一種集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例公開了一種集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置及方法，通過調(diào)節(jié)柔性拋光墊剛度實現(xiàn)工件雙面粗拋光到精拋光的全過程，并解決傳統(tǒng)加工過程中工件不同位置與拋光墊之間的相對速度不一致而造成工件加工不均勻的問題。本發(fā)明實施例中一種集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置，包括：所述可變剛度集群磁控拋光墊發(fā)生機構(gòu)包括對稱設(shè)置的第一磁場發(fā)生塊和第二磁場發(fā)生塊；所述第一磁場發(fā)生塊和第二磁場發(fā)生塊均包括：殼體、偏擺主軸、偏心凸輪軸、磁鐵安裝座、永磁鐵和電機；所述工件快速裝夾機構(gòu)包括工作槽、夾板、連桿、鉸板、固定鉸、方形磁鐵、電工軟鐵塊、圓環(huán)形鑄鐵和條形永磁鐵；所述工件運動驅(qū)動機構(gòu)包括支撐塊、橫梁、水平直線電機、垂直梁和垂直直線電機。
【專利說明】
一種集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置及方法，特別適合于光電子/微電子半導體基片及光學元件的平面平坦化加工，屬于超精密加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]以集成電路(IC)和光電子器件制造為代表的微電子和光電子制造是電子信息產(chǎn)業(yè)的核心，也是當今世界競爭最激烈、發(fā)展最迅速的產(chǎn)業(yè)。單晶硅(Si)、單晶鍺(Ge)、砷化鎵(GaAs)、單晶碳化硅(SiC)和藍寶石(Al2O3)等作為集成電力電子器件和光電子器件的襯底材料，要求具有超平坦、超光滑(粗糙度Ra達到0.3nm以下)、無缺陷和無損傷表面，加工質(zhì)量直接決定著其應用價值的高低和器件性能的優(yōu)劣。同樣，在光學領(lǐng)域，光學透鏡和反射鏡等作為光學器件的核心元件之一，要達到良好的光學性能，其表面精度需要達到超光滑程度(粗糙度Ra達到Inm以下)，面形精度也有較高的要求(形狀精度達到0.5微米以下)。
[0003]目前，對光學平面元件和半導體基片的平坦化加工，主要還是采用傳統(tǒng)的研磨、端面精密磨削、超精密拋光、化學機械拋光和磁流變拋光等。其中，磁流變拋光技術(shù)(Magnetorheological finishing,MRF)是20世紀90年代由K0RD0NSKI及其合作者將電磁學、流體動力學、分析化學、加工工藝學等相結(jié)合而提出的一種新型的光學表面加工方法，具有拋光效果好、不產(chǎn)生次表面損傷、適合復雜表面加工等傳統(tǒng)拋光所不具備的優(yōu)點，已發(fā)展成為一種革命性光學表面加工方法，特別適合軸對稱非球面的超精密加工，廣泛應用于大型光學元件、半導體晶片、LED基板、液晶顯示面板等的最后加工工序。但目前采用磁流變拋光方法對平面工件進行加工時，主要以美國QH)公司研制的各種型號磁流變機床，其原理是把工件置于一圓弧形拋光盤上方，工件表面與拋光盤之間形成的凹形間隙，拋光盤下方布置一個磁感應強度可調(diào)的電磁鐵磁極或者永磁體磁極使凹形間隙處形成高強度梯度磁場，磁流變液隨拋光盤運動到工件與拋光盤形成的空隙附近時形成的柔性凸起“拋光緞帶”，通過“拋光緞帶”去除工件表面材料。在此基礎(chǔ)上，國外學者還研發(fā)了球頭磁流變加工技術(shù)(BEMRF，ball end magnetorheological finishing)、磁流變磨料流加工(MRAFF，magnetorheological abrasive flow finishing)和磁性復合流體拋光(MCF,magneticcompound fluid slurry polishing)等新技術(shù)，對光電晶體基片的超精密加工均取得了很好的加工效果。但上述方法均通過“拋光緞帶”去除工件表面材料，“拋光緞帶”與工件表面屬于“斑點”局部接觸，在加工平面工件時只能靠控制“斑點”沿工件表面按一定規(guī)律軌跡掃描才能實現(xiàn)整個表面的加工，軌跡掃描過程需要大量的時間，造成效率低、加工形狀精度不易保證，而且目前的磁流變拋光加工報道僅局限于對工件進行單面加工。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明實施例提供了一種集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置及方法，通過調(diào)節(jié)柔性拋光墊剛度實現(xiàn)工件雙面粗拋光到精拋光的全過程，同時解決傳統(tǒng)加工過程中工件不同位置與拋光墊之間的相對速度不一致而造成工件加工不均勻的問題。
[0005]本發(fā)明實施例提供的一種集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置，包括:可變剛度集群磁控拋光墊發(fā)生機構(gòu)、工件快速裝夾機構(gòu)和工件運動驅(qū)動機構(gòu)；
[0006]所述可變剛度集群磁控拋光墊發(fā)生機構(gòu)包括對稱設(shè)置的第一磁場發(fā)生塊和第二磁場發(fā)生塊;所述第一磁場發(fā)生塊和第二磁場發(fā)生塊均包括:殼體、偏擺主軸、偏心凸輪軸、磁鐵安裝座、永磁鐵和電機；
[0007]偶數(shù)個永磁鐵一端安裝在具有偶數(shù)陣列孔的磁鐵安裝座上，另一端安裝于偏心凸輪軸的端面內(nèi)；偏擺主軸的大端與偏心凸輪軸連接，偏擺主軸的軸端連接固定在殼體上；電機固定在殼體上，通過傳動結(jié)構(gòu)帶動所述偏擺主軸轉(zhuǎn)動；
[0008]所述第一磁場發(fā)生塊和第二磁場發(fā)生塊在所述相向移動機構(gòu)的帶動下前后相向運動；
[0009]所述工件快速裝夾機構(gòu)包括工作槽、夾板、連桿、鉸板、固定鉸、方形磁鐵、電工軟鐵塊、圓環(huán)形鑄鐵和條形永磁鐵；
[0010]所述工作槽設(shè)置于所述第一磁場發(fā)生塊和第二磁場發(fā)生塊之間，其中部形成一容置工件的加工空間；所述工作槽的兩端均設(shè)有夾板，所述夾板的外側(cè)面通過兩條平行設(shè)置的連桿與所述工作槽的內(nèi)壁活動連接;所述工作槽內(nèi)壁、所述夾板和兩條對應的所述連桿之間組成平行四邊形;所述夾板兩端面之間為圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)伸入所述加工空間內(nèi)夾持住所述工件，所述夾板一端與鉸板的一端活動連接，所述鉸板的另一端通過活動鉸鏈與固定鉸的一端連接;所述固定鉸的另一端與安裝有所述方形磁鐵的方形防護套固定連接;兩塊電工軟鐵塊設(shè)置在所述工作槽的兩端，與兩個所述方形磁鐵匹配設(shè)置;所述電工軟鐵塊通過黃銅連接一中間具有圓柱孔的長方體，圓柱孔內(nèi)安裝有所述圓環(huán)形鑄鐵，所述條形永磁鐵安裝于所述圓環(huán)形鑄鐵內(nèi)；
