CN1217766C - 研磨方法和研磨装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了研磨和研磨装置，可靠地防止了研磨损坏的产生并且避免研磨工件的损坏。按照本发明的较佳实施例，研磨方法包括的步骤是，首先间断地对工件进行研磨操作，在完成间断研磨操作之后对工件连续进行研磨操作。

Description

研磨方法和研磨装置

技术领域

本发明涉及研磨工件的方法，例如硬质并且易碎的陶瓷板或者抗点震动或力的性能差的任何工件。

背景技术

一般情况下，当进行完成这种类型的硬质并且易碎工件的研磨过程时，通常采用称为行星齿轮系统的研磨装置。图1简化示出了这种行星齿轮系统的主要单元。在这种研磨装置中，保持若干工件1的行星齿轮状传送器2位于中心齿轮3与环形齿轮4之间。研磨表面平板5和6位于传送器2的上下表面。在这种状态下，中心齿轮3和环形齿轮旋转，在研磨表面平板5与6之间注入混合研磨颗粒的研磨液。从而引起传送器2自转和公转。通过上下表面研磨板5和6与工件1之间的滑动作用对工件1的上下表面进行抛光。

此外，中心齿轮3和环形齿轮4分别经减速机构和无级传输结构与驱动电动机(未示出)连接。

但是在包含研磨压力波动系统的研磨装置中，由于各种关系(例如研磨压力、运动转矩和速度、机械静摩擦力)，所以压力减小范围受到限制。而且如果压力减得过小，当施加了超过最大静摩擦力的旋转力时工件1溢出传送器2。工件1被夹持在传送器2与研磨表面平板5之间，从而使工件产生断裂、折断和其他损坏。

而且由于速度和转矩呈图8所示台阶状升高并且采用研磨速度增加系统完成研磨，所以开始施加在工件1上的负载可能较低。但是情况不足以防止工件1在研磨时受到下述损坏。

即，工件1表面形成许多微小的凸起。在研磨时，研磨液的研磨颗粒切入这些凸起。由于研磨速度增加系统采用连续驱动，所以一旦研磨颗粒侵入工件1表面，侵入的研磨颗粒就停留下来。在其中有侵入颗粒的情况下工件1继续旋转，并且随后对工件1局部施加较大的负载。

因此研磨对工件1的损坏非常大。因此无法充分地防止微开裂和其他损坏的生成。

发明内容

为了克服上述问题，本发明的较佳实施例提供了研磨方法和研磨装置，可靠地防止了研磨损坏的产生并且避免研磨工件的损坏。

按照本发明的较佳实施例，研磨方法包括的步骤是，首先间断地对工件进行研磨操作，在完成间断研磨操作之后对工件连续进行研磨操作，其中第一步以较低转矩和较低速度间断地对工件进行研磨，第二步以较高转矩和较高速度对工件连续进行研磨。

按照本发明的另一较佳实施例，研磨装置包括能够保持若干工件的行星齿轮状传送器、与传送器编织在一起的中心齿轮和环形齿轮、位于传送器上下部分内的一研磨表面平板以及转动中心齿轮和环形齿轮中的至少一个的电动机，从而使得研磨装置在向工件与上下研磨表面平板之间注入混合研磨颗粒的研磨液时进行抛光。比较好的是，研磨装置还包括：第一阶驱动的第一控制器，它以较低的转矩完成驱动电动机的间断驱动；主驱动的第二控制器，它在完成较低转矩下的间断驱动之后以较高转矩连续驱动电动机；以及在第一阶驱动的第一控制器与主驱动的第二控制器之间切换的开关。

按照本发明的另一较佳实施例，研磨装置包括能够保持若干工件的行星齿轮状传送器、与传送器编织在一起的中心齿轮和环形齿轮、位于传送器上下部分的研磨表面平板以及转动中心齿轮和环形齿轮中的至少一个的电动机，从而使得研磨装置在向工件与上下研磨表面平板之间注入混合研磨颗粒的研磨液进行抛光，并且转动中的齿轮和环形齿轮的至少一个侧面。

