АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ МЕЖЭЛЕКТРОДНОГО ЗАЗОРА ПРИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Техническое решение относится к области электрохимической обработки, в частности к системам регулирования межэлектродного зазора, и может быть использовано при изготовлении сложно-фасонных поверхностей деталей машин и формообразующей оснастки (штампов, пресс-форм и литейных форм).
Известно устройство автоматического регулирования межэлектродного зазора при электрообработке (SU 1340952), содержащее блок сравнения сигнала с межэлектродного промежутка с опорным сигналом, связанный с задатчиком и с исполнительным механизмом перемещения электрододержателя, отличающееся тем, что, с целью повышения стабильности обработки, исполнительный механизм выполнен в виде кольцевой емкости, заполненной ферромагнитной жидкостью, внутри которой расположен груз, соединенный с электрододержателем, причем снаружи емкости расположена катушка, соединенная с источником тока через реостат, движок которого связан с электродвигателем, соединенным с выходом блока сравнения.
Недостатком данного устройства является низкая точность обработки за счет использования бесконтактного метода определения межэлектродного зазора по косвенным измерениям.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство, которое используется в способе контроля величины межэлектродного зазора при электрохимической обработке (SU 503697, 25.12.73), состоящее из: электрода-инструмента, приводов подачи электродов инструментов, заготовки, датчиков, усилителя, блока сравнения сигналов, преобразователя и блока управления приводом подачи. Недостатком данного устройства является недостаточная точность и качество обработки, так как данные о положении электрода-инструмента, относительно заготовки, получают по величине деформации края детали, которую потом компенсируют с помощью межэлектродного зазора. При этом достигаемая точность обработки не превышает 20-30 микрометров.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение точности и качества обработанной поверхности, за счет использования датчика тока обмоток двигателя привода подачи электрода-инструмента, при помощи которого регистрируется более чувствительный и информативный сигнал положения электрода инструмента для регулирования величины межэлектродного промежутка, обеспечивающий ведение процесса на малых и сверхмалых межэлектродных зазорах порядка 1 мкм.
Поставленная задача достигается тем, что в устройство для электрохимической обработки металлических и полупроводниковых материалов, содержащее электрод-инструмент, привод подачи электрода-инструмента, систему базирования и закрепления электрода-инструмента, датчик тока, дополнительно введены программируемый источник питания электрохимической ячейки, пульт управления и изолированная рабочая камера, выполненная с возможностью расположения в ней электрода-инструмента и заготовки, вход которой соединен с выходом системы прокачки электролита, причем вход датчика тока соединен с выходом привода подачи электрода-инструмента, выход датчика тока соединен с входом пульта управления, первый выход пульта управления соединен с входом привода подачи электрода инструмента, на котором установлена система базирования и закрепления электрода-инструмента, второй выход пульта управления соединен с входом программируемого источника питания электрохимической ячейки, первый выход которого соединен с электродом-инструментом, второй выход с заготовкой.
На фиг. показана схема автоматизированной системы для регулирования межэлектродного зазора при электрохимической обработке металлических и полупроводниковых материалов.
Вход датчика тока 1 соединен с выходом привода подачи электрода-инструмента 2. Выход датчика тока 1 соединен с входом пульта управления 3. Первый выход пульта управления 3 соединен с входом привода подачи 2 электрода инструмента, на котором установлена система 4 базирования и закрепления электрода-инструмента 4. Второй выход пульта управления 3 соединен с входом программируемого источника питания электрохимической ячейки 5, первый выход которого соединен с электродом-инструментом 6, второй выход с заготовкой 7. Электрод-инструмент 6 и заготовка 7 расположены в изолированной рабочей камере 8, вход которой соединен с выходом системы прокачки электролита 9.
Автоматизированная система для регулирования межэлектродного зазора при электрохимической обработке металлических и полупроводниковых материалов работает следующим образом.
В начале обработки пульт управления 3 подает команду «ВПЕРЕД» приводу подачи 2 электрода-инструмента, на обмотках которого установлен датчик тока 1, который сообщает пульту управления 3 значение протекающего через обмотки тока. Величину тока, определяющую момент остановки, возможно задавать в соответствии с калибровочными данными и/или необходимым усилием, прилагаемым электродом-инструментом 6, который закрепляют в системе базирования и закрепления 4, к заготовке 7 в момент их соприкосновения. При изменении тока в момент касания электродом-инструментом 6 заготовки 7, протекающего в обмотках двигателя постоянного тока, на заданную величину, пульт управления 3 подает команда «СТОП» приводу подачи 2 электрода-инструмента. После остановки электрод-инструмент 6 отводят на величину межэлектродного зазора, которую возможно задать на пульте управления 3, при этом посылают синхронизирующий по времени импульс на программируемый источник питания электрохимической ячейки 5, который в свою очередь обеспечивает подачу импульсного напряжения в течение длительности синхронизирующего импульса, необходимого для осуществления электрохимической обработки. Электрод-инструмент 6 и заготовка 7 во время обработки располагают в изолированной рабочей камере 8 с электролитом. Прокачку электролита через межэлектродный зазор осуществляют с помощью системы прокачки электролита 9. После этого электрод-инструмент 6 отводят от заготовки 7 на промывочный зазор, после чего цикл повторяют. Обработку ведут до достижения заданных параметров на пульте управления 3, в результате чего достигают точность электрохимического формообразования до 1-5 мкм.
Такое техническое решение обеспечивает повышение точности и качества обработанной поверхности при электрохимической обработке металлических и полупроводниковых материалов за счет более точного определения контакта, а в случае с полупроводниковыми материалами, в частности монокристаллическим кремнием, данное техническое решение является предпочтительным, так как не оказывает значительного воздействия на заготовку. При этом возможно провести калибровку предлагаемого устройства, по прилагаемому усилию на заготовку в момент касания ее электродом-инструментом, с помощью различных датчиков давления, подходящих по точностным характеристикам.
Калибровка позволят добиться регистрации момента касания заготовки электродом-инструментом с такой точностью, что не возникает никаких дополнительных воздействий на поверхность самой заготовки, что в свою очередь позволяет применять электрохимическую обработку для особо хрупких и слабо проводящих ток материалов, таких как монокристаллический кремний p-типа.
В результате такого регулирования осуществляется высокоточный контроль над величиной межэлектродного зазора, причем данное техническое решение максимально подходит при обработке полупроводниковых материалов, в частности монокристаллического кремния с собственным высоким омическим сопротивлением. Это объясняется минимальными силовыми воздействиями на заготовку, отсутствием дополнительных измерительных элементов в электрохимической ячейки, а так же отсутствие необходимости в использовании свойств электропроводности заготовки для прохождения сигнальных импульсов напряжения при определении величины межэлектродного зазора по форме импульса.