongRuiSupervisor：XuLiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：VehicleEngineeringDateofOralExamination：March,2016University：HarbinUniversityofScienceandTechnology哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《双面研磨/抛光机结构设计及磨削轨迹研究》，是本人在导师指导下，在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：董瑞日期：2016年03月28日哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书《双面研磨/抛光机结构设计及磨削轨迹研究》系本人在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨理工大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨理工大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门提交论文和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨理工大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于保密，在5年解密后适用授权书。不保密。（请在以上相应方框内打√）作者签名：董瑞日期：2016年03月28日导师签名：徐雳日期：2016年03月28日√哈尔滨理工大学工程硕士学位论文-I-双面研磨/抛光机结构设计及磨削轨迹研究摘要随着信息技术的发展，对蓝宝石基片、多晶硅单晶硅等电子器件基片的市场需求日益增加，对其表面质量提出更严格要求。双面研磨/抛光机正是进行基片超精密表面加工的主要设备，如何高效地获得超平滑无损伤表面的晶片已经成为研究热点。目前国内对其结构研究分析以及抛光机理研究落后于发达国家，本文正是应某企业对蓝宝石晶片的加工需求，设计一款超精密双面/研磨抛光机。首先，进行了整机结构改造和设计。通过分析双面研磨/抛光机的设备特点和整机技术参数结合研磨/抛光加工机理，基于三维设计软件依据原设备拆装测量尺寸进行了整机三维设计建模；同时在分析研究过程中找出结构问题进行了优化改进及操作便利性支持。其次，对双面研磨/抛光机关键零部件进行了动静态分析以及结构轻量化设计。简单阐述了动静态分析原理和特点，选取设备主要系统及零部件进行动静态分析，了解整机静态下位移变形、等效应力以及基于模态分析的整机振动频率和振型；基于Workbench优化分析功能对其质量较大且关键部件进行了结构的轻量化优化设计。然后，根据研磨抛光过程中工件的行星运动形式分别采用向量法和位移法建立了磨削轨迹的数学模型，并基于轨迹仿真软件进行了运动轨迹的模拟仿真分析。采用单一因素变量法选取不同因素：齿圈速比、抛光盘转速、工件摆放位置等，进行研究分析得出了各因素对磨削轨迹均匀性的影响，并选取磨削轨迹致密性、均匀性最好的一组工艺参数。最后，依据抛光后工件表面质量的理论评价体系进行了正交实验验证分析，从中选取一组组合优化的工艺参数，并结合理论分析的模型验证了参数的可行性，通过实验验证了理论建模的正确性。本文采用的分析方法和得出的结论，不仅对双面研磨/抛光机实际加工、运行及工艺参数的选择具有实用价值，也为今后的研究工作提供了理论基础。关键词研磨；抛光；结构轻量化；模态分析；磨削轨迹；工艺参数哈尔滨理工大学工程硕士学位论文-II-Double-sidedgrindingpolishingmachinestructuraldesignandstudyongrindingtrajectoryAbstractWiththedevelopmentofinformationtechnology,marketdemandforsapphiresubstrates,polysiliconmono-crystallinesiliconandotherelectronicdevicesonthesubstrateisincreasing,atthesametime,whichmakehigherrequirementsonthequalityofthesurface.Double-sidedgrinding/polishingmachineisthemainequipmentofthesubstratewereultra-precisionsurfacemachining,sohowtoefficientlygetsupersmoothwithoutdamagingthesurfaceofthewaferhasbecomeahottopic.Atpresent,researchandanalysisofitsstructureandpolishingmechanismbehindthedevelopedcountries,ourpaperispreparingforanenterpriseofthesapphirewaferprocessingneeds,designingasuper-precisiondouble-sidedgrinding/polishingmachine.Firstly,conductthewholemachinestructuraltransformationanddesign.Byanalyzingthecharacteristicsofthedoublesidedgrinding/polishingmachineequipmentandtechnicalparameters,combinedwithgrinding/polishingprocessingmechanismbasedontheoriginalremovethemeasurementsonthethreedimensionalmodelingdesign;Meanwhile,thestructureintheprocessofanalysisandresearchtofindoutproblemsthatisoptimizedtoimprovesupportandoperatingconvenience.Secondly,Researchondoublesidedgrinding/polishingmachinekeypartsdynamicandstaticanalysisaswellasthestructurelightweightdesign.Simplyexpoundstheprinciplesandcharacteristicsofdynamicandstaticanalysis,selectingthemainstructureandcomponentsoftheequipmenttoresearchonthestaticanalysis.Havingaknowledgeofthedisplacementanddeformationunderthestaticdisplacementandthewholemachinevibrationfrequencyandvibrationmodeonthemodalanalysis.BasedontheWorkbenchoptimizationanalysisfunctionandthequalityofitskeycomponentsofthestructureofthelightweightoptimizationdesign.Then,accordingtothepolishingprocessoftheplanetarymotionintheformofvectormethodandthedisplacementmethod,Grindingandpolishingtrajectory哈尔滨理工大学工程硕士学位论文-III-mathematicalmodelissetup,thetrajectorysimulationbasedonMatlabsimulationanalysis,adoptingsinglefactorchoosingdifferentfactors:toothlapratio,polishingdiskrotationalspeed,workpiecelocationforthisresearch,itisconcludedthatthefactorsinfluenceongrindingtrajectoryuniformitygrindingtrackisthemostcomplexly,thebestuniformityofasetofprocessparameters.Finally,accordingtothetheoreticalanalysisoforthogonalexperimentanalysis,selectedfromasetofoptimumcombinationparameters,combinedwiththetheoreticalmodeltoanalyzethefeasibilityoftheparameters,thefeasibilityofmodelingandtheoreticalanalysisisverifiedbyexperimentresearch.Analysisandconclusionsofthispaper,notonlyhaspracticalvalueofdouble-sidedgrinding/polishingmachineactualprocessing,andselectingoperationandprocessparameters,butalsoprovidesatheoreticalbasisforfutureresearch.Keywordsgrinding;polishing;lightweightconstruction;modalanalysis;grindingtrajectory;processparameters哈尔滨理工大学工程硕士学位论文-IV-目录摘要...............................................................................................................................IAbstract..............................................................................................................................II第1章绪论......................................................................................................................11.1课题来源及