硬磁盘基片研磨中修盘工艺磨削轨迹分析及优化(1)

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 2009年 2月 第 34卷 第 2期 润滑与密封 LUBR ICATION ENGINEER ING Feb12009 Vol134 No12 收稿日期 : 2008 - 05 - 13 作者简介 : 卢万佳 (1978—) , 男 , 硕士研究生 , 目前从事精密 抛光工艺的研究 1E2mail: wjlu@ kaifa1com1hk1 硬磁盘基片研磨中修盘工艺磨削轨迹分析及优化 卢万佳　李维民　杨　华 (深圳开发磁记录股份有限公司　广东深圳 518035) 摘要 : 为提高硬磁盘基片平面研磨的加工品质 , 利用计算机仿真对其研磨盘的修盘工艺进行运动学模拟 , 通过统计 修盘器磨片相对研磨盘所划出的轨迹分布 , 提出了轨迹密度的概念 , 通过实验证明 , 轨迹密度可以 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 征修盘后研磨盘的 大致形貌。通过对修盘转速配比和修盘器结构的优化 , 实现了均匀的轨迹密度分布。 关键词 : 研磨 ; 修盘器 ; 轨迹密度 中图分类号 : TH11711　文献标识码 : A　文章编号 : 0254 - 0150 (2009) 2 - 068 - 3 On the Analysis and Optim iza tion of W ear Track of Grind ing Stone Dressing Process for Computer Hard Drive D isk Substra te Lu W an jia　Le e W e im ing　Ya ng Hua ( Shenzhen Kaifa Magnetic Recording Co. , L td. , Shenzhen Guangdong 518035, China) Abstract: To imp rove the quality of the disk substrate, the dressing p rocess was analyzed and op tim ized by the comput2 er simulation. Based on the kinematical model of the p lanet lapp ing machine, the distribution of the dresser tracks was nu2 merically simulated, and the concep t of track density was put forward. A s the result of the experiment, the track density can characterize the p rofile of the grinding stone after the dressing p rocess. By the op tim ization of the grinding stone p rocess motion and the structure, the uniform track density distribution is achieved. Keywords: grinding; dresser; track density 　 精密平面研磨是精密加工中最重要的方法之一 , 在制造业占有非常重要的地位 , 以硬磁盘基片为例 , 就是通过精密研磨工艺获得极高精度的盘基片宏观平 面度以及盘片厚度。硬磁盘基片的研磨盘主要由磨粒 和粘结剂 2种成分组成 , 通过与工件的相对运动实现 材料去除。在平面研磨过程中 , 研磨盘的精度是决定 研磨零件品质的重要因素。但是研磨盘平板经过一段 时间研磨后 , 由于磨损强度不均匀会导致研磨盘不平 整 , 造成同批次盘片质量参数不一致 ; 而且表面磨粒 与粘结剂形成的微孔会被磨屑淤塞 , 造成磨削效率下 降。因此需要采用金刚石修盘器对研磨盘进行修整 , 使其露出新鲜、平整的研磨表面。