CN105458908A - 一种工件定尺寸补偿式双面研磨设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工件定尺寸补偿式双面研磨设备及方法，通过配合设置上定盘和下定盘，上定盘连接至控制机构，下定盘中部设太阳齿轮，太阳齿轮轴心处设高度计，高度计顶端正对上定盘中心，高度计连接至控制机构，控制机构顺次通过气动机构和气缸连接上定盘；太阳齿轮外侧啮合行星齿轮，行星齿轮上设通孔，行星齿轮啮合下定盘内齿圈。本发明结合时间、高度控制，初始研磨排除转速、压力等外界因素影响，保证测量尺寸精准，外界因素相同时工件测量尺寸值相对稳定，此时进行定尺寸研磨，实现工件一次到尺寸研磨工艺要求，结合使用研磨时间控制及采用高度传感器控制被研磨工件尺寸，有利于控制进行，满足工件大批量和自动化的生产需求，提升研磨精度。

Description

一种工件定尺寸补偿式双面研磨设备及方法

技术领域

本发明属于用于磨削或抛光的机床、装置或工艺的技术领域，特别涉及一种有效避免单独使用时间控制研磨工件的尺寸或用高度传感器控制研磨工件的尺寸的单一研磨方式、以达到更高研磨精度的工件定尺寸补偿式双面研磨设备及方法。

背景技术

双面研磨设备是采用涂上或嵌入磨料的研具对工件表面进行研磨的磨床，其主要用于对两面平行的晶体或其它机械零件进行双面研磨，特别适用于薄脆性材料的加工，如机械密封环、陶瓷片、气缸活塞环、油泵叶片轴承端面及硅、锗、石英晶体、石墨、蓝宝石、光学水晶、玻璃、铌酸锂、硬质合金、不锈钢、粉灰冶金等金属材料的平面研磨和抛光。

现有技术中，普通的双面研磨设备一般都是单独采用使用研磨时间控制或单独采用高度传感器控制被研磨工件的尺寸，即被研磨量，这样的控制方式比较单一，光凭时间的控制由于基准不同，不利于控制的进行，光凭尺寸研磨则无法满足工件大批量和自动化的生产需求，并且研磨的精度亦较低。

发明内容

本发明解决的技术问题是，由于现有技术中，普通的双面研磨设备一般都是单独采用使用研磨时间控制或单独采用高度传感器控制被研磨工件的尺寸，而导致的控制方式比较单一，光凭时间的控制由于基准不同，不利于控制的进行，光凭尺寸研磨则无法满足工件大批量和自动化的生产需求，并且研磨的精度亦较低的问题，进而提供了一种优化的工件定尺寸补偿式双面研磨设备及方法。

本发明所采用的技术方案是，一种工件定尺寸补偿式双面研磨设备，包括配合设置的上定盘和下定盘，所述上定盘连接至控制机构，所述下定盘中部设有太阳齿轮，所述太阳齿轮的轴心处设有高度计，所述高度计的顶端正对所述上定盘的中心，所述高度计连接至控制机构，所述控制机构顺次通过气动机构和气缸连接至上定盘；所述太阳齿轮外侧啮合有行星齿轮，所述行星齿轮上设有通孔，所述行星齿轮啮合至下定盘的内齿圈。

优选地，所述气动机构包括顺次连接的气源、油雾发生器和气动阀组，所述气动阀组包括第一气动阀组和第二气动阀组；所述第一气动阀组包括与所述油雾发生器连接的比例阀及配合设置的第一上升阀和第一下降阀；所述第二气动阀组包括与所述油雾发生器连接的减压阀及配合设置的第二上升阀和第二下降阀；所述气动阀组与所述气缸连接。

优选地，所述第一气动阀组和第二气动阀组还包括设于第一上升阀和第一下降阀与气缸间及第二上升阀和第二下降阀与气缸间的单向流量阀。

优选地，所述上定盘上还设有锁紧气缸，所述锁紧气缸通过调节阀连接至气源。

优选地，所述下定盘下部通过排液管路连接至砂浆桶，所述排液管路上设有排液阀。

优选地，所述排液阀为二位三通电磁阀，所述排液阀的输出端分别连接至砂浆桶和废液收集机构，所述砂浆桶上设有抽液泵，所述抽液泵的出口通过管路连接至所述上定盘和下定盘间的间隙。