比较好的是，研磨装置还包括：低转矩驱动电路，它利用低转矩电动机完成中心齿轮和环形齿轮中的至少一个的间断驱动；高转矩驱动电路，在完成间断驱动之后它利用高转矩电动机完成中心齿轮和环形齿轮中的至少一个的连续驱动；以及在低转矩驱动电路与高转矩驱动电路之间切换的开关。

按照本发明各种较佳实施例的方法，首先在工件上间断完成研磨操作。在这种间断研磨过程中，如果施加旋转力，则研磨液的研磨颗粒将侵入工件表面存在的凸起内，并且负载将突然变大。但是通过在负载过载之前停止来释放负载。因此可靠地防止了严重的研磨损坏，例如微开裂。通过完成预先设定的间断运动次数，工件表面的凸起一定程度得到去除并且变得光滑。最大静摩擦力可以小到预先设定的数值。而且，在随后进行的连续研磨过程中，工件的表面状态一定程度上是光滑的。因此作用在工件上的点冲击力变小。工件表面可以抛光至所需的光滑度，与此同时防止对工件的任何损坏，即使在连续研磨工件时。

此外，完成间断研磨操作的程序可以手工或机械进行。

比较好的是以低转矩和低速完成间断的研磨操作。还比较好的是以高转矩和高速进行连续研磨操作。

如果以高速或高转矩完成间断研磨，则施加在摩擦阻力较大的第一阶段工件的凸起上的负载较大并且对工件的损坏也较大。

另一方面，当以低转矩和低速完成间断研磨操作并且以高转矩和高速完成连续研磨时，缓慢地对工件抛光而不会对有凸起的初始工件施加较大的负载，并且随后在工件具有一定平滑度时高速抛光工件。由此消除工件损坏并且改进抛光效率。

比较好的是在小角度范围内逐渐改变角度时进行间断研磨操作。

即，在间断研磨操作开始时，进行凸起的抛光，减少点冲击力，否则因为工件表面上存在大量凸起由于在小角度范围内运动点冲击力会作用于工件。而且随着凸起数量的减少，通过扩大角度范围，可以有效地平滑凸起。

比较好的是与连续研磨操作期间施加在工件上的焊接压力相比较，降低施加在工件上的焊接压力的同时进行间断研磨操作。

即，在减小施加在工件上的焊接压力的情况下完成间断的研磨，从而以较小的焊接压力仅仅抛光工件表面存在的凸起。而且可靠地防止了作用在工件局部的过量焊接压力引起的断裂或开裂。而且由于仅仅在间断旋转时减少压力，所以未施加超过最大静摩擦力的转动力，并且工件不会溢出传送器。

