论文部分内容阅读
硅片是目前制造集成电路芯片中重要的衬底材料。在IC芯片制程中,超精密磨削技术主要用于硅片制备中的平整化加工和后道制程中的硅片背面减薄加工。随着IC芯片不断向高集成化和高性能化方向的发展,在获得超光滑无损伤的表面质量且兼顾磨削效率方面,给超精密硅片磨床提出了新的挑战。超精密进给系统是硅片磨床中的关键部件,是一种具有复杂结构的机电产品。为提高硅片磨床的加工性能和运动精度,其进给系统必须具有良好的结构静、动态性能。本文综合运用虚拟样机、有限元分析和机电协同仿真等技术对进给系统的动态性能进行分析。论文的主要研究的内容如下:1.介绍了硅片磨床的研究现状,进给系统的性能要求以及虚拟样机技术和机电协同仿真技术的研究现状与发展趋势。2.分析了硅片磨床进给系统的结构特点,确定了进给系统的结构方案;应用工程设计软件Pro/Engineer,建立了硅片磨床进给系统的三维模型;提出了硅片磨床进给系统的超精密定位和速度控制方案;提出了以虚拟样机技术和运动控制仿真为核心的技术路线和研究方案。3.应用有限元分析软件ANSYS分析了关键零件滚珠丝杠的模态;在虚拟样机软件ADAMS中建立了刚柔耦合的进给系统模型,分析了进给系统的运动学特性。4.综合考虑了丝杠柔性化和接触刚度阻尼对系统振动性能的影响,计算了丝杠螺母的接触刚度、导轨滑块的接触刚度和丝杠轴承的接触刚度等;分析了磨床进给系统的受迫振动情况和受迫激振源,利用ADAMS/Vibration模块对进给系统的刚柔耦合模型进行了振动分析,获得了系统模态分布及砂轮的频响函数。5.设计了基于ADAMS和MATLAB/Simulink的机电协同仿真方案,建立了进给系统控制环节的数学模型,推导了各环节的传递函数模型,创建了进给伺服系统的机电协同仿真模型,并通过响应波形对控制系统的PID参数进行整定;对进给系统的低速进给工况进行了仿真分析,验证了设计方案的可行性。