化學機械拋光墊修整器的設(shè)計

李曉春

（青島農(nóng)業(yè)大學 海都學院工程系，山東 萊陽 265200）

1 研究背景及意義

目前拋光墊修整器存在問題：①國內(nèi)研究較少，缺少相關(guān)專利；②壽命較短；③結(jié)構(gòu)不夠合理。

2 研究目的

①延長使用壽命；②提高通用化程度；③使結(jié)構(gòu)更加合理化。

3 實驗設(shè)計

（1）電動機的選擇。選用質(zhì)量輕、耐用型電機，型號為YWT200。

（2）傳動的選擇。螺旋傳動由絲杠和螺母組成，它能將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，當螺旋升角大于摩擦角時，也可將有線運動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。能用較小的轉(zhuǎn)矩獲得較大的推力，可獲得很大的傳動比，有較高的運動精度，且傳動平穩(wěn)。①絲杠的設(shè)計：螺母高度24mm，螺母旋合圈數(shù)12mm；②絲杠的校核：校核耐壓性、絲杠強度、螺牙強度、穩(wěn)定性，均通過校核。

（3）箱體的設(shè)計。修整器絲杠的支承件是箱體。箱體結(jié)構(gòu)對修整器工作性能影響很大。①箱體的選擇：由于該箱體內(nèi)需要安裝許多部件，結(jié)構(gòu)比較復雜,綜合考慮：箱體結(jié)構(gòu)為部分式，制造方式為鑄造，最小壁厚10mm。為保證箱蓋與箱座端的連接剛度，箱蓋與箱座連接處凸緣厚度要比箱壁略厚，一般取1.5倍；為保證箱體支撐的剛度，箱壁地板的厚度也應(yīng)大于箱座壁厚，一般取為2.5倍；箱體工藝性良好；設(shè)計時要減少機加工面積和更換刀具的次數(shù)，從而提高勞動生產(chǎn)率，并減少刀具磨損；②定位銷：為了保證定位精度，在箱體連接凸緣長度方向的兩端各安放一個定位銷。采用圓錐銷，直徑為箱體凸緣聯(lián)接螺栓直徑的0.7～0.8倍，長度大于箱體連接凸緣總厚度，便于裝拆；③吊耳環(huán)：吊耳環(huán)鑄在箱蓋上，用于起吊箱蓋。d為18mm，R為18mm；④吊鉤：吊鉤在箱座兩端凸緣下部直接鑄出，其寬度一般與箱壁外凸緣寬度相同。吊鉤用于起吊整臺修整器；⑤放油孔螺栓：為排凈廢油，在箱座最低處設(shè)有一放油孔；⑥起蓋螺釘：減速器各剖分面為保證其密封要求，常在裝配時涂以密封膠。在開啟時，常用附件起蓋螺釘作為輔助開啟手段。

（4）軸承的設(shè)計。①軸承的選擇：選用深溝球軸承6303，GB/T276-1994；②滾動軸承的性能計算：滾動軸承往往因疲勞、點蝕而失效，其尺寸主要取決于疲勞壽命。通過計算，所選軸承符合要求；③軸承蓋的設(shè)計：型號為HT150；④軸承座的設(shè)計：型號為H4080，JB/T2562-1991；⑤調(diào)整墊片的設(shè)計：目的是為調(diào)整軸承間隙或傳動件軸向位置。常用調(diào)整墊片有兩種：一種由若干薄軟墊片組成，通過改變墊片的數(shù)量調(diào)整；另一種是具備一系列厚度大的墊片。本設(shè)計用第二種墊片，省去經(jīng)常拆卸的麻煩。

（5）螺栓與螺釘?shù)脑O(shè)計。①螺栓的設(shè)計：螺栓數(shù)目1個，螺紋為M12；②螺釘?shù)脑O(shè)計：因需安裝導軌，選用開槽沉頭螺釘，螺釘數(shù)4個，對稱布置，螺紋直徑6mm。

