化学机械抛光垫修整器的设计

李晓春

（青岛农业大学 海都学院工程系，山东 莱阳 265200）

1 研究背景及意义

目前抛光垫修整器存在问题：①国内研究较少，缺少相关专利；②寿命较短；③结构不够合理。

2 研究目的

①延长使用寿命；②提高通用化程度；③使结构更加合理化。

3 实验设计

（1）电动机的选择。选用质量轻、耐用型电机，型号为YWT200。

（2）传动的选择。螺旋传动由丝杠和螺母组成，它能将旋转运动转变为直线运动，当螺旋升角大于摩擦角时，也可将有线运动转变为旋转运动。能用较小的转矩获得较大的推力，可获得很大的传动比，有较高的运动精度，且传动平稳。①丝杠的设计：螺母高度24mm，螺母旋合圈数12mm；②丝杠的校核：校核耐压性、丝杠强度、螺牙强度、稳定性，均通过校核。

（3）箱体的设计。修整器丝杠的支承件是箱体。箱体结构对修整器工作性能影响很大。①箱体的选择：由于该箱体内需要安装许多部件，结构比较复杂,综合考虑：箱体结构为部分式，制造方式为铸造，最小壁厚10mm。为保证箱盖与箱座端的连接刚度，箱盖与箱座连接处凸缘厚度要比箱壁略厚，一般取1.5倍；为保证箱体支撑的刚度，箱壁地板的厚度也应大于箱座壁厚，一般取为2.5倍；箱体工艺性良好；设计时要减少机加工面积和更换刀具的次数，从而提高劳动生产率，并减少刀具磨损；②定位销：为了保证定位精度，在箱体连接凸缘长度方向的两端各安放一个定位销。采用圆锥销，直径为箱体凸缘联接螺栓直径的0.7～0.8倍，长度大于箱体连接凸缘总厚度，便于装拆；③吊耳环：吊耳环铸在箱盖上，用于起吊箱盖。d为18mm，R为18mm；④吊钩：吊钩在箱座两端凸缘下部直接铸出，其宽度一般与箱壁外凸缘宽度相同。吊钩用于起吊整台修整器；⑤放油孔螺栓：为排净废油，在箱座最低处设有一放油孔；⑥起盖螺钉：减速器各剖分面为保证其密封要求，常在装配时涂以密封胶。在开启时，常用附件起盖螺钉作为辅助开启手段。

（4）轴承的设计。①轴承的选择：选用深沟球轴承6303，GB/T276-1994；②滚动轴承的性能计算：滚动轴承往往因疲劳、点蚀而失效，其尺寸主要取决于疲劳寿命。通过计算，所选轴承符合要求；③轴承盖的设计：型号为HT150；④轴承座的设计：型号为H4080，JB/T2562-1991；⑤调整垫片的设计：目的是为调整轴承间隙或传动件轴向位置。常用调整垫片有两种：一种由若干薄软垫片组成，通过改变垫片的数量调整；另一种是具备一系列厚度大的垫片。本设计用第二种垫片，省去经常拆卸的麻烦。

（5）螺栓与螺钉的设计。①螺栓的设计：螺栓数目1个，螺纹为M12；②螺钉的设计：因需安装导轨，选用开槽沉头螺钉，螺钉数4个，对称布置，螺纹直径6mm。

（6）支架的设计。①机架的设计：机架是承受较大载荷带的基础零件，本设计采用铸铁材料，型号为HT200，壁厚大于10mm。再经一定热处理（500℃）降低内应力；②机架处螺栓的设计：目的是为保证工作台水平。螺栓数4个，对称布置，螺纹为M20。

（7）导轨的设计。导轨主要用来支承和引导运行部件。沿一定的轨迹运动并承受运动部件的重量和工作载荷。①导轨类型的选择。本设计需要两个导轨。一个在小电机处设计，控制小电机的左右、前后四个自由度。另一个在箱体处设计，限制运动部件转动，保证丝杠刚度，提高运动部件运动精度。小电机处导轨：选择燕尾形导轨。要求：结构紧凑；摩擦阻力小。箱体处导轨：选择矩形导轨。要求：结构紧凑；有良好的导向精度；较大的刚度；结构简单；②间隙调整装置。小电机处导轨用镶条来调整，镶条安置在受力较小的一侧；箱体处导轨用磨、刮结合面或加垫片的方法调整；③滑动导轨比压计算：导轨的损坏主要原因是磨损，磨损与表面比压密切相关。随着比压增加，磨损量也增加。通过计算，导轨符合要求。

（8）联轴器的选择。选择轴孔长度为36mm的弹性套柱销联轴器。

4 修整器的控制部分设计

（1）电机的正反转电路设计。要实现电机的正反转只需将接于电动机定子的三相电源线中的任意两相对调一下即可。电机的正反运行控制线路，实质上是两个方向的单向运行电路的结合，并且在这两个方向相反的单向运行电路中加设必要的联锁。本设计为了节省时间，提高抛光效率和质量，选用电动机正反运行的自动控制。

（2）电动机正反运行的自动控制。自动控制的电动机正反运行电路，可按行程控制原则来设计。按行程控制原则又称位置控制，就是利用行程开关来检测往返位置，发出控制信号来控制电动机的正反转，使机件往复运动。

5 结语

该抛光垫修整器选用无级调速电动机，修整转速可调；采用限位开关控制电机，修整尺寸可调；采用了螺旋传动和导轨，砂轮的往复运动精度提高。采用了M12螺母，控制砂轮运动，修整压力可调；采用了燕尾槽式导轨，控制小电机自由度，砂轮运动精度提高；采用了带螺栓机架，地面适应性提高。获得抛光垫的表面粗糙度和回弹率的最佳修整参数为:修整时间40～60min，修整压力≤10kPa，修整相对转速为180～220rpm，修整器抛光头径向往复速度为12mm/s。抛光垫修整器不仅提高抛光垫的利用率，节省资源，提高经济效益，还降低环境污染。

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