[0011]所述工件運動驅(qū)動機構(gòu)包括支撐塊、橫梁、水平直線電機、垂直梁和垂直直線電機;支撐塊對稱位于所述雙面拋光裝置的底座上方，上方安裝有橫梁的水平直線電機兩端固定于支撐塊的上方，所述橫梁兩端固定安裝有垂直梁，所述垂直梁上安裝有垂直直線電機，所述工作槽左右兩側(cè)面固定在所述垂直直線電機上。
[0012]可選地，所述相向移動機構(gòu)包括:平動直線電機、精密雙面齒條和兩個精密單面齒條；
[0013]所述平動直線電機安裝在所述底座上方，平動直線電機上安裝有對稱結(jié)構(gòu)的精密雙面齒條，精密雙面齒條兩側(cè)分別通過齒輪與兩個精密單面齒條嚙合;兩個所述精密單面齒通過前后方向的直線導軌安裝于底座上，并分別布置于所述精密雙面齒條的兩側(cè)；
[0014]所述第一磁場發(fā)生塊和第二磁場發(fā)生塊的殼體分別與所述精密雙面齒條和兩個所述精密單面齒條的連接。
[0015]可選地，所述傳動結(jié)構(gòu)包括小帶輪、大帶輪、小平鍵、大平鍵和V型帶；
[0016]所述小帶輪和大帶輪分別通過小平鍵和大平鍵固定于所述電機的電機軸和所述偏擺主軸上，小帶輪和大帶輪之間通過所述V型帶連接。
[0017]可選地，偏擺主軸的軸端軸承位置存在著主軸偏心距，偏心凸輪軸的小端軸承位置存在著凸輪軸偏心距，所述主軸偏心距和凸輪軸偏心距的數(shù)值相等，偏心方向相反。
[0018]可選地，所述永磁鐵的磁場強度在100Gs?5500GS之間，方形磁鐵的磁場強度在200Gs?1200Gs之間，條形永磁鐵的磁場強度在2000Gs?4000Gs之間，安裝于同一個所述磁鐵安裝座的圓柱形永磁鐵相鄰之間異極分布，安裝在不同所述磁鐵安裝座的圓柱形永磁鐵兩兩互相對應，且接近短磁極異向。
[0019]可選地，所述工件快速裝夾機構(gòu)還包括用于放置工件的圓形保持架，以及設(shè)置在所述保持架周圍并與所述保持架的圓弧邊相互嚙合的左齒輪、右齒輪、上齒輪和下齒輪；
[0020]所述左齒輪、右齒輪、上齒輪和下齒輪安裝在所述工作槽內(nèi)，其中，所述左齒輪和所述右齒輪對稱安裝，所述上齒輪和所述下齒輪對稱安裝；
[0021 ]所述左齒輪、右齒輪、上齒輪和下齒輪中至少一個與步進電機連接。
[0022]本發(fā)明實施例提供的一種集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光方法，應用于上述的集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置，包括:
[0023]步驟一、根據(jù)工件的尺寸和材料性能，選取相應磁場強度的所述永磁鐵，并調(diào)節(jié)條形永磁鐵的位置使條形永磁鐵的磁極方向與方形磁鐵垂直；
[0024]步驟二、將工件放置于工作槽內(nèi)并使工件邊緣除于夾板之間，調(diào)節(jié)條形永磁鐵的位置使條形永磁鐵的磁極方向與方形磁鐵磁極方向一致，電工軟鐵塊在條形永磁鐵作用下迅速磁化產(chǎn)生吸力吸緊方形磁鐵，從而通過鉸板、夾板、固定鉸、連桿的相互作用下拉動夾板產(chǎn)生夾緊力夾緊所述工件；
[0025]步驟三、通過在去離子水中加入如下三種磨料中的至少兩種磨料，三種磨料分別是濃度為3 %?8 %的微米級磨料、濃度為3 %?10 %的亞微米級磨料、濃度為2 %?10 %的納米級磨料，及去離子水中加入濃度為5 %?20 %的亞微級羰基鐵粉及濃度為5 %?25 %的微米級羰基鐵粉，及加入濃度為3 %?15 %的分散劑和濃度為I %?6 %的防銹劑，充分攪拌后通過超聲波震動5?30分鐘，然后選擇性加入能與工件發(fā)生化學反應的濃度為1%?10%的化學液體，選擇性加入能促成工件與化學液體反應速度的催化劑，再通過超聲波震動2?10分鐘，形成磁流變液；
[0026]步驟四、將所述磁流變液倒入工作槽內(nèi)使磁流變液漫過工件，通過所述相向移動機構(gòu)調(diào)節(jié)磁鐵安裝座端面到工作槽前后兩側(cè)的距離為0.5mm?10mm，磁流變液在形成陣列的所述永磁鐵的作用下迅速固化為柔性拋光墊，磁極交錯對稱的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)拋光墊對工件的壓力平衡；
[0027]步驟五、啟動電機，帶動偏擺主軸繞主軸偏心距偏心擺動，偏擺主軸的偏心擺動迫使各偏心凸輪軸與圓柱形永磁鐵一起同步轉(zhuǎn)動，使圓柱形永磁鐵端面的靜態(tài)磁力線轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)磁力線；
[0028]步驟六、啟動水平直線電機和垂直直線電機帶動工作槽和工件運動，使工件與磁流變液形成的柔性拋光墊形成預設(shè)軌跡的平面相對運動，磁流變液形成的柔性拋光墊同時對工件的兩表面材料以及腐蝕層進行機械去除；
[0029]步驟七、在加工過程中通過所述相向移動機構(gòu)調(diào)節(jié)磁鐵安裝座端面到工作槽前后兩側(cè)的距離逐漸變大，促使磁流變液形成的柔性拋光墊剛度進一步逐漸降低，降低施加于工件的作用力，完成工件粗加工到精加工全過程；
[0030]步驟八、停止所述水平直線電機、垂直直線電機和所述電機，調(diào)節(jié)條形永磁鐵的位置使條形永磁鐵的磁極方向與方形磁鐵磁極方向相反，釋放并取出工件。
[0031 ]可選地，所述工件為玻璃基板、單晶Si C基片、單晶Si基片、藍寶石基片、多晶半導體基片、陶瓷基片或金屬基片。
[0032]從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例具有以下優(yōu)點:
[0033]本發(fā)明集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置，首先通過巧妙地應用軟磁性材料的磁化、退磁快的特性和條形永久磁鐵中間磁場極弱而兩端磁場極強的特性，實現(xiàn)了具有弱磁極作為引子的平行四邊形裝夾機構(gòu)在密閉空間內(nèi)對工件的快速裝夾；
[0034]其次本發(fā)明創(chuàng)新地采用相向移動機構(gòu)控制兩側(cè)磁場發(fā)生塊與工件之間的距離相等，磁流變液進入到工作槽內(nèi)時，形成雙邊壓力均等且對磨粒行為約束和聚集作用的粘彈性磁流變效應拋光墊，保證工件雙面拋光墊穩(wěn)定進行，并且創(chuàng)新地通過偏心凸輪結(jié)構(gòu)實現(xiàn)偏擺主軸擺動，而偏心主軸的擺動實現(xiàn)了眾多具有相同偏心距的偏心凸輪軸旋轉(zhuǎn)，從而突破性地實現(xiàn)了眾多緊密陣列排布的永磁鐵在同步轉(zhuǎn)動而使磁極端面的靜態(tài)磁力線轉(zhuǎn)變?yōu)榻换サ膭討B(tài)磁力線，動態(tài)磁力線促使磁流變液形成的柔性拋光墊動態(tài)分布而降低柔性拋光墊的剛度并促使柔性拋光墊性能的恢復；
[0035]加工過程中通過對稱調(diào)節(jié)可變剛度集群磁控拋光墊發(fā)生機構(gòu)端面與工件表面的距離，能很好地實現(xiàn)一次加工即可完成工件雙面粗拋光到精拋光的全過程;采用水平和垂直直線電機組合的方式實現(xiàn)工件的復雜運動軌跡，避免了傳統(tǒng)加工過程中工件不同位置與拋光墊之間的相對速度不一致而造成工件加工不均勻的重要問題；
