ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ ОБРАБОТКИ МИКРОКОМПОНЕНТОВ И МИКРОДЕТАЛЕЙ НА ОБРАБАТЫВАЮЩИХ ЦЕНТРАХ

Диордица Ирина Николаевна

ассистент кафедры производства приборов
Национальный технический университет Украины,
«Киевский политехнический институт», г. Киев

E-mail: indior@yandex.ru

RESEARCHES IN AREA OF TREATMENT MIKROCOMPONENTS AND MIKRODETAILS ON PROCESSING CENTERS

Iryna Diorditsa

National Technical University of Ukraine

“Kyiv Polytechnic Institute”, Kiev

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются способы микрообработки. Исследуются методы точности обработки для типовых микромеханических компонентов. Проведены исследования математических моделей для прецизионной обработки.

ABSTRACT

In the article methods are examined mikrotreatments. The methods of exactness of treatment are probed for a model mikromechanical components. Studies of mathematical models for precision machining.

Ключевые слова: микрокомпонент; способы микрообработки; методы

Keywords: mikrocomponent; methods mikrotreatments; methods

Вступление.

Микросистемные технологии рассматриваются сегодня как клю­чевые технологии с экономическим потенциалом. Согласно резуль­татам маркетинговых исследований эти технологии развиваются в США, Японии и Германии. В США, где сильно развита микроэлектроника, особенно развивается производство комплек­тующих на базе микросистем, в Германии большое развитие получили прикладные направления и микросистемные технологии. В Японии миниатюризация всегда была приоритетным направлением в развитии производства, поэтому сегодня практически в каждой крупной японской компании есть научное подразделение, которое занимается проблемами микросистемных компонентов [2].

Постановка задачи.

Типовые микромеханические компоненты требуют обработки с точностью от 0,1 до 1 мкм. Такая высокая точность изготовления этих компонентов с трудом может быть достигнута даже на прецизионных станках. Поэтому технологический процесс обра­ботки должен включать дополнительные модели изготовления микромеханических компонентов, которые компенсируют возникно­вение технологической погрешности [1].

Вследствие роста необходимости обеспечения высокой точности, одновременно связанной со снижением себестоимости, возникает необходимость в промышленном оборудовании с возможностью компенсации геометрических погрешностей, что регистрируется измерительной техникой в режиме реального времени. Исследование возникновения векторного характера погрешности на станках.

Исследование этого вопроса доказало, что, например, образцовый элемент  расположенный в рабочем пространстве оборудования и при измерении в его системе координат с помощью той же системы отсчета даст размер, который будет отличаться от образца. В общем случае всегда будет выполняться неравенство (рис. 1). При этом  следует воспринимать как нестандартную меру измерения, которая принадлежит станку. Перемещение образцового элемента в рабочем пространстве будет давать соответствующую погрешность измерения которые, снова таки, в общем случае будут колебаться, например, как случайная величина с нормальным законом распределения, то есть  (рис. 1).

Рисунок 1. Розсеивание размеров L_B в зависимости от расположения образцовой меры на столе

Рисунок 2. Результаты исследования точности полученные на фрезерном столе в координатах X (a), Y (б)

Если рассмотреть этот процесс в двух координатах, то движение при измерении и итоговую погрешность можно представить как сумму векторов движений:

 и .                                                    (1)

Исследования доказали, что векторная сумма при прямом и обратном движении не является зеркальным отображением друг друга (рис. 2). Объяснение здесь может быть только одно: техноло­гическое оборудование имеет различные нагрузки при противопо-ложных направлениях движения и как следствие разную величину износа рабочих частей. Особенно важным явлением при этом является неодинаковая точность вдоль всей длины по координатам, которая усиливается со временем работы станка. Вектор погрешности при этом может иметь описание как эллипсоидальная зависимость в координатах . В частных случаях эллипс может менять местами свою большую и малую ось, а также упрощаться до окружности (рис. 3):

Рисунок 3. Поле рассеивания векторных диаграмм в зависимости от измерения, отклонения векторного идеального квадрата и векторной ошибки при контурной обработки инструмента

                                (2)

где  и  — среднестатистические отклонение размера от образцовой ,

 — угол вектора погрешности  или  от вектора .

Если использовать закон нормального распределения для случайной величины по координатам, то:

                                              (3)

                                                (4)

На рисунке (рис. 3) видно, что выполнение комплексного движения щупа по двум координатам и , например, с точек D или B приведет к неправильной реализации геометрической фигуры типа «квадрат» в пространстве станка. Схождение векторов  и  практически невозможно. Так, например, контурная обработка или движение по линии ABCDА| (рис. 3) всегда будет приводить к| появлению вектора погрешности , который будет следствием влияния замкнутой окружности векторов:

.                                            (5)

Для устранения этого явления вводится термин зонной точности станка через понятие градиента. В таком случае это предоставит возможность ограничивать координаты объема, где точность позицио­нирования будет учитываться через векторные градиенты точности.

Заключение

Проведенные исследования математических моделей для преци­зионной обработки микротехнических изделий и созданная методика и алгоритмы для моделирования погрешности обработки, с целью их компенсации с помощью компьютерного управления показывает, что в следствии необходимости обеспечения высокой точности, одновременно связанной со снижением себестоимости, возникает необходимость в промышленном оборудовании и возможность компенсации геометрических погрешностей, которая регистрируется измерительной техникой в режиме реального времени. Разработана конструкция для координатной привязки поля погрешностей и инструмента к системе координат станка и методика учета погреш­ностей при выполнении работ на станке. Разработана методика учета погрешности позиционирования на станке. Предложенная методика позволила уменьшить среднее отклонение полученных размеров от 60 мкм.

Список литературы:

1.Остафьев В.А., Диордица И.Н. Исследование точности обработки микромеханических компонентов. Вісник НТУУ "КПІ". Серія приладобудування. — Київ. 2006. — Вип. 32. — 172 с.

2.Kartunov S., Mechanische Mikrofertigungsverfahren — Übersicht, Besonderheiten, Auswahl, Anwendungen, Beispiele, Potentiale, Entwicklung. Ilmenau, Internationalen Wissenschaftliches Kolloquium Technische Universität Ilmenau 23.—26 September 2002, 234 с., ISSN 0943-7207.