化學機械拋光墊修整器的設計

李曉春

（青島農業(yè)大學 海都學院工程系，山東 萊陽 265200）

1 研究背景及意義

目前拋光墊修整器存在問題：①國內研究較少，缺少相關專利；②壽命較短；③結構不夠合理。

2 研究目的

①延長使用壽命；②提高通用化程度；③使結構更加合理化。

3 實驗設計

（1）電動機的選擇。選用質量輕、耐用型電機，型號為YWT200。

（2）傳動的選擇。螺旋傳動由絲杠和螺母組成，它能將旋轉運動轉變?yōu)橹本€運動，當螺旋升角大于摩擦角時，也可將有線運動轉變?yōu)樾D運動。能用較小的轉矩獲得較大的推力，可獲得很大的傳動比，有較高的運動精度，且傳動平穩(wěn)。①絲杠的設計：螺母高度24mm，螺母旋合圈數12mm；②絲杠的校核：校核耐壓性、絲杠強度、螺牙強度、穩(wěn)定性，均通過校核。

（3）箱體的設計。修整器絲杠的支承件是箱體。箱體結構對修整器工作性能影響很大。①箱體的選擇：由于該箱體內需要安裝許多部件，結構比較復雜,綜合考慮：箱體結構為部分式，制造方式為鑄造，最小壁厚10mm。為保證箱蓋與箱座端的連接剛度，箱蓋與箱座連接處凸緣厚度要比箱壁略厚，一般取1.5倍；為保證箱體支撐的剛度，箱壁地板的厚度也應大于箱座壁厚，一般取為2.5倍；箱體工藝性良好；設計時要減少機加工面積和更換刀具的次數，從而提高勞動生產率，并減少刀具磨損；②定位銷：為了保證定位精度，在箱體連接凸緣長度方向的兩端各安放一個定位銷。采用圓錐銷，直徑為箱體凸緣聯(lián)接螺栓直徑的0.7～0.8倍，長度大于箱體連接凸緣總厚度，便于裝拆；③吊耳環(huán)：吊耳環(huán)鑄在箱蓋上，用于起吊箱蓋。d為18mm，R為18mm；④吊鉤：吊鉤在箱座兩端凸緣下部直接鑄出，其寬度一般與箱壁外凸緣寬度相同。吊鉤用于起吊整臺修整器；⑤放油孔螺栓：為排凈廢油，在箱座最低處設有一放油孔；⑥起蓋螺釘：減速器各剖分面為保證其密封要求，常在裝配時涂以密封膠。在開啟時，常用附件起蓋螺釘作為輔助開啟手段。

（4）軸承的設計。①軸承的選擇：選用深溝球軸承6303，GB/T276-1994；②滾動軸承的性能計算：滾動軸承往往因疲勞、點蝕而失效，其尺寸主要取決于疲勞壽命。通過計算，所選軸承符合要求；③軸承蓋的設計：型號為HT150；④軸承座的設計：型號為H4080，JB/T2562-1991；⑤調整墊片的設計：目的是為調整軸承間隙或傳動件軸向位置。常用調整墊片有兩種：一種由若干薄軟墊片組成，通過改變墊片的數量調整；另一種是具備一系列厚度大的墊片。本設計用第二種墊片，省去經常拆卸的麻煩。

（5）螺栓與螺釘的設計。①螺栓的設計：螺栓數目1個，螺紋為M12；②螺釘的設計：因需安裝導軌，選用開槽沉頭螺釘，螺釘數4個，對稱布置，螺紋直徑6mm。

（6）支架的設計。①機架的設計：機架是承受較大載荷帶的基礎零件，本設計采用鑄鐵材料，型號為HT200，壁厚大于10mm。再經一定熱處理（500℃）降低內應力；②機架處螺栓的設計：目的是為保證工作臺水平。螺栓數4個，對稱布置，螺紋為M20。

（7）導軌的設計。導軌主要用來支承和引導運行部件。沿一定的軌跡運動并承受運動部件的重量和工作載荷。①導軌類型的選擇。本設計需要兩個導軌。一個在小電機處設計，控制小電機的左右、前后四個自由度。另一個在箱體處設計，限制運動部件轉動，保證絲杠剛度，提高運動部件運動精度。小電機處導軌：選擇燕尾形導軌。要求：結構緊湊；摩擦阻力小。箱體處導軌：選擇矩形導軌。要求：結構緊湊；有良好的導向精度；較大的剛度；結構簡單；②間隙調整裝置。小電機處導軌用鑲條來調整，鑲條安置在受力較小的一側；箱體處導軌用磨、刮結合面或加墊片的方法調整；③滑動導軌比壓計算：導軌的損壞主要原因是磨損，磨損與表面比壓密切相關。隨著比壓增加，磨損量也增加。通過計算，導軌符合要求。

（8）聯(lián)軸器的選擇。選擇軸孔長度為36mm的彈性套柱銷聯(lián)軸器。

4 修整器的控制部分設計

（1）電機的正反轉電路設計。要實現電機的正反轉只需將接于電動機定子的三相電源線中的任意兩相對調一下即可。電機的正反運行控制線路，實質上是兩個方向的單向運行電路的結合，并且在這兩個方向相反的單向運行電路中加設必要的聯(lián)鎖。本設計為了節(jié)省時間，提高拋光效率和質量，選用電動機正反運行的自動控制。

（2）電動機正反運行的自動控制。自動控制的電動機正反運行電路，可按行程控制原則來設計。按行程控制原則又稱位置控制，就是利用行程開關來檢測往返位置，發(fā)出控制信號來控制電動機的正反轉，使機件往復運動。

5 結語

該拋光墊修整器選用無級調速電動機，修整轉速可調；采用限位開關控制電機，修整尺寸可調；采用了螺旋傳動和導軌，砂輪的往復運動精度提高。采用了M12螺母，控制砂輪運動，修整壓力可調；采用了燕尾槽式導軌，控制小電機自由度，砂輪運動精度提高；采用了帶螺栓機架，地面適應性提高。獲得拋光墊的表面粗糙度和回彈率的最佳修整參數為:修整時間40～60min，修整壓力≤10kPa，修整相對轉速為180～220rpm，修整器拋光頭徑向往復速度為12mm/s。拋光墊修整器不僅提高拋光墊的利用率，節(jié)省資源，提高經濟效益，還降低環(huán)境污染。

［1］熊偉.化學機械拋光中拋光墊的作用研究［D］.廣東：廣東工業(yè)大學，2006.

［2］杜宏偉.光電子材料擔酸鏗晶片化學機械拋光過程研究［D］.廣東：廣東工業(yè)大學，2006.

［3］張朝輝，杜永平,常秋英,等.化學機械拋光中拋光墊作用分析［J］.北京交通大學學報，2007，31（1）：18-21.

［4］郭東明，康仁科，蘇建修，等.超大規(guī)模集成電路制造中硅片平坦化技術的未來發(fā)展［J］.機械工程學報，2003，39（10）.

［5］高天安，于姝琳.一種新型砂輪修整裝置的開發(fā)與應用［J］.制造技術與機床，2007，（9）：24-25.