[0036]同時，本發(fā)明的集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置適用于普通的磁流變雙面拋光和磁流變化學機械雙面拋光，所需的磁流變液只需填充到一個極小的密閉工作區(qū)域中，大大節(jié)省了耗材的成本?？梢姡捎帽景l(fā)明所獲得的工件表面一致性好，加工效率高，而且無表面和亞表面損傷，而且成本低，非常適合大直徑光學元件的平面高效率超光滑均勻拋光加工。
【附圖說明】
[0037]圖1為本發(fā)明實施例中一種集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置的正視圖；
[0038]圖2為圖1俯視圖的中A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖3為圖1俯視圖的中B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖4為本發(fā)明實施例中一種集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置的左視圖；
[0041]圖5為本發(fā)明實施例中一種集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置的正方形工件裝夾示意圖；
[0042]圖6為為本發(fā)明實施例中一種集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置的圓形工件裝夾示意圖。
【具體實施方式】
[0043]本發(fā)明實施例提供了一種集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置及方法，通過調(diào)節(jié)柔性拋光墊剛度實現(xiàn)工件雙面粗拋光到精拋光的全過程，用于解決傳統(tǒng)加工過程中工件不同位置與拋光墊之間的相對速度不一致而造成工件加工不均勻的問題。
[0044]為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而非全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0045]實施例1:
[0046]如圖1和圖2所示，一種集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置，其特征在于包括可變剛度集群磁控拋光墊發(fā)生機構(gòu)、工件快速裝夾機構(gòu)和工件運動驅(qū)動機構(gòu)，可變剛度集群磁控拋光墊發(fā)生機構(gòu)包括有底座(I)、螺釘二(12)、直線導軌(14)、螺釘三(15)、精密單面齒條(16)、齒輪(17)、齒輪軸(18)、深溝軸承(19)、精密雙面齒條(21)、連接板一(63)、連接板二(64)、槽型端蓋(9)、殼體(11)、螺釘四(28)、主軸偏心距(29)、滾動軸承(30)、V型帶(31)、小帶輪(32)、電機軸(33)、小平鍵(34)、軸承蓋板(35)、軸承座板(36)、螺釘五(37)、螺釘六(38)、磁鐵安裝座(46)、圓柱形的永磁鐵(47)、螺釘七(48)、隔套(49)、螺母(50)、偏心凸輪軸(51)、凸輪軸偏心距(52)、大帶輪(53)、偏擺主軸(54)、大平鍵(55)、密封圈(56)、軸承端蓋(57)、徑向推力軸承(58)、電機(60)、螺釘八(61)、保護蓋(62)、螺釘九
(65)、深溝球軸承(66)，其中，如圖3所示，平動直線電機(20)通過螺釘九(65)安裝在底座
(I)正上方，平動直線電機(20)上安裝有對稱結(jié)構(gòu)的精密雙面齒條(21)，精密雙面齒條(21)兩側(cè)分別與兩個通過深溝軸承(19)固定于齒輪軸(18)的齒輪(17)嚙合，直線導軌(14)平行對稱布置于平動直線電機(20)兩側(cè)，并通過螺釘三(15)固定于底座(I)上方，布置于直線導軌(14)上方的精密單面齒條(16)剛好與齒輪(17)嚙合，如圖2所示，圓柱形永磁鐵(47)—端通過過盈配合安裝于偏心凸輪軸(51)的端面圓柱孔內(nèi)，具有偶數(shù)陣列孔的磁鐵安裝座(46)通過螺釘七(48)固定在軸承座板(36)上，偏心凸輪軸(51)通過徑向推力軸承(58)、隔套
(49)、螺母(50)、軸承蓋板(35)和螺釘五(37)固定在軸承座板(36)上，偏擺主軸(54)大端通過深溝球軸承(66)與偏心凸輪軸(51)連接，偏擺主軸(54)軸端通過滾動軸承(30)與殼體
(II)連接并通過螺釘四(28)和軸承端蓋(57)固定于殼體(11)上，殼體(11)通過螺釘六(38)固定于軸承座板(36)上，一個殼體(11)下方通過連接板一 (63)與精密單面齒條(16)上方進行連接，另一殼體(11)通過連接板二 (64)與精密雙面齒條(21)上方鏈接，電機(60)通過螺釘八(61)固定在殼體(11)上側(cè)面，小帶輪(32)和大帶輪(53)分別通過小平鍵(34)和大平鍵
(55)固定于電機軸(33)和偏擺主軸(54)上，小帶輪(32)和大帶輪(53)之間通過V型帶(31)連接，保護蓋(62)通過螺釘二(12)固定在殼體(I I)上，左齒輪(69)和右齒輪(70)對稱安裝在工作槽(10)內(nèi)部左右兩側(cè)、上齒輪(71)安裝在槽型端蓋(9)內(nèi)部正下側(cè)并與步進電機
(73)聯(lián)接，下齒輪(72)安裝在工作槽(10)內(nèi)部下側(cè);工件快速裝夾機構(gòu)包括有工作槽(10)、方形磁鐵(39)、鉸板(40)、夾板(41)、防護套(43)、固定鉸(44)、連桿(45)，電工軟鐵塊(23)、圓環(huán)形鑄鐵(24)、條形永磁鐵(25)、黃銅(26)、旋轉(zhuǎn)把手(8)，其中連桿(45)—端通過活動鉸鏈固定于工作槽(10)內(nèi)壁，連桿(45)另一端通過活動鉸鏈與夾板(41)側(cè)面鏈接，工作槽(10)內(nèi)壁、夾板(41)和兩條連桿(45)之間組成平行四邊形，兩套平行四邊形分別對稱布置于工作槽(10)內(nèi)壁兩側(cè)，夾板(41)一端通過活動鉸鏈與鉸板(40)聯(lián)接，鉸板(40)的另一端通過活動鉸鏈與固定鉸(44)鏈接，固定鉸(44)另一端與方形防護套(43)焊接在一起，防護套(43)內(nèi)安裝有方形磁鐵(39)，兩塊拱形電工軟鐵塊(23)通過黃銅(26)連接一中間具有圓柱孔的長方體，圓柱孔內(nèi)安裝有圓環(huán)形鑄鐵(24)，安裝有旋轉(zhuǎn)把手(8)的條形永磁鐵(25)安裝于圓環(huán)形鑄鐵(24)內(nèi)，電工軟鐵塊(23)的平面固定于工作槽(10)的兩端上側(cè)；
[0047]如圖1和圖4所示，工件運動驅(qū)動機構(gòu)包括有底座(I)、支撐塊(2)、水平直線電機
(3)、橫梁(4)、肋板(5)、螺釘一(6)、垂直直線電機(7)、工作槽(10)、垂直梁(22)、螺釘十
(67)，其中支撐塊(2)對稱位于底座(I)上方，上方安裝有橫梁(4)的水平直線電機(3)兩端通過螺釘十(67)固定于支撐塊(2)上方，橫梁(4)兩端通過通過肋板(5)焊接固定有垂直梁(22)，垂直梁(22)上安裝有垂直直線電機(7)，工作槽(10)左右兩側(cè)面固定在垂直直線電機⑴上。
[0048]所述的集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置，其特征在于可變剛度集群磁控拋光墊發(fā)生機構(gòu)的磁鐵安裝座(46)對稱布置于工作槽(10)前后兩側(cè)，通過平動直線電機(20)可以同步調(diào)節(jié)磁鐵安裝座(46)端面到工作槽(10)前后兩側(cè)的距離，保證兩個磁鐵安裝座(46)到工作槽(10)的距離保持一致。
