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基于虚拟样机技术的硅片磨床进给系统机电协同仿真

作　者: 黄金伟
导　师: 康仁科
学　校: 大连理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 硅片磨床 进给系统 联合仿真 PID参数 运动性能分析
分类号: TG580.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 135次
引　用: 3次
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内容摘要


硅片是目前制造集成电路芯片中重要的衬底材料。在IC芯片制程中,超精密磨削技术主要用于硅片制备中的平整化加工和后道制程中的硅片背面减薄加工。随着IC芯片不断向高集成化和高性能化方向的发展,在获得超光滑无损伤的表面质量且兼顾磨削效率方面,给超精密硅片磨床提出了新的挑战。超精密进给系统是硅片磨床中的关键部件,是一种具有复杂结构的机电产品。为提高硅片磨床的加工性能和运动精度,其进给系统必须具有良好的结构静、动态性能。本文综合运用虚拟样机、有限元分析和机电协同仿真等技术对进给系统的动态性能进行分析。论文的主要研究的内容如下：1.介绍了硅片磨床的研究现状,进给系统的性能要求以及虚拟样机技术和机电协同仿真技术的研究现状与发展趋势。2.分析了硅片磨床进给系统的结构特点,确定了进给系统的结构方案；应用工程设计软件Pro/Engineer,建立了硅片磨床进给系统的三维模型；提出了硅片磨床进给系统的超精密定位和速度控制方案；提出了以虚拟样机技术和运动控制仿真为核心的技术路线和研究方案。3.应用有限元分析软件ANSYS分析了关键零件滚珠丝杠的模态；在虚拟样机软件ADAMS中建立了刚柔耦合的进给系统模型,分析了进给系统的运动学特性。4.综合考虑了丝杠柔性化和接触刚度阻尼对系统振动性能的影响,计算了丝杠螺母的接触刚度、导轨滑块的接触刚度和丝杠轴承的接触刚度等；分析了磨床进给系统的受迫振动情况和受迫激振源,利用ADAMS/Vibration模块对进给系统的刚柔耦合模型进行了振动分析,获得了系统模态分布及砂轮的频响函数。5.设计了基于ADAMS和MATLAB/Simulink的机电协同仿真方案,建立了进给系统控制环节的数学模型,推导了各环节的传递函数模型,创建了进给伺服系统的机电协同仿真模型,并通过响应波形对控制系统的PID参数进行整定；对进给系统的低速进给工况进行了仿真分析,验证了设计方案的可行性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-18
  1.1 硅片磨床的研究现状  9-10
  1.2 硅片磨床进给系统的结构特点与性能要求  10-11
  1.3 硅片磨床进给系统的性能要求  11
  1.4 虚拟样机仿真技术及应用  11-15
    1.4.1 传统模式与现代模式的产品开发过程  12-13
    1.4.2 数字化虚拟样机技术应用现状  13-14
    1.4.3 机电协同仿真技术的现状  14-15
  1.5 课题背景及意义  15-16
  1.6 本论文主要研究内容  16-18
2 硅片磨床进给系统刚柔耦合模型  18-41
  2.1 多体动力学  18-19
    2.1.1 多刚体系统动力学  18-19
    2.1.2 多柔体系统动力学  19
  2.2 虚拟样机刚柔耦合模型  19-23
    2.2.1 多刚体模型创建工具及流程  19-20
    2.2.2 柔性体模型创建工具及流程  20-22
    2.2.3 刚柔耦合模型创建流程  22-23
  2.3 硅片磨床进给系统的结构组成  23-25
    2.3.1 硅片磨床进给系统工作原理  23-24
    2.3.2 硅片磨床进给系统的设计性能参数  24-25
  2.4 硅片磨床进给系统刚柔耦合模型的创建  25-40
    2.4.1 硅片磨床进给系统三维模型的创建  25-26
    2.4.2 刚性进给系统的模型  26-32
    2.4.3 细长件丝杠的有限元模态分析  32-36
    2.4.4 刚柔耦合的进给系统的模型  36-37
    2.4.5 模型仿真结果  37-40
  2.5 本章小结  40-41
3 基于Adams的硅片磨床进给系统振动分析  41-56
  3.1 振动分析简介与流程  41-44
    3.1.1 机床的振动  41
    3.1.2 硅片磨床进给系统的振源  41-42
    3.1.3 振动分析基础  42-44
  3.2 硅片磨床进给系统振动模型的创建  44-47
    3.2.1 ADAMS振动分析流程  44-45
    3.2.2 进给系统振动模型  45-47
    3.2.3 进给系统振动模型输入和输出通道的定义  47
  3.3 硅片磨床进给系统振动仿真及分析  47-55
  3.4 本章小结  55-56
4 超精密进给系统的机电协同仿真  56-79
  4.1 Adams/Simulink联合仿真技术  56-59
    4.1.1 MATLAB/Simulink概述  57-58
    4.1.2 ADAMS/MATLAB接口原理与设计  58-59
  4.2 硅片磨床进给伺服驱动系统  59-66
    4.2.1 伺服驱动系统的结构组成  59-60
    4.2.2 永磁交流同步伺服电机数学模型  60-63
    4.2.3 伺服控制环节传递函数  63-66
  4.3 机电协同仿真  66-78
    4.3.1 ADAMS机械传动输出至MATLAB/Simulink  66-67
    4.3.2 MATLAB/Simulink中创建模型  67-68
    4.3.3 基于阶跃响应的PID参数整定  68-75
    4.3.4 低速进给的机电协同仿真分析  75-78
  4.4 本章小结  78-79
5 总结与展望  79-81
  5.1 全文工作总结  79-80
  5.2 不足与展望  80-81
参考文献  81-84
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  84-85
致谢  85-87

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 磨削加工与磨床 > 一般性问题 > 磨床设计、制造与维修 > 结构
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