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专利摘要

本发明公开了一种轴承套圈接触式超精密化学机械抛光装置及方法，抛光装置包括第一调心模块、第二调心模块、样品旋转模块、样品夹持模块、抛光模块和机座；第二调心模块调节样品夹持模块位置，带动样品夹持模块上的套圈，使套圈与样品旋转模块同轴，第一调心模块调节抛光模块位置，带动抛光模块上的抛光头，使抛光头与套圈同轴。抛光头高速旋转进行抛光，样品低速旋转均化误差，配合实现套圈超精密抛光。化学机械抛光液包括0.01～40wt％的胶体二氧化硅、0～10wt％的过氧化氢、剩余为水，pH值2‑11。本发明针对性设计内、外套圈抛光头和夹具；控制样品旋转模块和抛光模块转速，均化误差，实现套圈表面均匀抛光；针对不锈轴承钢设计抛光液，实现纳米级表面粗糙度。 ......

基本信息

专利类型:
发明专利
申请/专利号:
CN202210197054.6
申请日期:
2022-03-01
专利申请人:
西南交通大学
分类号:
B24B37/02 ; B24B37/11 ; B24B37/27 ; B24B37/34 ; B24B41/02 ; B24B47/12 ; B24B41/04 ; B24B57/02 ; B24B1/00 ; C09G1/02
发明/设计人:
江亮，黄朝蓬，钱林茂，张韶华，周宁宁，陈宇
权利要求: 1.一种轴承套圈接触式超精密化学机械抛光装置，其特征在于：包括第一调心模块、第二调心模块、样品旋转模块、样品夹持模块、抛光模块和机座；所述机座上分别设置有所述样品旋转模块和所述第一调心模块，所述第一调心模块上设置有所述抛光模块，所述样品旋转模块上设置有所述第二调心模块，所述第二调心模块上设置有所述样品夹持模块，所述第二调心模块用于带动所述样品夹持模块在水平方向上移动，从而使所述样品夹持模块上的所述轴承套圈与所述样品旋转模块同轴，所述第一调心模块用于带动所述抛光模块在水平方向和竖直方向上移动，从而使所述抛光模块的抛光头与所述轴承套圈同轴，所述样品旋转模块用于驱动所述第二调心模块旋转，所述样品夹持模块跟随所述第二调心模块旋转，从而带动所述轴承套圈旋转，所述样品夹持模块针对性提供夹具用于夹持所述轴承套圈，所述抛光模块针对性提供抛光头用于对所述轴承套圈进行抛光；所述第一调心模块包括电机架、第一支撑杆、第二支撑杆和开口固定环；所述第二支撑杆底部设有圆柱孔，圆柱孔内插入所述机座自带的圆柱杆，通过螺栓固定连接，所述第一支撑杆位于所述第二支撑杆上，所述第一支撑杆远离所述电机架的一端设置有第一连接板，所述第二支撑杆远离所述机座的一端设置有与第一连接板匹配连接的第二连接板，所述第一连接板和所述第二连接板上设有孔槽，所述第一连接板沿着孔槽相对所述第二连接板移动，使所述第一支撑杆相对所述第二支撑杆在水平方向上移动，调整好位置后用螺栓连接固定，所述电机架位于所述第一支撑杆上，所述电机架相对所述第一支撑杆在竖直方向上移动，调整好位置后，设置在所述电机架上的所述开口固定环用于固定所述电机架。2.根据权利要求1所述的一种轴承套圈接触式超精密化学机械抛光装置，其特征在于，所述第二调心模块包括：二维工作台、上定位孔、下定位孔、带刻度的第一方向旋钮和第二方向旋钮；所述二维工作台通过旋转所述两个带刻度的第一方向旋钮和第二方向旋钮控制台面向第一方向和第二方向移动，两个方向互相垂直，所述二维工作台台面上方设置有多个所述上定位孔，用于固定所述样品夹持模块，所述二维工作台下方设置有四个所述下定位孔，用于将所述二维工作台用螺钉固定在所述样品旋转模块上，使所述二维工作台跟随所述样品旋转模块旋转。3.