CN 41-1243/TG ISSN 1006-852X

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基于微元材料去除模型的单摆抛光平面度预测

李凯旋 李军 熊光辉 吴成 于宁斌 高秀娟

李凯旋, 李军, 熊光辉, 吴成, 于宁斌, 高秀娟. 基于微元材料去除模型的单摆抛光平面度预测[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2022, 42(2): 208-215. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.0116
引用本文: 李凯旋, 李军, 熊光辉, 吴成, 于宁斌, 高秀娟. 基于微元材料去除模型的单摆抛光平面度预测[J]. 金刚石与磨料磨具工程, 2022, 42(2): 208-215. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.0116
LI Kaixuan, LI Jun, XIONG Guanghui, WU Cheng, YU Ningbin, GAO Xiujuan. Flatness prediction of single pendulum polishing based on microelement material removal model[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2022, 42(2): 208-215. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.0116
Citation: LI Kaixuan, LI Jun, XIONG Guanghui, WU Cheng, YU Ningbin, GAO Xiujuan. Flatness prediction of single pendulum polishing based on microelement material removal model[J]. Diamond & Abrasives Engineering, 2022, 42(2): 208-215. doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.0116

基于微元材料去除模型的单摆抛光平面度预测

doi: 10.13394/j.cnki.jgszz.2021.0116
基金项目: 国家自然科学基金联合基金(U20A20293);国家自然科学基金面上项目(52075318);江苏省“六大人才高峰”高层次人才项目(JXQC-010);南京航空航天大学研究生创新基地开放基金(KFJJ20200503)
详细信息
    作者简介:

    李凯旋,男,1997年生,硕士研究生。主要研究方向:精密和超精密加工。E-mail:lkx15850565923@163.com

    通讯作者:

    李军,男,1979年生,博士、教授。主要研究方向:精密超精密加工、固结磨料研磨抛光。E-mail: junli@nuaa.edu.cn

  • 中图分类号: TG580.692

Flatness prediction of single pendulum polishing based on microelement material removal model

  • 摘要: 为探究单摆参数对抛光工件平面度的影响,提出一种基于速度和压强分布耦合的抛光微元材料去除模型,以预测工件表面平面度。从单颗磨粒的材料去除出发,建立工件表面各微元单位时间内材料去除厚度模型,并将工件相对抛光垫速度和工件表面压强分布耦合代入模型;根据工件初始面形提取微元高度值,结合各微元材料去除的厚度,计算抛光后的工件表面平面度;试验验证平面度预测方法。结果表明:仿真与实际抛光后的面形的变化趋势相同,平面度PV20值绝对偏差小于12.0%,平面度预测可靠。

     

  • 图  1  单颗磨粒压入工件表面

    Figure  1.  Single grain press into workpiece surface

    图  2  抛光垫表面凸起

    Figure  2.  Surface bulge of polishing pad

    图  3  工件与抛光垫相对运动

    Figure  3.  Relative motion between workpiece and polishing pad

    图  4  绝对和运动坐标系变换示意图

    Figure  4.  Transformation diagram of absolute coordinate system and motion coordinate system

    图  5  单摆运动

    Figure  5.  Single pendulum

    图  6  三维接触模型

    Figure  6.  Three-dimensional contact model

    图  7  压强提取线Path

    Figure  7.  Pressure extraction line Path

    图  8  抛光平面度预测实例

    Figure  8.  Example of predicting polishing flatness

    图  9  单摆偏心距改变验证试验结果

    Figure  9.  Results of verification experiment by changing single pendulum eccentricity

    图  10  单摆幅度改变验证试验结果

    Figure  10.  Results of verification experiment by changing single pendulum amplitude

    图  11  单摆偏置角度改变验证试验结果

    Figure  11.  Results of verification experiment by changing single pendulum bias angle

    表  1  平面度预测工艺参数

    Table  1.   Process parameters of flatness prediction

    参数数值
    单摆幅度 / (°) 30
    单摆偏心距 e / mm 160
    单摆偏置角度 φ / (°) 0
    抛光垫转速 ω1 / (r·min−1) 25
    工件转速 ω2 / (r·min−1) 30
    单摆频率 f / (n·min−1) 11
    中心加压压强 p / kPa 15
    抛光时间 t / min 5
    下载: 导出CSV

    表  2  验证平面度变化试验的抛光参数

    Table  2.   Polishing parameters of proving flatness change test

    抛光参数组1组2组3
    单摆偏心距 e / mm 125,140,
    155,170
    155 145
    单摆幅
    度2θ / (°)
    25 15,20,
    25,30
    15
    单摆偏置角度 φ / (°) 0 0 0,4,
    8,12
    下载: 导出CSV

    表  3  验证平面度变化试验的其他抛光参数

    Table  3.   Other polishing parameters of proving flatness change test

    参数数值
    抛光垫转速 ω1 / (r·min−1) 20
    工件转速 ω2 / (r·min−1) 25
    单摆频率 f / (n·min−1) 10
    中心加压压强 p / kPa 11
    抛光时间 t / min 10
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-11-22
  • 修回日期:  2021-12-20
  • 录用日期:  2021-12-22
  • 刊出日期:  2022-05-27

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