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（節(jié)距），B組，（偏航）和Z -（料）軸。這是一個具有獨特的保持工件平整度功能的機器，它減少和亞表面損傷工件表面光潔度并且提高了磨削力。這扭曲影響磨削主軸workhead路線，而當時生產非平坦表面。按照常規(guī)機械通過機械調整對齊和依靠力量和撓度一般可以均衡。然而，如果在這臺機器的工藝條件變化時，將會自動校準補償。這可以通過優(yōu)化以適應材料和車輪條件在控制系統(tǒng)軟件的變化。 如圖4..所示為Z軸伺服控制功能框圖 超精密磨床641工作面 圖2. 面對磨床 圖3. 軸的名稱 圖4 Z軸功能框圖 4.2 砂輪 粗加工和精加工的車輪是通過對一個軸的專利系統(tǒng)同心安裝,其中包括一前進/收回機制的粗加工輪，如圖5.所示 。 為了最大限度地組成生產量， 將運用第一輪來獲得高的材料去除率。進行細粒度砂輪整理，然后用獲得成品尺寸和表面完整性。 圖5單軸雙滾輪系統(tǒng) 4.3 檢測砂輪聯(lián)系 聲波放射（AE）傳感器用于建立初始 砂輪之間的接觸和組件。由于建立第一個接觸到非常精細的限制的重要性，當完成磨削，環(huán)傳感器是用于workhead 和磨削主軸。這些都非常敏感，在主軸的正對面，靠近信號源。對機砂輪修整裝置主軸也是以使聲波放射傳感器“觸摸衣”磨輪。 4.4 磨削力自動測量 通過磨削力測量傳感器內放置力循環(huán)以遠離外部力量，例如絲杠螺母，及其相關的摩擦。測量研磨力度給出了砂輪磨損很好的體現(xiàn)。 4.5 測量砂輪磨損以及構件厚度 砂輪磨損監(jiān)測組件一起的厚度。一個特別設計的鐵砧和LVDT探頭集會用來衡量組成部分的厚度。這是所做的最初基準到鐵砧和探針的多孔陶瓷真空吸盤面臨哪些組件是固定的。 在測量元件厚度時，砧是在同一滑道為探針，接觸卡盤基準與LVDT的探頭使得與面對面接觸組成部分，從而使一厚度測量。磨削車輪磨損，可讀出的位置 Z軸以及與這夾頭面對基準的地位并且熱增長是衡量渦流探頭對安裝在工作砂輪和磨削主軸。任何增長都會由自動補償調整相對兩錠的位置。 4.6 輔助功能 本機還具有對機械零件和設施夾頭清洗也是從workhead主軸上自控裝卸能力來進行自動加載和卸載部件。 5 機器調試 機器的服務包括空氣供給、研磨液供應和電機冷卻供給以及三相電供給?？諝庥梢粋€高性能的供應空調系統(tǒng),它提供清潔干燥的空氣在13條超過5000 l min-1。內面磨床耗氣量約為二零零零升每分鐘，其余為各種空氣凈化和清洗系統(tǒng)。這個超精密空氣軸承運行所需要求空氣過濾和零下40攝氏度的溫度。循環(huán)冷卻水的供應是由壓力泵提供的。 由循環(huán)水冷卻供應。這是泵45條在流率達100磅min/1。冷卻劑是分配給各冷卻液噴嘴單個控制下,機械加工的要求。用于冷卻收集,然后送入主要冷卻水箱,通過一個未燃盡的泵。有些水性碎片(工件和砂輪的殘留)解決下,其余的是在這里拆卸過濾到不同的階段。 服務提供過程中需要一種控制流體分布,連同適當?shù)陌踩?lián)鎖和監(jiān)控系統(tǒng)。 5.1 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)分兩部分,基于一個行業(yè)標準可編程序控制器(PLC)和精密數(shù)控系統(tǒng)。機器的I / O在一個分布式系統(tǒng)伺服器里。雙絞信號電纜控制了一個光纖環(huán)。采用的PLC程序需要小修改調試,大部分調試集中在進一步發(fā)展的數(shù)控程序中,特別是磨感應,打磨維修及研磨作業(yè)。 5.2 機器研磨前準備 在研磨作業(yè)中評估系統(tǒng)能力的重要參數(shù)： 　　1.機器的系列 　　2.平衡的主軸 　　3.車輪的條件 　　4.冷卻劑的應用 　　5.控制機器的運動 　這是解決對磨削表面粗糙度最主要的因素。 5.3 機器運行路線 在機床制造商已經對大多數(shù)機器系列進行了精確計量檢定，這些是已經證實的。