研磨盘的修整采用 修盘器与研磨盘互研的方法 , 通过调整中心齿轮、外 齿圈以及上下盘的转速 , 从而得到修整研磨盘磨石的 不同效果。但是修盘工艺参数对研磨盘修整效果的影 响往往需要长期的经验积累 , 与工艺条件和操作者的 技艺有着密切关系 , 这对科学地制定修盘工艺流程非 常不利。 在硬磁盘基片生产过程中 , 虽然通过长期生产实 践 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 得到了一些经验 , 但最终还很难达到均匀地修 整研磨盘 , 面对新型号的机床 , 还需要重新利用大量 的试验进行摸索 , 费时费力。基于上述原因 , 本文作 者建立了修盘机构的运动学仿真模型 , 将修盘器上金 刚石磨片简化为一点 , 并计算得到磨片相对磨石划出 的轨迹 , 统计在径向方向上各个区间内轨迹线与半径 相交的交点个数 , 以其表征轨迹的分布密度。就理论 而言 , 修盘器完全靠金刚石磨片对磨石进行修整磨 削 , 因此 , 假设修盘压力分布均匀 , 磨片轨迹划过的 范围和频度决定了对磨石的去除量。经实验证明 , 仿 真结果与实验结果基本一致 , 表明采用模型可模拟出 相同转速参数下实际研磨盘的修整效果 , 避免了靠操 作者经验带来的不确定性 , 节省了实验分析的大量人 力物力。仿真模型对优化修盘转速配比和修盘器布局 具有重要指导意义。 1　机构仿真程序的建立 行星式平面研磨机是硬磁盘基片研磨的主要设 备 , 机构简图如图 1所示 , 机构运动包含 4个转速 : 中心齿轮转速ωS ( Sun Gear Speed)、外齿圈转速ωR (R ing Gear Speed)、上 /下研磨盘转速 ωP ( Upper/ Lower Plate Speed)。修盘器运动速度包括围绕中心齿 轮的公转和修盘器相对自身中心的自转。修盘器结构 如图 1所示 , 它利用修盘器上分布的金刚石磨片 , 通 过修盘器与磨石的相对运动实现对研磨盘的切削修 整。 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 为建立运动方程 , 设固定坐标系 XOY在机构中 心 , 第一动坐标 X′O′Y′固定在修盘器中心上 , 建立 机构解析方程如下。 系杆角速度 : ωH = ωS + ZR ZS ωR 1 + ZR ZS ( 1) 设修盘器上一个磨片为 P点 , 其相对于研磨盘 的运动轨迹方程为 : XP YP = cos( (ωH +ωL -ωP )·t +β) cos( (ωH -ωP )·t) sin ( (ωH +ωL -ωP )·t +β) sin ( (ωH -ωP )·t) · ρ OO′ (2) 式中 : ρ为磨片到修盘器中心的距离 ; β为磨片的初 始角度。 图 1　修盘机构简图 Fig 1　Sketch of grinding machine 以上述解析方程作为基础 , 建立修盘器的运动学 模型。按照生产过程进行运动学仿真 , 模拟修盘过程 1 s所得轨迹分布图和局部放大图如图 2所示 , 右边 放大图中点代表修盘器磨片 , 曲线代表磨片在研磨石 上划出的轨迹。从图中可直观地分析轨迹线的疏密程 度 , 但为了量化磨片轨迹分布的集中程度 , 本文作者 引入了轨迹密度的概念。 图 2　轨迹分布及局部放大示意图 Fig 2　Track distribution and its local magnification 取研磨盘的一条半径进行研究 , 如图 2左边放大 图中所示的直线 , 求取修盘器上磨片划过研磨盘的轨 迹与这条半径的交点。为统计研磨盘上不同位置的交 点个数 , 将研磨盘半径分为 21个区域 , 研磨盘内径 第一个区域的区域序号为 1, 靠近外径区域序号为 21, 统计区域内轨迹线与半径的交点个数 , 以此表征 轨迹密度。为更加直观地分析 , 将各个区域内的交点 个数利用柱状图表示 , 如图 3所示 , 每根单柱代表这 一区域内交点的个数 , 柱状图的高低变化表征了轨迹 密度的分布 , 交点个数的整体平均值表征了轨迹线的 疏密 , 而标准方差则表征了轨迹线分布的均匀程度。 按照理论分析 , 交点个数越多的区域 , 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 磨石经历 磨削的次数相对较多 , 去除量也会相对较大。 