根据权利要求1所述的一种轴承套圈接触式超精密化学机械抛光装置，其特征在于，所述样品夹持模块包括：轴承套圈夹具、抛光液液池和垫块；所述轴承套圈夹具固定在所述抛光液液池内，所述抛光液液池固定在所述垫块上的圆槽内，所述圆槽的内径与所述抛光液液池的外径相同，在此基础上，所述抛光液液池和所述垫块通过销钉固定连接，限制所述抛光液液池相对于所述垫块旋转，所述垫块通过销钉固定连接在所述第二调心模块上，跟随所述第二调心模块移动和旋转，抛光结束后取出所述垫块，向下移动所述样品夹持模块，将所述轴承套圈与所述抛光头分开，取出所述轴承套圈。4.根据权利要求3所述的一种轴承套圈接触式超精密化学机械抛光装置，其特征在于，所述轴承套圈夹具包括：轴承外套圈夹具、轴承内套圈夹具；所述轴承外套圈夹具底部为一个外径与所述抛光液液池内径相同的圆盘底座，圆盘底座上方为一个与之同轴的圆柱，圆柱内部有一个与之同轴的阶梯孔，阶梯孔上部内径略大于所述轴承外套圈外径，方便所述轴承外套圈放入，阶梯孔上部有四个螺纹孔，通过螺钉拧紧固定所述轴承外套圈，防止其转动，阶梯孔下部内径小于所述轴承外套圈外径，且大于所述轴承外套圈内径，圆柱周围均匀设置四个缺口，方便抛光液进入；所述轴承内套圈夹具底部为一个外径与所述抛光液液池内径相同的圆盘底座，圆盘底座上方为一个与之同轴的阶梯轴，阶梯轴上部直径与所述轴承内套圈内径相同，所述轴承内套圈通过过盈配合安装在阶梯轴上部，阶梯轴下部直径大于所述轴承内套圈内径，小于所述轴承内套圈外径。5.根据权利要求1所述的一种轴承套圈接触式超精密化学机械抛光装置，其特征在于，所述抛光模块包括：电机、控制器和抛光头；所述电机固定在所述电机架的中心，所述抛光头通过键连接在电机轴上，通过调整所述控制器使所述电机达到设定转速，带动所述抛光头旋转，使所述抛光头与所述轴承套圈产生相对运动，从而达到抛光效果。6.根据权利要求5所述的一种轴承套圈接触式超精密化学机械抛光装置，其特征在于，所述抛光头由衬底和抛光垫两部分组成，所述抛光垫粘附在所述衬底表面，所述衬底和所述抛光垫均采用柔性材料，所述衬底材料为硅胶、橡胶或硅橡胶，所述抛光垫材料为聚氨酯、羊毛、牛皮或尼龙。7.根据权利要求5所述的一种轴承套圈接触式超精密化学机械抛光装置，其特征在于，所述抛光头包括：轴承外套圈抛光头、轴承内套圈抛光头；所述轴承外套圈抛光头的衬底为圆柱，上部有一个内径与电机轴外径相同的圆柱孔，且附带键槽，圆柱外表面粘附抛光垫后，外径与所述轴承外套圈内径相同；所述轴承内套圈抛光头的衬底为圆柱，上部有一个内径与电机轴外径相同的圆柱孔，且附带键槽，下部有一个圆柱孔，圆柱孔内表面粘附抛光垫后，内径与所述轴承内套圈外径相同。8.一种轴承套圈接触式超精密化学机械抛光方法，其特征在于，采用上述权利要求1-7任意一项所述的一种轴承套圈接触式超精密化学机械抛光装置，包括以下步骤：S1、将所述第二调心模块固定安装在所述样品旋转模块上，将所述轴承套圈安装在所述样品夹持模块上，将所述样品夹持模块固定安装在所述第二调心模块上，依次安装所述第一调心模块、所述抛光模块，通过所述第一调心模块和所述第二调心模块分别调整所述抛光头和所述轴承套圈的位置，使所述抛光头、所述轴承套圈和所述样品旋转模块三者同轴；S2、配制化学机械抛光液，搅拌均匀，倒入抛光液液池中；S3、设置抛光工艺参数，包括环境温度、所述抛光模块转速、所述样品旋转模块转速、抛光时间，进行抛光；S4、抛光结束后，取下所述轴承套圈，检测抛光后的表面质量，若未达到要求，重复进行S3，直至达到要求。9.根据权利要求8所述的一种轴承套圈接触式超精密化学机械抛光方法，其特征在于：所述化学机械抛光液包括0.01~40 wt%的胶体二氧化硅、0~10 wt%的过氧化氢、剩余为水，pH值2-11。