然而,臨界對齊數(shù)據(對齊軸和磨輪主軸軸心)已經丟失,自從磨輪主軸被刪除后,這臺機器已經被搬離精密工程實驗室。這個對齊數(shù)據必須重新利用微型車，用電渦流探測器(測量范圍廣大約6微米)安裝在磨輪主軸的面罩上。一個特殊目的是，把對齊的工作軸裝在跳面板上。測量距離變化的探針從功能上調整,這兩個軸連接的紡錘都獨立的旋轉,允許角對齊的兩錠軸,采用最小二乘法利用多參數(shù)診斷法。 圖6 磨床主軸受橫向外力的時振幅 圖7磨床主軸受縱向外力時的振幅 5.4 車輪平衡 本機配置使這個磨輪主軸自動平衡。這包括使機器適應自動選擇磨輪。對這個磨輪主軸進行分割,包括兩個同心圓粗糙度和細粒度、讓粗糙的輪子有稍大點的直徑。粗輪子可以自動選擇平行滑動的主軸軸心,在空中由活塞控制,包括兩聯(lián)軸器。這兩種結構,用粗、細輪選中,在稍微不同的失衡的時刻,通過自動平衡來補償。 圖6和圖7數(shù)據顯示的是振幅和相位發(fā)生反應平衡(位移）傳感器在水平方向,位于磨輪主軸的軸頸,沿X軸顯示,包括位移磨輪主軸轉動速率。在Y軸代表了當時實際峰峰值位移和研磨主軸的轉速。獲得這些數(shù)據后，機床可以自動調整主軸平衡。在1200轉左右（或20赫茲）時可以看到機床有一個很強有力的共振響應。圖8振幅的反應平衡，在位移傳感器的垂直方向，完全沒有了共振峰。隨后的數(shù)據顯示，該共振源是在“B”傾斜砂輪軸上（垂直軸），如圖3所示，這只是一個水平方向的傳感器。這個圖說明車輪平衡也是至關重要的。 圖8 磨床主軸垂直方向的平衡力的振幅 圖9調整主軸受橫向平衡力的振幅 圖9所示的是水平的響應,主軸精細的平衡。在轉速達到4000轉（或者67赫茲）是，在水平方向同樣有一個明顯的振動。這個主軸安裝在X軸上，而振動也發(fā)生在X軸上。再一次說明這是源于運動系統(tǒng)驅動方向。雖然修正了主軸的外觀，但是對于磨削主軸平衡性能來說還是有一定得影響。平衡運動要將一個小規(guī)模的循環(huán)對應砂輪,而這也就會反過來影響研磨質量。 5.5 車輪條件 這臺機器上，輪子的形式是通過整形傳授操作的，條件是保持車輪的狀態(tài)，通過以后的敷料，在修整業(yè)務之間的操作相對較少。 5.6 冷卻劑的應用 把相當大的力集中對準冷卻液噴嘴，是為了提供足夠的冷卻劑進入磨削界面。在這里，磨削弧的接觸是那么長，大約在200毫米一個200毫米晶圓，這是個特別重要的地方。 5.7 運動控制 通過新磨例程和復雜的運動剖面，來制定磨削。一個完整的周期包括晶圓研磨粗略的初步研磨，由每個研磨階段研磨完成后，工作和磨削主軸被設置為旋轉，然后應，冷卻液。磨削主軸在檢測工作結束后，迅速進入到聲發(fā)射傳感器觸摸。然后迅速減速，此外主軸，在三個階段，保持較低的進給速度。最后，經過一住（火花出）時，磨削主軸收回。 這種材料的加工序列很復雜，同時促使運動的A和B軸傾斜。完全平面磨削下，跌可能會導致的結果是非平面研磨。為了實現(xiàn)在完成平面的表面上看來，小角度之間必須是主軸的第一次接觸軸，而且這個角度在逐漸減少到零（名義上）。進一步修改議案的進料來實行這三個點測量結果，其中監(jiān)視器，在進程中，高靜磨削力會撓度本機。該測量儀測量，要求整個研磨過程修改主軸之間的角度。 6 初步磨削試驗 初步磨削試驗是在單晶硅上進行的，使用直徑為200毫米的圓片。初步磨削試驗中所用的參數(shù)是依據大范圍的硅磨削研究實驗而選定的。車輪速度是依據所產生的機械共振最小而選定的（如圖6和9所示），即砂輪轉速2000轉每分，修整輪轉速5100轉每分，同時仍保持足夠的磨削效率。對于粗磨而言，總磨削深度的要求是根據消除晶片上任何沖濺的需要而設定的，而對于修整而言，則是根據消除在粗磨過程中產生的亞表面損傷的需要而設定的。相對修整輪速也相應設定，以便避免一個非整數(shù)比。修整，粗磨和精磨的參數(shù)如表1-3所示。 一個輪廓形式跟蹤表明，在粗磨操作中獲得的的表面粗糙度約200納米。其他測量表明亞表面損傷深度約5微米，正是這種亞表面損傷深度支配著精磨操作的加工磨削量的總額。 