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基于虚拟样机技术的GXBPJ-70下摆式抛光机研究

作　者: 严波
导　师: 刘剑雄
学　校: 昆明理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 抛光机化学机械抛光虚拟样机建模仿真优化
分类号: TG580.692
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 38次
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内容摘要

超精密抛光技术作为制造业发展的标志之一,己深入到了航空航天、军事、集成电路、民用设备等诸多领域。随着光电子技术的发展,光学材料元件在行业中的作用越来越重要,利用光学材料制作超精密元器件的需求与日俱增。这类元器件不仅需要极高的精度和极低的表面粗糙度,还要求无次表面损伤。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。因此,研究抛光机理和机构,开发稳定性好、加工精度高的抛光机是非常必要的。本文介绍了虚拟制造的一些基本原理,并将虚拟样机技术引用于下摆式抛光机的研究开发中,分析了抛光机的工作原理、传动原理及待改进的问题,建立了抛光过程的数学模型,分析了抛光应力区的分布,得出了抛光机运动参数与CMP抛光材料去除率之间的关系；完成了下摆式抛光机数字化实体建模、虚拟装配、干涉检查、运动仿真及零部件强度、刚度、稳定性等的分析,从而获取大量实验室无法获取的抛光过程内在信息,并为后续的仿真分析奠定坚实的基础；利用ANSYS软件对设备进行了动态特性分析,分析预测了设备所具有的一些力学特性,为设计提供了理论依据；发现了虚拟设计制造上的缺陷,通过改进结构达到了优化设备的目的。总之,本文采用虚拟样机技术对下摆式抛光机所进行的探索性研究是可行的,它为下摆式抛光机的进一步研究开发提供了一定的依据、方法和可供借鉴的经验。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-23
  1.1 概述  9-10
  1.2 超精密加工技术及其发展现状  10
  1.3 光学材料的应用及其超精密加工方法  10-11
  1.4 光学材料超精密抛光技术概论  11-16
    1.4.1 常见的超精密抛光方法  12-13
    1.4.2 化学机械抛光机理  13
    1.4.3 影响化学机械抛光的因素  13-16
  1.5 超精密CMP及设备研究现状  16-20
    1.5.1 CMP研究现状  16-18
    1.5.2 超精密CMP设备发展现状  18-20
    1.5.3 存在的问题  20
  1.6 课题的提出及主要研究工作  20-23
    1.6.1 论文研究的背景及意义  20-21
    1.6.2 论文采取的总体研究方案及研究目标  21
    1.6.3 论文的主要研究内容  21-23
第二章下摆式抛光机虚拟设计方案及研究策略  23-29
  2.1 下摆式CMP抛光机总体方案设计  23-25
    2.1.1 下摆式CMP抛光机总体结构  23-24
    2.1.2 下摆式CMP抛光机工作原理  24-25
  2.2 下摆式CMP抛光机虚拟仿真方案  25-28
    2.2.1 研究工作的理论假设  25
    2.2.2 研究工作的软件支撑平台  25-27
    2.2.3 技术路线  27-28
  2.3 本章小结  28-29
第三章抛光过程中应力场及数学模型分析  29-45
  3.1 抛光区应力场分析  29-38
    3.1.1 引言  29
    3.1.2 单颗粒磨粒切削光学材料的磨屑形成过程  29-31
    3.1.3 多磨粒磨削光学材料的磨屑形成过程  31-32
    3.1.4 磨粒作用材料表面应力分析  32-38
    3.1.5 分析结果  38
  3.2 抛光过程的数学模型分析  38-44
    3.2.1 Preston方程  39
    3.2.2 抛光机的材料去除方程  39-41
    3.2.3 材料去除的数值分析  41-44
  3.3 本章小结  44-45
第四章下摆式抛光机的虚拟设计  45-59
  4.1 概述  45
  4.2 虚拟制造技术的内涵与分类  45-48
    4.2.1 虚拟制造技术的定义  45-46
    4.2.2 虚拟制造与实际制造的关系  46-47
    4.2.3 虚拟制造技术的分类  47-48
    4.2.4 虚拟样机技术  48
  4.3 我国VM技术发展现状  48-49
  4.4 我国VM技术发展存在的不足  49-50
  4.5 下摆式抛光机的虚拟设计  50-57
    4.5.1 机械部分设计  50-53
    4.5.2 电控系统及供液系统设计  53
    4.5.3 空间设计及零部件对称化设计  53-57
  4.6 本章小结  57-59
第五章下摆式抛光机的动态特性研究及优化  59-73
  5.1 静动态特性分析研究内容  59-60
    5.1.1 静态特性研究内容  59
    5.1.2 动态特性研究内容  59-60
  5.2 模态分析理论  60-66
    5.2.1 模态分析方法  60
    5.2.2 多自由振动系统微分方程  60-63
    5.2.3 多自由度振动系统的计算机解法  63-66
  5.3 有限元法  66-68
    5.3.1 有限元法的基本思想及其应用  67
    5.3.2 有限元法分析步骤  67-68
  5.4 ANSYS模态分析  68-70
    5.4.1 有限元模型的建立  68
    5.4.2 边界条件的确定  68
    5.4.3 模态分析结果  68-70
    5.4.4 分析结果讨论  70
  5.5 机架的优化  70-72
  5.6 本章小结  72-73
第六章总结与展望  73-75
  6.1 本论文工作总结  73
  6.2 有待进一步解决的关键技术问题  73-74
  6.3 研究展望  74-75
参考文献  75-83
致谢  83-84
附录A 攻读硕士学位期间公开发表的学术论文目录  84-85
附录B 攻读硕士学位期间完成的科研工作  85-86
附录C GXBPJ-70抛光机加工件及标准件明细表  86-90

基于虚拟样机技术的GXBPJ-70下摆式抛光机研究

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