多参数自主调节的液膜剪切抛光装置及抛光方法

本发明涉及超精密抛光，更具体的说涉及多参数自主调节的液膜剪切抛光装置及使用该装置实现的抛光方法。

背景技术：

1、非牛顿流体在剪切速率大于某一临界值时会形成剪切流变效应，固体胶态粒子聚合成大量“粒子簇”，可增强对磨粒的把持作用，带动磨粒对工件进行柔性抛光，实现材料去除的同时又可避免硬质大颗粒对工件的机械划伤；抛光过程中，利用结构化抛光盘的旋转运动在其与工件之间产生具有高速剪切作用的非牛顿流体液膜，形成液膜剪切效应，增强抛光液的水平剪切去除效果，实现工件表面材料的高效去除。

2、加入化学效应可以使工件表面生成一层氧化层，进而软化工件表面，提高液膜剪切抛光去除效率。然而，化学增强效应下液膜剪切抛光过程中ph会受到各种因素影响从而发生变化，如工件与抛光液成分发生化学反应，抛光液成分挥发等。同时工件与抛光液之间力与温度的改变会直接影响到剪切流变效应。ph值与剪切流变效应的变化会直接影响到抛光过程的稳定性。现阶段，抛光设备只能通过人工操作对抛光初始参数进行设定，无法解决加工过程中因抛光环境变化带来的不稳定性，使得加工后工件不良率较高，进而导致整体抛光成本较高。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足之处，本发明提供了多参数自主调节的液膜剪切抛光装置以及用该装置实现的抛光方法。本发明的技术方案中，抛光时，由控制模块通过bp网络神经模型对当前抛光ph值、抛光温度及工件压力进行评估，再通过遗传优化算法寻找最优抛光参数，最后对抛光参数进行自主调节，有效消除加工过程中因抛光环境变化带来的不稳定性，实现高效、高质量、稳定的抛光加工。

2、对于装置，本发明的技术方案如下：

3、多参数自主调节的液膜剪切抛光装置，包括机座，以及对应设于机座上的抛光盘模块和工件夹持驱动模块；所述抛光盘模块包括结构化抛光盘和抛光液槽；所述抛光液槽用于放置抛光液，可以由抛光盘驱动装置驱动旋转；所述结构化抛光盘固定设于抛光液槽内；所述结构化抛光盘的上表面成组设有呈放射状分布的楔形槽；所述工件夹持驱动模块设于结构化抛光盘上方，其包括用于夹持工件的载物盘，所述载物盘可以由载物盘驱动装置驱动旋转，且可以调节高度；所述载物盘的下侧设有温度传感器和压力传感器，所述抛光液槽的槽壁上设有ph传感器，所述抛光液槽上方设有ph调节模块，所述ph调节模块能够向抛光液槽中添加ph调节剂；所述ph调节模块具有两套，分别用于添加碱性试剂和酸性试剂；所述温度传感器、压力传感器、ph传感器、ph调节模块，以及抛光盘驱动装置和载物盘驱动装置均与控制模块信号连接；抛光时，温度传感器、压力传感器、ph传感器对抛光过程中抛光液ph值、工件压力和工件附近抛光液温度进行实时检测，并将数据传送给控制模块，控制模块通过bp网络神经模型对当前抛光ph值、抛光温度及工件压力进行评估，再通过遗传优化算法寻找最优抛光参数，最后对抛光参数进行自主调节。

4、与现有技术相比，本发明的多参数自主调节的液膜剪切抛光装置能够在抛光时，由温度传感器、压力传感器、ph传感器对抛光过程中抛光液ph值、工件压力和工件附近抛光液温度进行实时检测，并由控制模块通过bp网络神经模型对当前抛光ph值、抛光温度及工件压力进行评估，再通过遗传优化算法寻找最优抛光参数，最后对抛光参数进行自主调节，有效消除加工过程中因抛光环境变化带来的不稳定性，从而提升抛光后工件的良品率，降低整体抛光成本。

5、进一步，前述的多参数自主调节的液膜剪切抛光装置中，所述ph调节模块包括储液箱，用于储存酸碱试剂，储存箱上设有进液口和出液口，进液口用于添加试剂，出液口处设有控制阀和供液泵。由此，可以精确控制酸碱试剂的添加量。

6、进一步，前述的多参数自主调节的液膜剪切抛光装置中，所述抛光液槽上设有排液口，排液口中设有堵头。由此，可以在加工后排出抛光液，便于抛光液槽的清理工作。

7、进一步，前述的多参数自主调节的液膜剪切抛光装置中，所述机座上设有废液槽，所述抛光液槽位于废液槽内，所述废液槽通过管路与回收容器连通。这种结构易于实施，且使用非常方便。