[0049]所述的集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置，其特征在于偏擺主軸(54)的軸端軸承位置存在著主軸偏心距(29)，偏心凸輪軸(51)的小端軸承位置存在著凸輪軸偏心距(52)，主軸偏心距(29)和凸輪軸偏心距(52)的數(shù)值相等，電機(60)工作時通過小帶輪(32)、大帶輪(53)和V型帶(31)帶動偏擺主軸(54)繞主軸偏心距(29)偏心擺動，偏擺主軸(54)的偏心擺動迫使各偏心凸輪軸(51)與圓柱形永磁鐵(47)—起同步轉(zhuǎn)動，使圓柱形永磁鐵(47)端面的靜態(tài)磁力線轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)磁力線。
[0050]所述的集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置，其特征在于圓柱形永磁鐵
(47)的磁場強度在100Gs?5500Gs之間，方形磁鐵(39)的磁場強度在200Gs?1200Gs之間，條形永磁鐵(25)的磁場強度在2000Gs?4000Gs之間，安裝于同一個磁鐵安裝座(46)的圓柱形永磁鐵(47)相鄰之間異極分布，安裝在不同磁鐵安裝座(46)的圓柱形永磁鐵(47)兩兩互相對應，且接近短磁極異向。
[0051]本實施例的集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置中，該工作槽(10)、鉸板(40)、夾板(41)、固定鉸(44)、連桿(45)、殼體(11)、軸承蓋板(35)、軸承座板(36)、磁鐵安裝座(46)、隔套(49)、螺母(50)、偏心凸輪軸(51)、偏擺主軸(54)、槽型端蓋(9)為不銹鋼、鎂鋁合金和陶瓷等非導磁性材料，且工作槽(10)、鉸板(40)、夾板(41)、固定鉸(44)、連桿
(45)、和槽型端蓋(9)具有采用不銹鋼材料制作。
[0052]本實施例的集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置中，左齒輪(69)、右齒輪(70)、上齒輪(71)、下齒輪(72)的參數(shù)相同，且左齒輪(69)與右齒輪(70)之間的距離剛好等于槽型端蓋(9)安裝好時上齒輪(71)與下齒輪(72)的距離，左齒輪(69)、右齒輪(70)、上齒輪(71)、下齒輪(72)剛好能與保持架(59)相嚙合。當步進電機(73)工作時，能帶動上齒輪
(71)轉(zhuǎn)動，上齒輪(71)帶動保持架(59)轉(zhuǎn)動，與此同時，保持架(59)帶動左齒輪(69)、右齒輪(70)和下齒輪(72)轉(zhuǎn)動，從而在保持架(59)轉(zhuǎn)動的同時帶動工件(68)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了工件的自旋轉(zhuǎn)運動，從而能使夾板(41)遮擋的部分也能被加工到，實現(xiàn)工件(68)的均等加工。
[0053]本實施例的集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置中，夾板(41)為可以為如圖5和圖6所示的圓弧狀長條結(jié)構(gòu)，由于保持架(59)和工件(68)可能會阻擋夾板(41)，因而將夾板(41)設(shè)計成圓弧狀的長條結(jié)構(gòu)，可以保證夾板(41)采用最小的面積保證對保持架
(59)和工件(68)的有效夾緊，并且使工件(68)被夾緊之外的部分被磁流變液加工。
[0054]本實施例的集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置中，工作槽(10)下底面向右邊具有較大的斜度，右下角具有與螺栓(74)配合的螺紋通孔。
[0055]實施例2:
[0056]采用所述的集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置的拋光方法對對尺寸為10mm X 10mm的正方形TFT-1XD玻璃基板進行雙面拋光墊步驟為:
[0057]I)根據(jù)TFT-LCD玻璃基板的尺寸和材料性能，設(shè)計與工件尺寸相匹配的集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置，選擇直徑為I Omm高度為15mm、磁場強度為3800Gs的圓柱形永磁鐵(47)安裝于集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置內(nèi)，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)把手
(8)使條形永磁鐵(25)的磁極方向與方形磁鐵(39)垂直，制備與工件形狀和厚度相適應的圓形保持架；
[0058]2)根據(jù)TFT-LCD玻璃基板的形狀，選用耐酸堿腐蝕塑料制作保持架(59)，保持架
[59]厚度約為工件厚度2/3，且模數(shù)與左齒輪(69)相同；
[0059]3)如圖5所示，將TFT-1XD玻璃基板通過保持架(59)固定并放置于圓形保持架中間匹配的孔內(nèi)，并放置于工作槽(10)內(nèi)的夾板(41)之間，使保持架(59)在重力作用下與左齒輪(69)、右齒輪(70)和下齒輪(72)嚙合，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)把手(8)使條形永磁鐵(25)的磁極方向與方形磁鐵(39)磁極方向一致，拱形電工軟鐵塊(23)在條形永磁鐵(25)作用下迅速磁化產(chǎn)生吸力吸緊方形磁鐵(39)，從而通過鉸板(40)、夾板(41)、固定鉸(44)、連桿(45)的相互作用下拉動夾板(41)產(chǎn)生夾緊力夾緊TFT-LCD玻璃基板和固定保持架(59);
[0060]4)通過在去離子水中加入濃度為4%的微米級氧化鋁磨料和濃度為3%的亞微米級氧化鋁磨料，去離子水中加入濃度為8 %的亞微級羰基鐵粉及濃度為5 %的微米級羰基鐵粉，及加入濃度為5 %的分散劑和濃度為2 %的防銹劑，充分攪拌后通過超聲波震動15分鐘，然后加入能與TFT-LCD玻璃基板發(fā)生化學反應的濃度為3%的黃水，再通過超聲波震動5分鐘，形成磁流變液(42);
[0061]5)將磁流變液(42)倒入工作槽(10)內(nèi)使磁流變液漫過工件(68)，蓋上槽型端蓋
(9)，啟動平動直線電機(20)調(diào)節(jié)磁鐵安裝座(46)端面到工作槽(10)前后兩側(cè)的距離為2mm，磁流變液(42)在陣列圓柱形永磁鐵(47)的作用下迅速固化為柔性拋光墊，磁極交錯對稱的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)拋光墊對工件(68)的壓力平衡；
