導(dǎo)電塑料電位器精密加工實(shí)現(xiàn)方法

導(dǎo)電塑料電位器作為一種電氣元件，因其分辨率高，抗擾力強(qiáng)，體積小，能夠連續(xù)無(wú)階降壓的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈、雷達(dá)、武器等軍工領(lǐng)域，以及航空航天、精密機(jī)械以及廣泛的民用領(lǐng)域。評(píng)價(jià)電位器的好壞最重要的指標(biāo)就是其線(xiàn)性精度，因此，不斷提高電位器的線(xiàn)性精度成為浙江慧仁電子有限公司不斷追求的目標(biāo)。

導(dǎo)電塑料電位器是利用電子學(xué)工藝方法將電阻漿料噴涂在絕緣基體上，形成膜態(tài)電阻體而制成的電位器。噴涂后形成的電阻膜厚度不可能做到絕對(duì)均勻，故導(dǎo)致電位器線(xiàn)性精度不夠高，為了提高線(xiàn)性精度，業(yè)界普通采用修刻碳膜，局部改變阻值的工藝方法。國(guó)外電位器無(wú)論噴涂技術(shù)還是修刻技術(shù)都已經(jīng)十分成熟，但是由于涉及軍事，相關(guān)技術(shù)對(duì)外保密。國(guó)內(nèi)針對(duì)旋轉(zhuǎn)式碳膜電位器的加工技術(shù)研究與實(shí)踐已經(jīng)有30多年歷史，1984年，黃明山第一次將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用在電位器修刻機(jī)上，用于直線(xiàn)式導(dǎo)電塑料電位器的修刻；臧春城等研制的電位器修刻機(jī)采用開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，修刻旋轉(zhuǎn)式電位器線(xiàn)性精度達(dá)到0.2%，修刻時(shí)間為25分鐘/件；針對(duì)直滑式合成碳膜電位器，朱黎文、王廣林等提出了基于恒流源的反饋修刻算法，基于總電阻反饋原理和修正算法，所研制的精密碳膜電位器自動(dòng)修刻機(jī)可以將電位器線(xiàn)性度精度由修刻前1%左右提高至0.2%以?xún)?nèi)；張希針對(duì)回轉(zhuǎn)式合成碳膜電位器連續(xù)修刻算法進(jìn)行了初步研究，利用最大電壓梯度法反求目標(biāo)電阻，規(guī)劃刀具軌跡，提高了修刻效率，修刻后得到的線(xiàn)性精度大部分在0.4%左右；此外，浙江慧仁電子有限公司主要針對(duì)導(dǎo)電塑料電位器的修刻研究，專(zhuān)門(mén)對(duì)導(dǎo)電塑料電位器研制出了激光修刻機(jī)，修刻后的電位器線(xiàn)性度精度在0.1%以?xún)?nèi)，最高可達(dá)0.04%，完全達(dá)到了超精密器件的線(xiàn)性精度要求。

隨著我國(guó)國(guó)防事業(yè)的快速發(fā)展，在某些應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)線(xiàn)性精度0.1%以?xún)?nèi)的超精密電位器的需求愈加迫切。目前，國(guó)內(nèi)其他電位器生產(chǎn)企業(yè)針對(duì)導(dǎo)電塑料電位器的修刻還達(dá)不到這種超精密器件的線(xiàn)性精度要求，其原因在于修刻中多個(gè)技術(shù)細(xì)節(jié)沒(méi)有達(dá)到理想狀態(tài)，例如搜零方式、修刻目標(biāo)直線(xiàn)選取方法，以及修刻刀姿態(tài)參數(shù)確定等。

目前普遍采用的修刻原理是恒流法。電位器修刻基本原理如圖1所示，在輸出電壓U_ox與行程角θ_x的關(guān)系圖中，目標(biāo)直線(xiàn)是一條通過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)，目標(biāo)直線(xiàn)上電壓是電位器修刻后需要達(dá)到的理論電壓，θ_e為電位有效行程角，U_i為θ_e對(duì)應(yīng)的目標(biāo)總電壓，U_i'為電位器修刻前的總輸入電壓。測(cè)量計(jì)算修刻前電位器上某行程點(diǎn)實(shí)際電壓U_ox'(θ_x)與理論電壓的差值，對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行修刻，去除碳膜層，使實(shí)際電壓與理論電壓的差值足夠小，從而達(dá)到線(xiàn)性精度要求。

根據(jù)上述原理，采用的修刻系統(tǒng)如下圖2所示，數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時(shí)采集電位器輸出電壓，工控機(jī)根據(jù)采集電壓確定Z軸伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)脈沖數(shù)，控制修刻刀與電位器回轉(zhuǎn)電機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)作完成電位器的修刻。用這種技術(shù)進(jìn)行修刻，線(xiàn)性精度由下式計(jì)算獲得。

式中：ΔU_max為理論電壓和電位器實(shí)際輸出電壓偏差的最大值。

圖1 修刻原理

圖2 系統(tǒng)構(gòu)成