一种采用工件定尺寸补偿式双面研磨设备的工件定尺寸补偿式双面研磨方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：在双面研磨设备的下定盘上的行星齿轮的通孔处放置工件，读取下定盘中心处的高度计顶端与双面研磨设备的上定盘间的距离数据；

步骤二：在所述上定盘和下定盘间添加研磨液，在砂浆桶内添加研磨液，双面研磨设备的排液阀切换至导通砂浆桶的状态；双面研磨设备的控制机构控制气源将设于上定盘处的锁紧气缸调至锁紧状态；

步骤三：通过控制机构设定研磨时间T及最终高度计顶端与上定盘的距离X，研磨开始；

步骤四：控制机构控制双面研磨设备的气动机构开始作业，锁紧气缸松开，气动机构带动设于上定盘上部的气缸使得上定盘逐步下降，对工件进行T时间的研磨；

步骤五：对工件研磨了时间T后，根据高度计顶端此时与上定盘的距离X’进行定寸研磨，控制机构通过所述气动机构和气缸带动上定盘向下缓慢研磨距离（X’-X）；X’＞X；

步骤六：高度计顶端与上定盘间的距离达到X时，研磨结束；控制机构通过所述气动机构和气缸带动上定盘升起，双面研磨设备的控制机构控制气源将设于上定盘处的锁紧气缸调至锁紧状态；双面研磨设备的排液阀切换至导通废液收集机构的状态。

优选地，所述步骤四中，气源供气，第一下降阀和第二下降阀得电，将上定盘下降，通过比例阀施加压力调节上定盘的下降速度，对工件进行T时间的研磨，通过下气缸进气口的单向流量阀控制出气速度。

优选地，所述步骤五中，气源供气，减压阀根据上定盘的重量进行调节减压、平衡上定盘自重后，第一下降阀和第二下降阀得电，通过比例阀施加压力调节上定盘的下降速度，上定盘向下缓慢研磨距离（X’-X）。

优选地，所述步骤六中，气源供气，第一下降阀和第二上升阀得电，将上定盘升起，通过比例阀施加压力调节上定盘的上升速度。

本发明提供了一种优化的工件定尺寸补偿式双面研磨设备及方法，通过控制机构控制气动机构带动气缸将上定盘降下、施加一定的压力，工件通过在上定盘和下定盘之间的行星运动，在压力的作用下其厚度尺寸慢慢减小，上定盘和下定盘之间的间距也会慢慢减小，当研磨一定的时间后，达到初步研磨的效果，由此时双面研磨设备的下定盘中部的太阳齿轮的轴心处设置的高度计与上定盘的中心的距离计算出上定盘需要补偿加压的距离，开始将误差值补偿在工件厚度上，逐步加压完成补偿研磨。本发明中，初始研磨是为了排除转速、压力等外界因素的影响，保证测量尺寸的精准，当外界因素相同时工件测量的尺寸值也相对稳定，此时开始进行定尺寸研磨，实现工件一次到尺寸研磨的工艺要求，结合使用研磨时间控制及采用高度传感器控制被研磨工件的尺寸，有利于控制的进行，满足工件大批量和自动化的生产需求，提升研磨精度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中的气路结构图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述，但本发明的保护范围并不限于此。

如图所示，本发明涉及一种工件定尺寸补偿式双面研磨设备，包括配合设置的上定盘1和下定盘2，所述上定盘1连接至控制机构，所述下定盘2中部设有太阳齿轮3，所述太阳齿轮3的轴心处设有高度计4，所述高度计4的顶端正对所述上定盘1的中心，所述高度计4连接至控制机构，所述控制机构顺次通过气动机构和气缸5连接至上定盘1；所述太阳齿轮3外侧啮合有行星齿轮，所述行星齿轮上设有通孔，所述行星齿轮啮合至下定盘2的内齿圈。

本发明中，使用高精度的高度计4安装于太阳齿轮3的中心，在工作状态下高度计4的顶端正对上定盘1的中心，高度计4的顶端即测量头测量与上定盘1的中心的距离，可以得到工件的实际研磨厚度，保证工作状态的顺利。