[0062]6)開啟步進電機(73)驅(qū)動上齒輪(71)轉(zhuǎn)動并帶動固定保持架(59)和工件(68)旋轉(zhuǎn)，同時驅(qū)動電機(60)工作，在小帶輪(32)、大帶輪(53)和V型帶(31)的作用下帶動偏擺主軸(54)繞主軸偏心距(29)偏心擺動，偏擺主軸(54)的偏心擺動迫使各偏心凸輪軸(51)與圓柱形永磁鐵(47)—起同步轉(zhuǎn)動，使圓柱形永磁鐵(47)端面的靜態(tài)磁力線轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)磁力線，動態(tài)磁力線促使磁流變液(42)形成的柔性拋光墊動態(tài)分布而降低柔性拋光墊的剛度并促使柔性拋光墊性能的恢復磨料更新自銳；
[0063]7)蓋上槽型端蓋使上齒輪與圓形保持架嚙合，啟動步進電機帶動圓形保持架和工件旋轉(zhuǎn)，啟動水平直線電機(3)和垂直直線電機(7)帶動工作槽(10)和工件(68)實現(xiàn)阿基米德平面運動，從而TFT-LCD玻璃基板與磁流變液(42)形成的柔性拋光墊形成一個復雜的類瀑布流運動，TFT-LCD玻璃基板表面材料在黃水作用下迅速腐蝕，磁流變液(42)形成的柔性拋光墊實現(xiàn)對腐蝕層和TFT-LCD玻璃基板表面材料的機械去除；
[0064]8)加工過程中通過啟動平動直線電機(20)調(diào)節(jié)磁鐵安裝座(46)端面到工作槽
(10)前后兩側(cè)的距離在60分鐘內(nèi)從2mm逐漸變大到10mm，促使磁流變液(42)形成的柔性拋光墊剛度逐漸降低，降低施加于工件(68)的作用力，完成TFT-LCD玻璃基板粗加工到精加工全過程；
[0065]9)停止水平直線電機(3)和垂直直線電機(7)，停止電機(60)和所述步進電機，取下槽型端蓋，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)把手(8)使條形永磁鐵(25)的磁極方向與方形磁鐵(39)磁極方向相反，拱形電工軟鐵塊(23)在條形永磁鐵(25)作用下迅速磁化產(chǎn)生排斥力推動方形磁鐵(39)，從而通過鉸板(40)、夾板(41)、固定鉸(44)、連桿(45)的相互作用下推動夾板(41)打開而釋放TFT-1XD玻璃基板，取出加工完成的TFT-1XD玻璃基板。
[0066]10)在完成加工后，還可以啟動平動直線電機(20)調(diào)節(jié)磁鐵安裝座(46)端面到工作槽(10)前后兩側(cè)的距離為10mm，松開螺栓(74)，將已完成加工的磁流變液(42)排出工作槽(1)0
[0067]實施例3:
[0068]本實施例與實施例2的區(qū)別是:本實施例是對直徑為10mm的單晶硅基片進行雙面拋光，本發(fā)明集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置的拋光方法，包括如下步驟:
[0069]I)根據(jù)單晶硅基片的尺寸和材料性能，設(shè)計與工件尺寸相匹配的集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置，選擇直徑為15mm高度為15mm、磁場強度為4200Gs的圓柱形永磁鐵(47)安裝于集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置內(nèi)，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)把手(8)使條形永磁鐵(25)的磁極方向與方形磁鐵(39)垂直，制備與工件形狀和厚度相適應的圓形保持架；
[0070]2)根據(jù)單晶硅基片的形狀，選用耐酸堿腐蝕塑料制作保持架(59)，保持架(59)厚度約為工件厚度2/3，且模數(shù)與左齒輪(69)相同；
[0071]3)如圖6所示，將單晶硅基片通過保持架(59)固定并放置于圓形保持架中間匹配的孔內(nèi)，并放置于工作槽(10)內(nèi)的夾板(41)之間，使保持架(59)在重力作用下與左齒輪(69)、右齒輪(70)和下齒輪(72)嚙合，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)把手(8)使條形永磁鐵(25)的磁極方向與方形磁鐵(39)磁極方向一致，拱形電工軟鐵塊(23)在條形永磁鐵(25)作用下迅速磁化產(chǎn)生吸力吸緊方形磁鐵(39)，從而通過鉸板(40)、夾板(41)、固定鉸(44)、連桿(45)的相互作用下拉動夾板(41)產(chǎn)生夾緊力夾緊單晶硅基片和固定保持架(59);
[0072]4)通過在去離子水中加入濃度為3%的微米級氧化鈰磨料和濃度為2%的納米級金剛石磨料，去離子水中加入濃度為5%的亞微級羰基鐵粉及濃度為3%的微米級羰基鐵粉，及加入濃度為4 %的分散劑和濃度為2 %的防銹劑，充分攪拌后通過超聲波震動10分鐘，然后加入能與單晶硅基片發(fā)生化學反應的濃度為2%的酸性溶液，再通過超聲波震動5分鐘，形成磁流變液(42);
[0073]5)將磁流變液(42)倒入工作槽(10)內(nèi)使磁流變液漫過工件(68)，蓋上槽型端蓋
(9)，啟動平動直線電機(20)調(diào)節(jié)磁鐵安裝座(46)端面到工作槽(10)前后兩側(cè)的距離為Imm，磁流變液(42)在陣列圓柱形永磁鐵(47)的作用下迅速固化為柔性拋光墊，磁極交錯對稱的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)拋光墊對工件(68)的壓力平衡；
[0074]6)開啟步進電機(73)驅(qū)動上齒輪(71)轉(zhuǎn)動并帶動固定保持架(59)和工件(68)旋轉(zhuǎn)，同時驅(qū)動電機(60)工作，在小帶輪(32)、大帶輪(53)和V型帶(31)的作用下帶動偏擺主軸(54)繞主軸偏心距(29)偏心擺動，偏擺主軸(54)的偏心擺動迫使各偏心凸輪軸(51)與圓柱形永磁鐵(47)—起同步轉(zhuǎn)動，使圓柱形永磁鐵(47)端面的靜態(tài)磁力線轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)磁力線，動態(tài)磁力線促使磁流變液(42)形成的柔性拋光墊動態(tài)分布而降低柔性拋光墊的剛度并促使柔性拋光墊性能的恢復和磨料更新自銳；
[0075]7)蓋上槽型端蓋使上齒輪與圓形保持架嚙合，啟動步進電機帶動圓形保持架和工件旋轉(zhuǎn)，啟動水平直線電機(3)和垂直直線電機(7)帶動工作槽(10)和工件(68)實現(xiàn)精密螺旋型平面運動，從而單晶硅基片與磁流變液(42)形成的柔性拋光墊形成一個復雜的類瀑布流運動，單晶硅基片表面材料在酸性溶液作用下迅速腐蝕，磁流變液(42)形成的柔性拋光墊實現(xiàn)對腐蝕層和單晶硅基片表面材料的機械去除；
[0076]8)加工過程中通過啟動平動直線電機(20)調(diào)節(jié)磁鐵安裝座(46)端面到工作槽(10)前后兩側(cè)的距離在30分鐘內(nèi)從Imm逐漸變大到5mm，促使磁流變液(42)形成的柔性拋光墊剛度逐漸降低，降低施加于工件(68)的作用力，完成單晶硅基片粗加工到精加工全過程；
[0077]9)停止水平直線電機(3)和垂直直線電機(7)，停止電機(60)和所述步進電機，取下槽型端蓋，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)把手(8)使條形永磁鐵(25)的磁極方向與方形磁鐵(39)磁極方向相反，拱形電工軟鐵塊(23)在條形永磁鐵(25)作用下迅速磁化產(chǎn)生排斥力推動方形磁鐵(39)，從而通過鉸板(40)、夾板(41)、固定鉸(44)、連桿(45)的相互作用下推動夾板(41)打開而釋放單晶娃基片，取出加工完成的單晶娃基片。