（6）支架的設(shè)計。①機架的設(shè)計：機架是承受較大載荷帶的基礎(chǔ)零件，本設(shè)計采用鑄鐵材料，型號為HT200，壁厚大于10mm。再經(jīng)一定熱處理（500℃）降低內(nèi)應(yīng)力；②機架處螺栓的設(shè)計：目的是為保證工作臺水平。螺栓數(shù)4個，對稱布置，螺紋為M20。

（7）導軌的設(shè)計。導軌主要用來支承和引導運行部件。沿一定的軌跡運動并承受運動部件的重量和工作載荷。①導軌類型的選擇。本設(shè)計需要兩個導軌。一個在小電機處設(shè)計，控制小電機的左右、前后四個自由度。另一個在箱體處設(shè)計，限制運動部件轉(zhuǎn)動，保證絲杠剛度，提高運動部件運動精度。小電機處導軌：選擇燕尾形導軌。要求：結(jié)構(gòu)緊湊；摩擦阻力小。箱體處導軌：選擇矩形導軌。要求：結(jié)構(gòu)緊湊；有良好的導向精度；較大的剛度；結(jié)構(gòu)簡單；②間隙調(diào)整裝置。小電機處導軌用鑲條來調(diào)整，鑲條安置在受力較小的一側(cè)；箱體處導軌用磨、刮結(jié)合面或加墊片的方法調(diào)整；③滑動導軌比壓計算：導軌的損壞主要原因是磨損，磨損與表面比壓密切相關(guān)。隨著比壓增加，磨損量也增加。通過計算，導軌符合要求。

（8）聯(lián)軸器的選擇。選擇軸孔長度為36mm的彈性套柱銷聯(lián)軸器。

4 修整器的控制部分設(shè)計

（1）電機的正反轉(zhuǎn)電路設(shè)計。要實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)只需將接于電動機定子的三相電源線中的任意兩相對調(diào)一下即可。電機的正反運行控制線路，實質(zhì)上是兩個方向的單向運行電路的結(jié)合，并且在這兩個方向相反的單向運行電路中加設(shè)必要的聯(lián)鎖。本設(shè)計為了節(jié)省時間，提高拋光效率和質(zhì)量，選用電動機正反運行的自動控制。

（2）電動機正反運行的自動控制。自動控制的電動機正反運行電路，可按行程控制原則來設(shè)計。按行程控制原則又稱位置控制，就是利用行程開關(guān)來檢測往返位置，發(fā)出控制信號來控制電動機的正反轉(zhuǎn)，使機件往復運動。

5 結(jié)語

該拋光墊修整器選用無級調(diào)速電動機，修整轉(zhuǎn)速可調(diào)；采用限位開關(guān)控制電機，修整尺寸可調(diào)；采用了螺旋傳動和導軌，砂輪的往復運動精度提高。采用了M12螺母，控制砂輪運動，修整壓力可調(diào)；采用了燕尾槽式導軌，控制小電機自由度，砂輪運動精度提高；采用了帶螺栓機架，地面適應(yīng)性提高。獲得拋光墊的表面粗糙度和回彈率的最佳修整參數(shù)為:修整時間40～60min，修整壓力≤10kPa，修整相對轉(zhuǎn)速為180～220rpm，修整器拋光頭徑向往復速度為12mm/s。拋光墊修整器不僅提高拋光墊的利用率，節(jié)省資源，提高經(jīng)濟效益，還降低環(huán)境污染。

［1］熊偉.化學機械拋光中拋光墊的作用研究［D］.廣東：廣東工業(yè)大學，2006.

［2］杜宏偉.光電子材料擔酸鏗晶片化學機械拋光過程研究［D］.廣東：廣東工業(yè)大學，2006.

［3］張朝輝，杜永平,常秋英,等.化學機械拋光中拋光墊作用分析［J］.北京交通大學學報，2007，31（1）：18-21.

［4］郭東明，康仁科，蘇建修，等.超大規(guī)模集成電路制造中硅片平坦化技術(shù)的未來發(fā)展［J］.機械工程學報，2003，39（10）.

［5］高天安，于姝琳.一種新型砂輪修整裝置的開發(fā)與應(yīng)用［J］.制造技術(shù)與機床，2007，（9）：24-25.