本发明中，双面研磨设备是一种以行星轮系为传动原理的机型，行星齿轮上设置有通孔，以2寸晶片为例，双面研磨设备在工作时，先把行星齿轮放置在下定盘2上，行星齿轮的齿部与太阳齿轮3和内齿圈相啮合，再将待研磨晶片填置在通孔位置，合上上定盘1，开动自动程序即开始加工工件。

本发明中，上定盘1和下定盘2之间行星运动，在压力的作用下工件的厚度尺寸慢慢减小，上定盘1和下定盘2之间的间距也会慢慢减小。

本发明中，高度计4采用高精度测量器件，分辨率达到0.5μm，精度2μm，测量范围50mm。

本发明中，为了防止高度计4的测量元件由于干扰、震动等因素造成测量高度不准或者突变，故可以将控制机构设置为通过高精度配合仪表的形式，由PLC通过读取BCD码的方式来获取高度计4的数据，这样可以利用专用仪表的滤波功能来去除干扰，然后再通过PLC软件来对高度计4数据进行算术平均滤波等功能，通过这样的处理最大程度的保证了对测量厚度的准确性，大大提高研磨尺寸的准确性，此为本领域技术人员容易理解的内容，可以依据实际的需求进行设计。

所述气动机构包括顺次连接的气源6、油雾发生器7和气动阀组，所述气动阀组包括第一气动阀组和第二气动阀组；所述第一气动阀组包括与所述油雾发生器7连接的比例阀8及配合设置的第一上升阀9和第一下降阀10；所述第二气动阀组包括与所述油雾发生器7连接的减压阀11及配合设置的第二上升阀12和第二下降阀13；所述气动阀组与所述气缸5连接。

本发明中，采用气动技术的控制方式，其主要是由于气动技术以空气和惰性气体作为工作介质，因此空气的供给量充足而且无需成本，更重要的是，空气和惰性气体对周围环境不造成污染，是清洁介质，同时，气动技术可以做到远距离供气，减少本地机械设备的损耗，增长本发明中双面研磨设备的使用寿命。

本发明中，将气动阀组设置为第一气动阀组和第二气动阀组，分别用于控制气缸的上腔和下腔，同时分别在第一气动阀组和第二气动阀组上设置与油雾发生器7直接连接的比例阀8和减压阀11。

本发明中，比例阀8能通过调节，达到为上定盘1施加不同压力以实现不同的下降速度的目的，比例阀8可以实现压力、速度的无极调节，能实现远程控制和程序控制，响应速度快。

本发明中，减压阀11能调整平衡上定盘1的自重，在气缸5上加不同的压力以实现上定盘1的压力平衡稳定，可以实现压力的逐渐平稳的增加，不在需要程序控制时通过时间来控制就能完成平稳的加压作业。

所述第一气动阀组和第二气动阀组还包括设于第一上升阀9和第一下降阀10与气缸5间及第二上升阀12和第二下降阀13与气缸5间的单向流量阀14。

本发明中，第一上升阀9和第一下降阀10与气缸5间及第二上升阀12和第二下降阀13与气缸5间还分别设有单向流量阀14，其用于气动系统中是为了防止压缩空气逆向流动，保证上定盘1在下降的过程中不会出现过冲等现象，保证双面研磨设备整体的安全，延长设备的机械寿命。

所述上定盘1上还设有锁紧气缸15，所述锁紧气缸15通过调节阀16连接至气源6。

本发明中，在上定盘1上设置通过调节阀16连接至气源6的锁紧气缸15，防止上定盘1非预期落下损坏待研磨工件。

所述下定盘2下部通过排液管路连接至砂浆桶，所述排液管路上设有排液阀17。

所述排液阀17为二位三通电磁阀，所述排液阀17的输出端分别连接至砂浆桶和废液收集机构，所述砂浆桶上设有抽液泵，所述抽液泵的出口通过管路连接至所述上定盘1和下定盘2间的间隙。