[0078]10)在加工完成后，還可以啟動平動直線電機(20)調(diào)節(jié)磁鐵安裝座(46)端面到工作槽(10)前后兩側(cè)的距離為10mm，松開螺栓(74)，將已完成加工的磁流變液(42)排出工作槽(1)0
[0079]實施例4:
[0080]本實施例與實施例2的區(qū)別是:本實施例是對直徑為10mm的單晶SiC基片進行雙面拋光，本發(fā)明集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置的拋光方法，包括如下步驟:
[0081]I)根據(jù)單晶SiC基片的尺寸和材料性能，設(shè)計與工件尺寸相匹配的集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置，選擇直徑為15_高度為20mm、磁場強度為5200Gs的圓柱形永磁鐵(47)安裝于集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置內(nèi)，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)把手(8)使條形永磁鐵(25)的磁極方向與方形磁鐵(39)垂直，制備與工件形狀和厚度相適應的圓形保持架；
[0082]2)根據(jù)單晶SiC基片的形狀，選用耐酸堿腐蝕塑料制作保持架(59)，保持架(59)厚度約為工件厚度2/3，且模數(shù)與左齒輪(69)相同；
[0083]3)如圖6所示，將單晶SiC基片通過保持架(59)固定并放置于圓形保持架中間匹配的孔內(nèi)，并放置于工作槽(10)內(nèi)的夾板(41)之間，使保持架(59)在重力作用下與左齒輪(69)、右齒輪(70)和下齒輪(72)嚙合，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)把手(8)使條形永磁鐵(25)的磁極方向與方形磁鐵(39)磁極方向一致，拱形電工軟鐵塊(23)在條形永磁鐵(25)作用下迅速磁化產(chǎn)生吸力吸緊方形磁鐵(39)，從而通過鉸板(40)、夾板(41)、固定鉸(44)、連桿(45)的相互作用下拉動夾板(41)產(chǎn)生夾緊力夾緊單晶SiC基片和固定保持架(59);
[0084]4)通過在去離子水中加入濃度為5%的微米級金剛石磨料和濃度為3%的納米級金剛石磨料，去離子水中加入濃度為5%的亞微級羰基鐵粉及濃度為2%的微米級羰基鐵粉，及加入濃度為3 %的分散劑和濃度為2 %的防銹劑，充分攪拌后通過超聲波震動10分鐘，然后加入能與單晶SiC基片發(fā)生芬頓反應的三價鐵離子，再通過超聲波震動2分鐘，形成磁流變液(42);
[0085]5)上緊螺栓(74)，將磁流變液(42)倒入工作槽(10)內(nèi)使磁流變液漫過工件(68)，蓋上槽型端蓋(9)，啟動平動直線電機(20)調(diào)節(jié)磁鐵安裝座(46)端面到工作槽(10)前后兩側(cè)的距離為0.5mm，磁流變液(42)在陣列圓柱形永磁鐵(47)的作用下迅速固化為柔性拋光墊，磁極交錯對稱的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)拋光墊對工件(68)的壓力平衡；
[0086]6)開啟步進電機(73)驅(qū)動上齒輪(71)轉(zhuǎn)動并帶動固定保持架(59)和工件(68)旋轉(zhuǎn)，同時驅(qū)動電機(60)工作，在小帶輪(32)、大帶輪(53)和V型帶(31)的作用下帶動偏擺主軸(54)繞主軸偏心距(29)偏心擺動，偏擺主軸(54)的偏心擺動迫使各偏心凸輪軸(51)與圓柱形永磁鐵(47)—起同步轉(zhuǎn)動，使圓柱形永磁鐵(47)端面的靜態(tài)磁力線轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)磁力線，動態(tài)磁力線促使磁流變液(42)形成的柔性拋光墊動態(tài)分布而降低柔性拋光墊的剛度并促使柔性拋光墊性能的恢復和磨料更新自銳；
[0087]7)蓋上槽型端蓋使上齒輪與圓形保持架嚙合，啟動步進電機帶動圓形保持架和工件旋轉(zhuǎn)，啟動水平直線電機(3)和垂直直線電機(7)帶動工作槽(10)和工件(68)實現(xiàn)預設(shè)軌跡的平面相對運動，從而單晶SiC基片與磁流變液(42)形成的柔性拋光墊形成一個復雜的類瀑布流運動，單晶SiC基片表面材料在三價鐵離子的芬頓作用下迅速腐蝕，磁流變液(42)形成的柔性拋光墊實現(xiàn)對腐蝕層和單晶SiC基片表面材料的機械去除；
[0088]8)加工過程中通過啟動平動直線電機(20)調(diào)節(jié)磁鐵安裝座(46)端面到工作槽(10)前后兩側(cè)的距離在60分鐘內(nèi)從0.5mm逐漸變大到5mm，促使磁流變液(42)形成的柔性拋光墊剛度逐漸降低，降低施加于工件(68)的作用力，完成單晶SiC基片粗加工到精加工全過程；
[0089]9)停止水平直線電機(3)和垂直直線電機(7)，停止電機(60)和所述步進電機，取下槽型端蓋，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)把手(8)使條形永磁鐵(25)的磁極方向與方形磁鐵(39)磁極方向相反，拱形電工軟鐵塊(23)在條形永磁鐵(25)作用下迅速磁化產(chǎn)生排斥力推動方形磁鐵(39)，從而通過鉸板(40)、夾板(41)、固定鉸(44)、連桿(45)的相互作用下推動夾板(41)打開而釋放單晶SiC基片，取出加工完成的單晶SiC基片。
[0090]10)在加工完成后，啟動平動直線電機(20)調(diào)節(jié)磁鐵安裝座(46)端面到工作槽(10)前后兩側(cè)的距離為10mm，松開螺栓(74)，將已完成加工的磁流變液(42)排出工作槽(1)0
[0091]實施例5:
[0092]本實施例與實施例2的區(qū)別是:本實施例是對直徑為10mm的電子陶瓷基片進行雙面拋光，該集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置的拋光方法，包括如下步驟:
[0093]I)根據(jù)電子陶瓷基片的尺寸和材料性能，設(shè)計與工件尺寸相匹配的可變剛度集群磁控瀑布流雙面拋光裝置，選擇直徑為15mm高度為15mm、磁場強度為4200Gs的的圓柱形永磁鐵(47)安裝于可變剛度集群磁控瀑布流雙面拋光裝置內(nèi)，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)把手(8)使條形永磁鐵(25)的磁極方向與方形磁鐵(39)垂直，制備與工件形狀和厚度相適應的圓形保持架；
[0094]2)根據(jù)電子陶瓷基片的形狀，選用環(huán)氧樹脂制作保持架(59)，保持架(59)厚度約為工件厚度2/3，且模數(shù)與左齒輪(69)相同；
[0095]3)如圖6所示，將電子陶瓷基片通過保持架(59)固定并放置于圓形保持架中間匹配的孔內(nèi)，并放置于工作槽(10)內(nèi)的夾板(41)之間，使保持架(59)在重力作用下與左齒輪
