平面抛光中磨粒运动轨迹仿真研究1.pdf

专题报导

平面抛光中磨粒运动轨迹仿真研究

!沈晓安
浙江工业大学浙西分校浙江衢州"!4###

摘要+对修整环形抛光机平面抛光过程进行了运动分析，给出了抛光垫上某一点相对于试件的速度矢量与轨迹方
程。通过对相对速度的讨论发现，当抛光垫与试件具有相同的角速度时，有利于试件平面度的提高。详细讨论了抛光垫上
不同位置点的相对轨迹，这些轨迹可以视为试件表面形成的划痕。重点描述了开螺旋槽的抛光垫对试件平面度的影响，提
出用偏心保持架装置替代目前的同心保持架装置，有利于试件平面度提高。实验结果与理论分析相符。
关键词：磨粒轨迹方程偏心保持架平面度
中图分类号：,-’’".!；,/(%#.01!文献标识码：2文章编号：’###3411%5!##16#(3##’03#"

如图所示为修整环形抛光机原理简图，其独特之
’!$!)A")3!*A"*5’6
处在于，一方面修整环充当工件夹具驱动试件回转，另当时，式（）可写成
!)$!*$!’
一方面充当抛光垫的修整装置实现抛光垫的在线修
!$!A5")3"*6$!,#5!6
整。加工时将工件粘贴于基片上，被抛光面向下置于修式中：#为由%点到%@点的位移矢量，其大小与方向
整环载物孔内，调整基片上的配重用于调节加工压力。均为恒定值。
修整环在保持架的支撑下绕其中心旋转，工件即在抛由式5!6不难看出当抛光垫与试件的角速度相等
光垫与修整环的共同作用下绕自身轴线回转。时，在任一时刻抛光垫上任一点与试件的相对速度均
相同，相对速度矢量的大小与时间无关，方向则随时间
运动分析
!的变化而均匀变化，也就是说整个试件表面被无方向
’.’相对运动速度方程地均匀去除。
在双轴式抛光机的俯视图上建立笛卡儿坐标系如B:CD&E88F<GHI(J等对F型硼渗透硅片的KLF工
图所示，抛光垫与试件的角速度分别为、。绝对（
!!)!*艺参数试件M抛光垫转速、加工载荷、抛光液注入速
坐标系固联于抛光垫上，相对坐标系固联于试件上。抛度等）进行了研究，发现当抛光垫与试件的转速比在’
光垫上定点距抛光垫旋转中心点为，距试件
#%))到!之间时，抛光效率最高且试件的平面度最好，因而
旋转中心为点。试件上与点重合的一点为
%@)*##@强调有必要设计抛光垫转速与试件转速相等或抛光垫
点，则转速两倍于试件转速的加工设备。
抛光液#
砝码
斜砝码基片点与#@’.!相对轨迹
试件点的相抛光垫上定点#相对于试件的运动轨迹可描述
修整环
对速度成：
即（）（）
+#@!@$))98;!)-3"3!*-3$98;!*-
点的抛{（）（）
.@$3));NC!)-3"3!*/$;NC!*-
滚轮抛光垫光速度，或
修整环保持架修整环即：!!!!
)*$!@O.@$))O$3!))$98;5!)-3"65"6
载物孔
磨粒’(#
’!)789:;
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抛光垫
(#
*’(
#)<?
#)
&(&&(#
%*%(
!$&’##;<=)7>
试件&’(#
图修整环形抛光机原理图
&’&’###’##!##

图平面抛光运动关系简图&图"当!#$%#、"$"时#点的相对轨迹
收稿日期：!##%年’#月&!

!"!""#$%机械制造!"卷第#$"期
专题报导

当时，式（）可写成如下形式：
!!""#

#!$$)"
!$"%"&’(*+,
%
式中：表示时间时，与轴的夹角；为抛光
"$"-!!%#
垫对试件的转速比。当#为自然数时式*+,即为“玫瑰
线”方程。

!仿真

假定&"./-，!"/-，抛光垫转速为/-012’(，初
始时刻点在绝对坐标系中的横坐标为，对转速比
’(-
（抛光垫相对于试件）、’点的起始位置对相对轨迹的
影响情况进行仿真。
%3.转速比
显然，当#为自然数时，试件旋转一周，抛光垫上
的’点将穿越试件#次。
图显示的是当、时点的相对轨
#(-"4-#"#’
%,当使用表面开螺旋槽的抛光垫时，假定凸峰的
迹。当#为自然数的倒数时情况似乎要复杂得多。
宽度无限小*图58,，且螺旋线上一点对试件的相对轨
点起始位置的横坐标
%3%’(-
迹是一条直线*图59,。考虑一种简单的情况，试件的垂
如上所述，当，即
!!"")&*!".--(-"453/直轴线与螺旋线相切，而水平轴线与螺旋线垂直。试件
时，相对轨迹即为“玫瑰线”，如图所示。由式（）可以
+#被个圆分成个区域、、，由动力学分析和仿真结
##,.,%,#
看出，相对轨迹将随或的变化而变化，如图所
!!(-/果得知，点的作用区域为，点的作用区域
.*.7,,.%*%7,
示，或的增大使“花瓣”膨胀，而“花心”的面积就
!!(-为，点的作用区域为，因而距试
,.:,%#*#7,,.:,%:,#
会缩小。
件中心越远被去除的材料就越多*图5;,，因此试件的
点起始相位
%3#’"平