本发明中，砂浆桶作为双面研磨设备中研磨液的储存装置，在砂浆桶上一般设有搅拌泵和抽液泵，搅拌泵用于搅拌研磨液防止结块，抽液泵用于抽取砂浆桶中的研磨液。

本发明中，将研磨液储存在砂浆桶内，通过搅拌泵混合均匀，通过抽液泵抽液进入上定盘1和下定盘2之间充当磨料，当研磨以后，研磨液进入排液管道，通过排液管道上的排液阀17的通断来控制气缸的伸缩。

本发明中，排液阀17为二位三通电磁阀，其输出端分别连接至砂浆桶和废液收集机构。排液阶段，通过排液管道上的排液阀17的通断来控制气缸5的伸缩，气缸5的活塞杆端固定管道，管道有2个运动端，运动到一端时管道把研磨液导入砂浆桶，运动到另一端时当废液排掉。

本发明中，当研磨液进入砂浆桶便形成一次循环，由抽液泵抽回上定盘1和下定盘2间的间隙，当研磨液的颗粒小于一定尺寸以后切换排液阀17，使其控制的通道导入废液收集机构，全部导出废研磨液，而后可以重新配置研磨液。

本发明中，废液收集机构一般设置为废液收集池。

本发明中，上定盘1与气缸5的活塞杆端端头相连接，气缸5的一端可以到达满行程即上升到满行程，另一端不能到达满行程即下降端不能到满行，而气缸5上升时有一定的速度，到达满行程时为了防止活塞和气缸5撞坏，所以上定盘1上设有机械限位装置，如限位块，用以防止活塞和气缸5相撞。

一种采用工件定尺寸补偿式双面研磨设备的工件定尺寸补偿式双面研磨方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：在双面研磨设备的下定盘2上的行星齿轮的通孔处放置工件，读取下定盘2中心处的高度计4顶端与双面研磨设备的上定盘1间的距离数据；

步骤二：在所述上定盘1和下定盘2间添加研磨液，在砂浆桶内添加研磨液，双面研磨设备的排液阀17切换至导通砂浆桶的状态；双面研磨设备的控制机构控制气源6将设于上定盘1处的锁紧气缸15调至锁紧状态；

步骤三：通过控制机构设定研磨时间T及最终高度计4顶端与上定盘1的距离X，研磨开始；

步骤四：控制机构控制双面研磨设备的气动机构开始作业，锁紧气缸15松开，气动机构带动设于上定盘1上部的气缸5使得上定盘1逐步下降，对工件进行T时间的研磨；

步骤五：对工件研磨了时间T后，根据高度计4顶端此时与上定盘1的距离X’进行定寸研磨，控制机构通过所述气动机构和气缸5带动上定盘1向下缓慢研磨距离（X’-X）；X’＞X；

步骤六：高度计4顶端与上定盘1间的距离达到X时，研磨结束；控制机构通过所述气动机构和气缸5带动上定盘1升起，双面研磨设备的控制机构控制气源6将设于上定盘1处的锁紧气缸15调至锁紧状态；双面研磨设备的排液阀17切换至导通废液收集机构的状态。

本发明中，双面研磨作业采用的是时间控制和高度控制相结合的方式。时间控制的部分主要为步骤四，通过控制机构控制气动机构，气动机构通过相应的部件带动气缸5将上定盘1降下、并施加一定的压力，工件通过在上定盘1和下定盘2之间的行星运动，在压力的作用下其厚度尺寸慢慢减小，上定盘1和下定盘2之间的间距也会慢慢减小，当研磨一定的时间T后，即能达到初始研磨的效果，这段时间由操作人员根据工件的目标厚度放出余量、自行设定，初始研磨是为了排除转速、压力等外界因素的影响，保证测量尺寸的精准，当外界因素相同时工件测量的尺寸值也相对稳定。而后为高度控制的部分，即步骤五，此时双面研磨设备的下定盘2中部的太阳齿轮3的轴心处设置的高度计4与上定盘1的中心的距离为X’，而计划中高度计4与上定盘1的中心的距离为X，则计算出上定盘1需要补偿加压的距离为（X’-X），开始将误差值补偿在工件厚度上，逐步加压完成补偿研磨，定尺寸研磨实现了工件一次到尺寸研磨的工艺要求。