(69)、右齒輪(70)和下齒輪(72)嚙合，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)把手(8)使條形永磁鐵(25)的磁極方向與方形磁鐵(39)磁極方向一致，拱形電工軟鐵塊(23)在條形永磁鐵(25)作用下迅速磁化產(chǎn)生吸力吸緊方形磁鐵(39)，從而通過鉸板(40)、夾板(41)、固定鉸(44)、連桿(45)的相互作用下拉動夾板(41)產(chǎn)生夾緊力夾緊電子陶瓷基片和固定保持架(59);
[0096]4)通過在去離子水中加入濃度為3%的微米碳化硅磨料和濃度為2%的納米級碳化硅磨料，去離子水中加入濃度為5%的亞微級羰基鐵粉及濃度為3 %的微米級羰基鐵粉，及加入濃度為4%的分散劑和濃度為2%的防銹劑，充分攪拌后通過超聲波震動10分鐘，形成磁流變液(42);
[0097]5)上緊螺栓(74)，將磁流變液(42)倒入工作槽(10)內(nèi)使磁流變液漫過工件(68)，蓋上槽型端蓋(9)，啟動平動直線電機(20)調(diào)節(jié)磁鐵安裝座(46)端面到工作槽(10)前后兩側(cè)的距離為1.2mm，磁流變液(42)在陣列圓柱形永磁鐵(47)的作用下迅速固化為柔性拋光墊，磁極交錯對稱的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)拋光墊對工件(68)的壓力平衡；
[0098]6)開啟步進電機(73)驅(qū)動上齒輪(71)轉(zhuǎn)動并帶動固定保持架(59)和工件(68)旋轉(zhuǎn)，同時驅(qū)動電機(60)工作，在小帶輪(32)、大帶輪(53)和V型帶(31)的作用下帶動偏擺主軸(54)繞主軸偏心距(29)偏心擺動，偏擺主軸(54)的偏心擺動迫使各偏心凸輪軸(51)與圓柱形永磁鐵(47)—起同步轉(zhuǎn)動，使圓柱形永磁鐵(47)端面的靜態(tài)磁力線轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)磁力線，動態(tài)磁力線促使磁流變液(42)形成的柔性拋光墊動態(tài)分布而降低柔性拋光墊的剛度并促使柔性拋光墊的性能恢復和磨料更新自銳；
[0099]7)蓋上槽型端蓋使上齒輪與圓形保持架嚙合，啟動步進電機帶動圓形保持架和工件旋轉(zhuǎn)，啟動水平直線電機(3)和垂直直線電機(7)帶動工作槽(10)和工件(68)實現(xiàn)精密螺旋型平面運動，從而電子陶瓷基片與磁流變液(42)形成的柔性拋光墊形成一個復雜的類瀑布流運動，磁流變液(42)形成的柔性拋光墊實現(xiàn)對電子陶瓷基片表面材料的機械去除；
[0100]8)加工過程中通過啟動平動直線電機(20)調(diào)節(jié)磁鐵安裝座(46)端面到工作槽
(10)前后兩側(cè)的距離在30分鐘內(nèi)從1.2mm逐漸變大到7mm，促使磁流變液(42)形成的柔性拋光墊剛度逐漸降低，降低施加于工件(68)的作用力，完成電子陶瓷基片粗加工到精加工全過程；
[0101]9)停止水平直線電機(3)和垂直直線電機(7)，停止電機(60)并停止步進電機
(73)，打開上槽型端蓋(9)，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)把手(8)使條形永磁鐵(25)的磁極方向與方形磁鐵
(39)磁極方向相反，拱形電工軟鐵塊(23)在條形永磁鐵(25)作用下迅速磁化產(chǎn)生排斥力推動方形磁鐵(39)，從而通過鉸板(40)、夾板(41)、固定鉸(44)、連桿(45)的相互作用下推動夾板(41)打開而釋放電子陶瓷基片，取出加工完成的電子陶瓷基片。
[0102]10)啟動平動直線電機(20)調(diào)節(jié)磁鐵安裝座(46)端面到工作槽(10)前后兩側(cè)的距離為I Omm，松開螺栓(74)，將已完成加工的磁流變液(42)排出工作槽(1)。
[0103]本發(fā)明的集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置，首先通過巧妙地應用軟磁性材料的磁化、退磁快的特性和條形永久磁鐵中間磁場極弱而兩端磁場極強的特性，實現(xiàn)了具有弱磁極作為引子的平行四邊形裝夾機構(gòu)在密閉空間內(nèi)對工件的快速裝夾;其次本發(fā)明創(chuàng)新地采用磁極交錯對稱的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)拋光墊對工件的壓力平衡，并且通過偏心凸輪結(jié)構(gòu)實現(xiàn)偏擺主軸擺動，而偏心主軸的擺動實現(xiàn)了眾多具有相同偏心距的偏心凸輪軸旋轉(zhuǎn)，從而突破性地實現(xiàn)了眾多緊密陣列排布的永磁鐵在同步轉(zhuǎn)動而使磁極端面的靜態(tài)磁力線轉(zhuǎn)變?yōu)榻换サ膭討B(tài)磁力線，動態(tài)磁力線促使磁流變液形成的柔性拋光墊動態(tài)分布而降低柔性拋光墊的剛度并促使柔性拋光墊性能的恢復;加工過程中通過對稱調(diào)節(jié)可變剛度集群磁控拋光墊發(fā)生機構(gòu)端面與工件表面的距離，能很好地實現(xiàn)一次加工即可完成工件雙面粗拋光到精拋光的全過程;采用水平和垂直直線電機組合的方式實現(xiàn)工件的復雜運動軌跡，避免了傳統(tǒng)加工過程中工件不同位置與拋光墊之間的相對速度不一致而造成工件加工不均勻的重要問題；同時，本發(fā)明的集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置適用于普通的磁流變雙面拋光和磁流變化學機械雙面拋光，所需的磁流變液只需填充到一個極小的密閉工作區(qū)域中，大大節(jié)省了耗材的成本。可見，采用本發(fā)明所獲得的工件表面一致性好，加工效率高，而且無表面和亞表面損傷，而且成本低，非常適合大直徑光學元件的平面高效率超光滑均勾拋光加工。
[0104]以上對本發(fā)明所提供的一種集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置和方法進行了詳細介紹，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實施例的思想，在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制。
【主權(quán)項】
1.一種集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置，其特征在于，包括:可變剛度集群磁控拋光墊發(fā)生機構(gòu)、工件快速裝夾機構(gòu)和工件運動驅(qū)動機構(gòu)； 所述可變剛度集群磁控拋光墊發(fā)生機構(gòu)包括對稱設(shè)置的第一磁場發(fā)生塊和第二磁場發(fā)生塊;所述第一磁場發(fā)生塊和第二磁場發(fā)生塊均包括:殼體、偏擺主軸、偏心凸輪軸、磁鐵安裝座、永磁鐵和電機； 偶數(shù)個永磁鐵一端安裝在具有偶數(shù)陣列孔的磁鐵安裝座上，另一端安裝于偏心凸輪軸的端面內(nèi)；偏擺主軸的大端與偏心凸輪軸連接，偏擺主軸的軸端連接固定在殼體上；電機固定在殼體上，通過傳動結(jié)構(gòu)帶動所述偏擺主軸轉(zhuǎn)動； 所述第一磁場發(fā)生塊和第二磁場發(fā)生塊在相向移動機構(gòu)的帶動下前后相向運動； 所述工件快速裝夾機構(gòu)包括工作槽、夾板、連桿、鉸板、固定鉸、方形磁鐵、電工軟鐵塊、圓環(huán)形鑄鐵和條形永磁鐵； 