8、对于方法，本发明提供如下技术方案：

9、化学增强效应下多参数自主调节的液膜剪切抛光方法，该方法使用前述本发明的多参数自主调节的液膜剪切抛光装置实现。

10、与现有技术相比，本发明的液膜剪切抛光方法使用前述本发明的多参数自主调节的液膜剪切抛光装置实现，在抛光过程中对抛光参数进行自主调节，有效避免因抛光环境变化影响加工质量，实现高效、高质量、稳定的加工，降低加工后工件不良率。

11、作为优化，前述的多参数自主调节的液膜剪切抛光方法中，抛光前输入抛光盘转速，工件转速，抛光时间；参数自主调节过程可以为：开始抛光后，首次检测工件压力、温度和抛光液ph值，通过bp神经网络模型计算初始综合评分y1；抛光过程中实时检测工件压力、温度和抛光液ph值，通过神经网络模型对以上参数进行评估得到评估值y2，将y2与y1进行比较，若浮动范围超过设定百分比，通过遗传算法寻找最优参数，并进行抛光盘转速、工件转速及ph值参数调控，之后重新计算评估值y2，直到符合条件，完成一次调控循环。

12、进一步，所述设定百分比的取值可以为0.4-1％。

13、进一步，每次供液泵向抛光液槽加入2-3ml调节试剂。

14、进一步，前述的多参数自主调节的液膜剪切抛光方法用于钨合金的抛光加工。

技术特征：

1.多参数自主调节的液膜剪切抛光装置，其特征在于：包括机座(1)，以及对应设于机座(1)上的抛光盘模块和工件夹持驱动模块；所述抛光盘模块包括结构化抛光盘(2)和抛光液槽(3)；所述抛光液槽(3)用于放置抛光液，可以由抛光盘驱动装置驱动旋转；所述结构化抛光盘(2)固定设于抛光液槽(3)内；所述结构化抛光盘(2)的上表面成组设有呈放射状分布的楔形槽(201)；所述工件夹持驱动模块设于结构化抛光盘(2)上方，其包括用于夹持工件的载物盘(4)，所述载物盘(4)可以由载物盘驱动装置驱动旋转，且可以调节高度；

2.根据权利要求1所述的多参数自主调节的液膜剪切抛光装置，其特征在于：所述ph调节模块(8)包括储液箱(801)，用于储存酸碱试剂，储存箱(801)上设有进液口和出液口，进液口用于添加试剂，出液口处设有控制阀(802)和供液泵(803)。

3.根据权利要求1所述的多参数自主调节的液膜剪切抛光装置，其特征在于：所述抛光液槽(3)上设有排液口，排液口中设有堵头(301)。

4.根据权利要求3所述的多参数自主调节的液膜剪切抛光装置，其特征在于：所述机座(1)上设有废液槽(101)，所述抛光液槽(3)位于废液槽(101)内，所述废液槽(101)通过管路与回收容器(9)连通。

5.化学增强效应下多参数自主调节的液膜剪切抛光方法，其特征在于：该方法使用权利要求1-4任一权利要求的多参数自主调节的液膜剪切抛光装置实现。

6.根据权利要求5所述的多参数自主调节的液膜剪切抛光方法，其特征在于：抛光前输入抛光盘转速，工件转速，抛光时间；

7.根据权利要求6所述的多参数自主调节的液膜剪切抛光方法，其特征在于：所述设定百分比的取值为0.4-1％。

8.根据权利要求6所述的多参数自主调节的液膜剪切抛光方法，其特征在于：每次供液泵向抛光液槽(3)加入2-3ml调节试剂。

9.根据权利要求5-8任一权利要求所述的多参数自主调节的液膜剪切抛光方法，其特征在于：该方法用于钨合金的抛光加工。

技术总结
本发明提供了多参数自主调节的液膜剪切抛光装置，包括机座，以及抛光盘模块和工件夹持驱动模块；所述工件夹持驱动模块包括用于夹持工件的载物盘；所述载物盘的下侧设有温度传感器和压力传感器，所述抛光液槽的槽壁上设有PH传感器，所述抛光液槽上方设有PH调节模块，所述PH调节模块能够向抛光液槽中添加PH调节剂；抛光时，控制模块通过BP网络神经模型对当前抛光PH值、抛光温度及工件压力进行评估，再通过遗传优化算法寻找最优抛光参数，最后对抛光参数进行自主调节。本发明还提供了多参数自主调节的液膜剪切抛光方法。本发明通过对抛光参数进行自主调节，有效消除加工过程中因抛光环境变化带来的不稳定性，实现高效、高质量、稳定的抛光加工。

技术研发人员：陈泓谕,彭枫,吕冰海,杭伟,洪彬彬,万红兵,马剑
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21