在這些初步加工試驗中，表面加工完成后晶片表面的外觀十分好（圖10）。非常微弱的“殘影”弧形線條是可辨別的，盡管它們在輪廓追蹤中不明顯，在照片中也不可見。 然而，他們所做的顯示了一種循環(huán)模式，這是砂輪旋轉速度和工件的旋轉率的一種結果，即它們的結果是任何一次失衡都會擴大磨輪主軸的影響。在磨削的過程中，外觀的保養(yǎng)是通過最大限度的增大晶圓旋轉速率來優(yōu)化的，即使這會稍微加重所測量的表面的粗糙度。以上所表了一種妥協(xié)；使用現(xiàn)在的配置和工具，最好的表面粗糙度大約是10納米Ra，它能夠在非常低的工件旋轉率( 1 rpm)條件下獲得，即使這樣做會使外觀的保養(yǎng)更糟糕，這都是因為要突出外觀的循環(huán)模式。 圖10 200毫米晶圓的表面 - 15納米RA。 超精密磨床645工作面 表1.修整參數(shù) 修整輪型鍍輪 ZD107N200g 修整輪直徑 180 mm 修整輪轉速 5100 RPM (48.05 m s_1) 供給速度為 40 微米每秒 首先磨削進給速度 5 微米每秒 第二磨削進給速度 0.3微米每秒 共有加工深度 20微米 砂輪轉速 2000 rpm 表2 粗磨參數(shù) 輪式46米樹脂 VD46-C75-B117 車輪直徑 370 mm 輪速 2000 rpm (38.75微米每秒) 進給速度 150微米每秒 首先磨削進給速度 2微米每秒 第二磨削進給速度 1微米每秒 第三磨削進給速度 0.5微米每秒 共有加工深度 15微米 工作速度 10 rpm 表3 精細研磨參數(shù) 輪式6 / 12，樹脂結合劑 AD6/12-C75-B118 車輪直徑 305 mm 輪速 1800 rpm (28.75微米每秒 進給速度 80微米每秒 第一磨削進給速度 1微米每秒_1 第二磨削進給速度 0.2微米每秒_1 第三磨削進給速度 0.05微米每秒1 共有加工深度 8微米每秒 工作速度 200 rpm 7 機器的評估 晶圓端面磨床產生了一些令人印象深刻的結果，由于該方案的時間短，進程的發(fā)展很有限。 8 方案的研究 這臺機器目前正在克蘭菲爾德大學精密工程實驗室進行最后的調試，包括下面列出的一些方案的研究，已確定這將有利于從研磨機直接加工的可行性。 8.1 微加工與壓電陶瓷 例如鉛壓電陶瓷的鋯基鈦酸系統(tǒng)提所供的能力，和高精度高剛度能力所產生的耦合運動高力。 8.2 監(jiān)測過程中磨削表面的完整性 這項計劃的目的是優(yōu)化磨削參數(shù)材料而使切除率最大化，同時為了確保韌性材料去除機制占主導地位。 8.3 高效精密磨削的硬質合金 這些材料中加工最困難的是硬質合金，它是需要一種特殊的耐磨性和韌性的結合工具來加工。 9 結論 先進材料和元器件廣泛的應用提高了一個先進的機械工具的廣泛可用性，機器的過程監(jiān)控和自動監(jiān)控功能將優(yōu)化工藝開發(fā)模型。 參考資料 1. 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Impey, “Ductile mode machining of commercial PZT ceramics”, Annals of the CIRP 48 (1), pp. 43–440, 1998. 10. G. F. Archer and D. J. Stephenson, “Surfacing of twin-screw extruder barrels”, Surface Engineering, 10(4), p. 221, 1994. 11. Metals Handbook, Volume 16, Machining, ASM, 1989. 12. A. P. V. Baker, private communication. 13. M. C. Shaw, Principles of Abrasive Processing, Oxford University Press, New York. 1996. 共 14 頁 第 14 頁