所述工作槽設(shè)置于所述第一磁場發(fā)生塊和第二磁場發(fā)生塊之間，其中部形成一容置工件的加工空間；所述工作槽的兩端均設(shè)有夾板，所述夾板的外側(cè)面通過兩條平行設(shè)置的連桿與所述工作槽的內(nèi)壁活動連接;所述工作槽內(nèi)壁、所述夾板和兩條對應的所述連桿之間組成平行四邊形;所述夾板兩端面之間為圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)伸入所述加工空間內(nèi)夾持住所述工件，所述夾板一端與鉸板的一端活動連接，所述鉸板的另一端通過活動鉸鏈與固定鉸的一端連接;所述固定鉸的另一端與安裝有所述方形磁鐵的方形防護套固定連接;兩塊電工軟鐵塊設(shè)置在所述工作槽的兩端，與兩個所述方形磁鐵匹配設(shè)置;所述電工軟鐵塊通過黃銅連接一中間具有圓柱孔的長方體，圓柱孔內(nèi)安裝有所述圓環(huán)形鑄鐵，所述條形永磁鐵安裝于所述圓環(huán)形鑄鐵內(nèi)； 所述工件運動驅(qū)動機構(gòu)包括支撐塊、橫梁、水平直線電機、垂直梁和垂直直線電機;支撐塊對稱位于所述雙面拋光裝置的底座上方，上方安裝有橫梁的水平直線電機兩端固定于支撐塊的上方，所述橫梁兩端固定安裝有垂直梁，所述垂直梁上安裝有垂直直線電機，所述工作槽左右兩側(cè)面固定在所述垂直直線電機上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置，其特征在于，所述相向移動機構(gòu)包括:平動直線電機、精密雙面齒條和兩個精密單面齒條； 所述平動直線電機安裝在所述底座上方，平動直線電機上安裝有對稱結(jié)構(gòu)的精密雙面齒條，精密雙面齒條兩側(cè)分別通過齒輪與兩個精密單面齒條嚙合;兩個所述精密單面齒通過前后方向的直線導軌安裝于底座上，并分別布置于所述精密雙面齒條的兩側(cè)； 所述第一磁場發(fā)生塊和第二磁場發(fā)生塊的殼體分別與所述精密雙面齒條和兩個所述精密單面齒條連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置，其特征在于，所述傳動結(jié)構(gòu)包括小帶輪、大帶輪、小平鍵、大平鍵和V型帶； 所述小帶輪和大帶輪分別通過小平鍵和大平鍵固定于所述電機的電機軸和所述偏擺主軸上，小帶輪和大帶輪之間通過所述V型帶連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置，其特征在于，偏擺主軸的軸端軸承位置存在著主軸偏心距，偏心凸輪軸的小端軸承位置存在著凸輪軸偏心距，所述主軸偏心距和凸輪軸偏心距的數(shù)值相等，偏心方向相反。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置，其特征在于，所述永磁鐵的磁場強度在100Gs?5500Gs之間，方形磁鐵的磁場強度在200Gs?1200Gs之間，條形永磁鐵的磁場強度在2000Gs?4000Gs之間，安裝于同一個所述磁鐵安裝座的圓柱形永磁鐵相鄰之間異極分布，安裝在不同所述磁鐵安裝座的圓柱形永磁鐵兩兩互相對應，且接近短磁極異向。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置，其特征在于，所述工件快速裝夾機構(gòu)還包括用于放置工件的圓形保持架，以及設(shè)置在所述保持架周圍并與所述保持架的圓弧邊相互嚙合的左齒輪、右齒輪、上齒輪和下齒輪； 所述左齒輪、右齒輪、上齒輪和下齒輪安裝在所述工作槽內(nèi)，其中，所述左齒輪和所述右齒輪對稱安裝，所述上齒輪和所述下齒輪對稱安裝； 所述左齒輪、右齒輪、上齒輪和下齒輪中至少一個與步進電機連接。7.—種集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光方法，應用于如權(quán)利要求1至6中任一項所述的集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置，其特征在于，包括: 步驟一、根據(jù)工件的尺寸和材料性能，選取相應磁場強度的所述永磁鐵，并調(diào)節(jié)條形永磁鐵的位置使條形永磁鐵的磁極方向與方形磁鐵垂直； 步驟二、將工件放置于工作槽內(nèi)并使工件邊緣除于夾板之間，調(diào)節(jié)條形永磁鐵的位置使條形永磁鐵的磁極方向與方形磁鐵磁極方向一致，電工軟鐵塊在條形永磁鐵作用下迅速磁化產(chǎn)生吸力吸緊方形磁鐵，從而通過鉸板、夾板、固定鉸、連桿的相互作用下拉動夾板產(chǎn)生夾緊力夾緊所述工件； 步驟三、通過在去離子水中加入如下三種磨料中的至少兩種磨料，三種磨料分別是濃度為3 %?8 %的微米級磨料、濃度為3 %?10 %的亞微米級磨料、濃度為2 %?10 %的納米級磨料，及去離子水中加入濃度為5 %?20 %的亞微級羰基鐵粉及濃度為5 %?25 %的微米級羰基鐵粉，及加入濃度為3 %?15 %的分散劑和濃度為I %?6 %的防銹劑，充分攪拌后通過超聲波震動5?30分鐘，然后選擇性加入能與工件發(fā)生化學反應的濃度為I %?10 %的化學液體，選擇性加入能促成工件與化學液體反應速度的催化劑，再通過超聲波震動2?10分鐘，形成磁流變液； 步驟四、將所述磁流變液倒入工作槽內(nèi)使磁流變液漫過工件，通過所述相向移動機構(gòu)調(diào)節(jié)磁鐵安裝座端面到工作槽前后兩側(cè)的距離為0.5_?10mm，磁流變液在形成陣列的所述永磁鐵的作用下迅速固化為柔性拋光墊，磁極交錯對稱的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)拋光墊對工件的壓力平衡； 步驟五、啟動電機，帶動偏擺主軸繞主軸偏心距偏心擺動，偏擺主軸的偏心擺動迫使各偏心凸輪軸與圓柱形永磁鐵一起同步轉(zhuǎn)動，使圓柱形永磁鐵端面的靜態(tài)磁力線轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)磁力線； 步驟六、啟動水平直線電機和垂直直線電機帶動工作槽和工件運動，使工件與磁流變液形成的柔性拋光墊形成預設(shè)軌跡的平面相對運動，磁流變液形成的柔性拋光墊同時對工件的兩表面材料以及腐蝕層進行機械去除； 步驟七、在加工過程中通過所述相向移動機構(gòu)調(diào)節(jié)磁鐵安裝座端面到工作槽前后兩側(cè)的距離逐漸變大，促使磁流變液形成的柔性拋光墊剛度進一步逐漸降低，降低施加于工件的作用力，完成工件粗加工到精加工全過程； 步驟八、停止所述水平直線電機、垂直直線電機和所述電機，調(diào)節(jié)條形永磁鐵的位置使條形永磁鐵的磁極方向與方形磁鐵磁極方向相反，釋放并取出工件。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的集群動態(tài)磁場控制拋光墊剛度的雙面拋光裝置，其特征在于，所述工件為玻璃基板、單晶SiC基片、單晶Si基片、藍寶石基片、多晶半導體基片、陶瓷基片或金屬基片。
【文檔編號】B24B27/00GK105904333SQ201610406771
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】潘繼生, 閻秋生, 李衛(wèi)華
【申請人】廣東工業(yè)大學