图 3　轨迹密度分布 Fig 3　Track density distribution 2　实验验证 图 4　仿真结果与实测结果的比较 Fig 4　Comparison of simulation results and test results 为验证模型仿真的正确性 , 按照与实际修盘工艺 完全相同的转速配比进行仿真 , 将仿真得到的研磨下 盘轨迹密度分布曲线与实际测得的磨石厚度形态曲线 进行对比 , 对比结果如图 4所示。为便于比较轨迹密 度曲线与研磨盘厚度的关系 , 将交点个数数轴按逆序 排列。由对比结果可知 , 仿真所得的修盘器形状与实 际测量所得结果并不完全一致 , 但研磨盘大体形态接 近 , 这说明轨迹密度并不是决定研磨盘磨石去除量的 唯一因素。研磨盘修盘压力分布、修盘过程中磨石形 态以及修盘器磨片大小等都对磨石去除量有一定影 响 ; 在仿真过程中 , 将修盘器磨片简化为一点会带来 计算误差 ; 轨迹密度统计区域的离散 , 导致无法连续 地考察半径方向上轨迹线密度的分布。另外 , 在实验 中对磨石厚度的测量误差以及测量位置也会带来仿真 与实际结果的差异。因此 , 轨迹密度与实际修盘后磨 石的形态不可能完全一一对应 , 但后经多次实验证 明 , 仿真模型得到的轨迹密度曲线与磨石修盘后的实 962009年第 2期 卢万佳等 : 硬磁盘基片研磨中修盘工艺磨削轨迹分析及优化 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 际形态密切相关 , 轨迹密度可以较为准确地描绘出研 磨盘修盘后磨石的大概形貌 , 这说明轨迹密度分布是 决定修盘后研磨盘形态的重要影响因素。 3　工艺参数以及修盘器优化 研磨盘的平整度是影响精密研磨加工品质的关键 因素。不平整的研磨盘会造成研磨压力不均匀 , 导致 摆放在料架齿轮片上不同位置的工件加工厚度不一 致 , 严重时还会影响工件的平面度等其它质量参数。 按照上述轨迹密度分布与修盘后磨盘形态的关 系 , 理想的修盘轨迹密度分布应为一条水平线。要满 足这一要求首先需要轨迹密度柱状图以中心为轴左右 对称。经过转速配比优化后 , 作者发现原有的修盘器 虽然可以实现左右对称的轨迹密度分布 , 但无法得到 水平的轨迹密度分布。如图 5所示 , 修盘器相对研磨 盘的磨削轨迹虽然左右对称 , 但研磨盘靠近内外径的 位置所经历的修盘器磨片磨削次数明显高于中径 , 各 区域内交点个数最多的有 293, 最少的只有 148, 交 点个数的标准偏差达到了 50, 因此必须通过优化修 盘器上磨片的分布才能达到理想的轨迹分布。 图 5　速度配比优化结果 Fig 5　Op tim ization results of p rocess motion 通过优化修盘器各圈磨片数量以及分布圆直径 , 根据仿真模型评估优化结果 , 得到最终优化 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。其 优化结果如图 6所示 , 经过修盘器结构优化 , 在相同 的转速配比工况下 , 轨迹密度分布的均匀性得到了明 显改善 , 各区域内交点个数最多的为 243, 最少的为 182。与图 5结果进行比较 , 整体交点个数平均值相 差很少 , 而交点个数的标准偏差值从 50降到了 19, 这说明修盘器的优化对改善修盘均匀性具有明显的效 果。 图 6　修盘器结构优化结果 Fig 6　Optim ization results of grinding stone configuration 4　结论 (1) 建立了行星式平面研磨机构修盘仿真模型。 经实验证明 , 该模型可正确地模拟出相同转速参数下 实际研磨盘的修整效果。 (2) 为了量化磨片轨迹分布的集中程度 , 引入 了轨迹密度的概念。通过对转速配比和修盘器结构的 优化 , 实现了均匀的轨迹密度分布。 参考文献 【1】冯连东 , 吕玉山 , 哈兰涛. 硬磁盘基片研磨的运动分析 [ J ]. 沈阳工业学院学报 , 2004, 23 (4) : 14 - 18. 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