本发明结合使用研磨时间控制及采用高度传感器控制被研磨工件的尺寸，有利于控制的进行，满足工件大批量和自动化的生产需求，提升研磨精度。

所述步骤四中，气源6供气，第一下降阀10和第二下降阀13得电，将上定盘1下降，通过比例阀8施加压力调节上定盘1的下降速度，对工件进行T时间的研磨，通过下气缸5进气口的单向流量阀14控制出气速度。

本发明中，步骤四为时间控制时上定盘1的下降动作。当第一下降阀10和第二下降阀13得电时，第一上升阀9和第二上升阀12均不得电，通过比例阀8施加调节加压的压力，实现上定盘1的下降，并通过比例阀8不同的压力施加实现下降的不同速度，满足快速和慢速下降的实际应用。

本发明中，时间控制阶段的研磨时间T可以由操作人员依据实际的设备情况和工件目标厚度自行设置。

本发明中，通过下气缸5进气口的单向流量阀14控制出气速度，保证了上定盘1以适当的速度下降。

所述步骤五中，气源6供气，减压阀11根据上定盘1的重量进行调节减压、平衡上定盘1自重后，第一下降阀10和第二下降阀13得电，通过比例阀8施加压力调节上定盘1的下降速度，上定盘1向下缓慢研磨距离（X’-X）。

本发明中，步骤五为高度控制时上定盘1的下降动作。通过减压阀11根据上定盘1的重量进行调节减压、平衡上定盘1自重后，在上气缸5加不同的压力实现压力平衡稳定的增加，不在需要程序控制时通过时间来控制就能完成平稳的加压；而后第一下降阀10和第二下降阀13得电，第一上升阀9和第二上升阀12均不得电，通过比例阀8施加调节加压的压力，实现上定盘1的定距离下降，上定盘1向下缓慢研磨距离（X’-X）。

所述步骤六中，气源6供气，第一下降阀10和第二上升阀12得电，将上定盘1升起，通过比例阀8施加压力调节上定盘1的上升速度。

本发明中，步骤六为上定盘1的上升动作。第一下降阀10和第二上升阀12得电，第一上升阀9和第二下降阀13均不得电，此时若气缸5没有压力则上定盘1会以很快的速度上升，有一定的不安全因素，故通过第一下降阀10得电、第一上升阀9不得电的形式，再进一步通过比例阀8对气缸5施加不同的压力以抵消上定盘1上冲的压力，实现上定盘1不同的上升下降速度。

本发明解决了现有技术中，普通的双面研磨设备一般都是单独采用使用研磨时间控制或单独采用高度传感器控制被研磨工件的尺寸，而导致的控制方式比较单一，光凭时间的控制由于基准不同，不利于控制的进行，光凭尺寸研磨则无法满足工件大批量和自动化的生产需求，并且研磨的精度亦较低的问题，通过控制机构控制气动机构带动气缸5将上定盘1降下、施加一定的压力，工件通过在上定盘1和下定盘2之间的行星运动，在压力的作用下其厚度尺寸慢慢减小，上定盘1和下定盘2之间的间距也会慢慢减小，当研磨一定的时间后，达到初步研磨的效果，由此时双面研磨设备的下定盘2中部的太阳齿轮3的轴心处设置的高度计4与上定盘1的中心的距离计算出上定盘1需要补偿加压的距离，开始将误差值补偿在工件厚度上，逐步加压完成补偿研磨。本发明中，初始研磨是为了排除转速、压力等外界因素的影响，保证测量尺寸的精准，当外界因素相同时工件测量的尺寸值也相对稳定，此时开始进行定尺寸研磨，实现工件一次到尺寸研磨的工艺要求，结合使用研磨时间控制及采用高度传感器控制被研磨工件的尺寸，有利于控制的进行，满足工件大批量和自动化的生产需求，提升研磨精度。

Claims (10)

1.一种工件定尺寸补偿式双面研磨设备，包括配合设置的上定盘和下定盘，所述上定盘连接至控制机构，其特征在于：所述下定盘中部设有太阳齿轮，所述太阳齿轮的轴心处设有高度计，所述高度计的顶端正对所述上定盘的中心，所述高度计连接至控制机构，所述控制机构顺次通过气动机构和气缸连接至上定盘；所述太阳齿轮外侧啮合有行星齿轮，所述行星齿轮上设有通孔，所述行星齿轮啮合至下定盘的内齿圈。

2.根据权利要求1所述的一种工件定尺寸补偿式双面研磨设备，其特征在于：所述气动机构包括顺次连接的气源、油雾发生器和气动阀组，所述气动阀组包括第一气动阀组和第二气动阀组；所述第一气动阀组包括与所述油雾发生器连接的比例阀及配合设置的第一上升阀和第一下降阀；所述第二气动阀组包括与所述油雾发生器连接的减压阀及配合设置的第二上升阀和第二下降阀；所述气动阀组与所述气缸连接。

3.根据权利要求2所述的一种工件定尺寸补偿式双面研磨设备，其特征在于：所述第一气动阀组和第二气动阀组还包括设于第一上升阀和第一下降阀与气缸间及第二上升阀和第二下降阀与气缸间的单向流量阀。

4.根据权利要求1所述的一种工件定尺寸补偿式双面研磨设备，其特征在于：所述上定盘上还设有锁紧气缸，所述锁紧气缸通过调节阀连接至气源。

5.根据权利要求1所述的一种工件定尺寸补偿式双面研磨设备，其特征在于：所述下定盘下部通过排液管路连接至砂浆桶，所述排液管路上设有排液阀。

6.根据权利要求5所述的一种工件定尺寸补偿式双面研磨设备，其特征在于：所述排液阀为二位三通电磁阀，所述排液阀的输出端分别连接至砂浆桶和废液收集机构，所述砂浆桶上设有抽液泵，所述抽液泵的出口通过管路连接至所述上定盘和下定盘间的间隙。

7.一种采用权利要求1～6所述的一种工件定尺寸补偿式双面研磨设备的工件定尺寸补偿式双面研磨方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤一：在双面研磨设备的下定盘上的行星齿轮的通孔处放置工件，读取下定盘中心处的高度计顶端与双面研磨设备的上定盘间的距离数据；

步骤二：在所述上定盘和下定盘间添加研磨液，在砂浆桶内添加研磨液，双面研磨设备的排液阀切换至导通砂浆桶的状态；双面研磨设备的控制机构控制气源将设于上定盘处的锁紧气缸调至锁紧状态；

步骤三：通过控制机构设定研磨时间T及最终高度计顶端与上定盘的距离X，研磨开始；

步骤四：控制机构控制双面研磨设备的气动机构开始作业，锁紧气缸松开，气动机构带动设于上定盘上部的气缸使得上定盘逐步下降，对工件进行T时间的研磨；

步骤五：对工件研磨了时间T后，根据高度计顶端此时与上定盘的距离X’进行定寸研磨，控制机构通过所述气动机构和气缸带动上定盘向下缓慢研磨距离（X’-X）；X’＞X；

步骤六：高度计顶端与上定盘间的距离达到X时，研磨结束；控制机构通过所述气动机构和气缸带动上定盘升起，双面研磨设备的控制机构控制气源将设于上定盘处的锁紧气缸调至锁紧状态；双面研磨设备的排液阀切换至导通废液收集机构的状态。

8.根据权利要求7所述的一种工件定尺寸补偿式双面研磨方法，其特征在于：所述步骤四中，气源供气，第一下降阀和第二下降阀得电，将上定盘下降，通过比例阀施加压力调节上定盘的下降速度，对工件进行T时间的研磨，通过下气缸进气口的单向流量阀控制出气速度。

9.根据权利要求7所述的一种工件定尺寸补偿式双面研磨方法，其特征在于：所述步骤五中，气源供气，减压阀根据上定盘的重量进行调节减压、平衡上定盘自重后，第一下降阀和第二下降阀得电，通过比例阀施加压力调节上定盘的下降速度，上定盘向下缓慢研磨距离（X’-X）。

10.根据权利要求7所述的一种工件定尺寸补偿式双面研磨方法，其特征在于：所述步骤六中，气源供气，第一下降阀和第二上升阀得电，将上定盘升起，通过比例阀施加压力调节上定盘的上升速度。