按照本发明的另一较佳实施例，由于驱动电动机从低转矩的间断驱动切换为高转矩的连续驱动，因此只需一个驱动电动机，可以减少装置的尺寸和成本。

上述开关可以包括改变电动机转矩和转速的逆变器。或者，传动装置可以用来改变电动机的转矩和转速。

或者，可以提供低转矩电动机和高转矩电动机并且在间断研磨与连续研磨之间选择地切换这两电动机，因此控制器相当简单。

通过以下结合附图对本发明较佳实施例的描述可以进一步理解本发明的其他单元、特性、特征和优点。

附图说明

图1为示意图，简化示出了本发明较佳实施例所用的研磨装置的基本部分；

图2为按照本发明较佳实施例的研磨方法的转矩和速度随时间变化的示意图；

图3为本发明较佳实施例程序的示意图；

图4为本发明研磨装置的第二较佳实施例的结构图；

图5为本发明研磨装置的第三较佳实施例的结构图；

图6为本发明研磨装置的第四较佳实施例的结构图；

图7为普通研磨速度增加系统内转矩和速度随时间变化的示意图；以及

图8为普通研磨速度增加系统内转矩和速度随时间变化的示意图。

具体实施方式

以下借助附图描述本发明较佳实施例的例子。

图1为示意图，简单示出了按照本发明较佳实施例的方法中所用研磨装置的主要构件。图2为本发明较佳实施例中转矩和速度随时间变化的示意图。图3为较佳实施例程序的示意图。

此外，本发明各种较佳实施例的方法所用的研磨装置在结构上与普通装置没有基本差别。因此以下就类似普通装置的图1进行描述。

在研磨装置中，保持若干工件1的传送器2位于中心齿轮3与环形齿轮4之间。研磨表面平板5和6位于传送器2的一上部分和一下部分。中心齿轮3和环形齿轮4分别经减速机构和无级传动结构与驱动电动机连接由驱动电动机驱动，与此同时注入混合研磨颗粒的研磨液。齿轮3和4使传送器2自转和公转。驱动开关(未画出)包含在研磨装置中。在研磨装置中，在接通驱动开关之后，进行如图7所示与现有技术实例类似的研磨操作。换句话说，完成机械研磨过程，其中在高转矩下继续高速研磨操作。

而且在本发明较佳实施例的方法中，在研磨装置完成高转矩和高速机械研磨过程之前间断完成工件1上低转矩和低速研磨操作。图2示出了该较佳实施例的研磨过程。例如，通过操作者用手固定研磨装置的环形齿轮4，并且连续地使环形齿轮4在每个任意小的角度范围内旋转完成该较佳实施例中的研磨过程。在图2中，虚线表示抵抗最大静摩擦力并旋转研磨装置的起始转矩。

具体而言，在该较佳实施例中，该方法比较好的是按照图3所示模型示意图的步骤(1)-(7)的持续完成。首先，大约3秒以2次大约30度间断完成环形齿轮4的旋转操作(1)、(2)，或更好的是通过人工操作，随后大约4秒以5次大约60度间断完成环形齿轮4的旋转操作(3)-(7)，或更好的是通过人工操作。因此，通过20秒以下经过-回转(360度)以低转矩和低速完成研磨过程。换句话说，在该研磨过程中，比较好的是在使角度范围从小角度范围逐渐扩大的同时完成研磨过程。此外，为通常的研磨装置提供压力减小机构。通过第一阶研磨流并在减小的压力下完成该较佳实施例中低转矩和低速的研磨过程。在上述低转矩和低速下间断完成的研磨之后，与现有技术类似的随后的附加机械研磨过程(换句话说是普通的机械研磨过程，其中以高转矩继续高速研磨过程)将在工件1上完成。

本发明的发明人利用本发明较佳实施例的程序在工件1上完成研磨过程。发明人确认当利用本发明较佳实施例时不发生工件的开裂和其他损坏。而且在研磨过程之后产生微开裂的机率也大大降低。例如，确认当按照图7所示普通程序完成研磨过程时，发生微开裂的机率约为13％，另一方面，当按照如图2所示本发明较佳实施例完成研磨过程时，微开裂的发生机率降低至约0.3％。

获得上述较佳结果的原因如下。按照较佳实施例的程序，首先完成低转矩下的低速研磨操作。因此，工件1表面存在的凸起在一定程度上被去除。在最初的降低研磨过程期间，工件1的表面条件变得一定程度上光滑。间断完成低转矩和低速下的研磨过程。因此通过在间断研磨过程期间停止研磨操作释放侵入工件表面凸起的研磨液的研磨颗粒。因此可靠地防止了严重的研磨损坏的发生，例如微开裂或其他损坏。而且在间断研磨过程之后的连续高转矩和高速研磨过程中，工件表面状态平滑到一定程度。因此在连续研磨过程中施加在工件上的点冲击力小得多，因此不产生研磨损坏。

一般情况下，研磨操作的研磨时间比较好的是6分钟左右。由于首先完成的间断研磨操作最多约20秒，所以与整个研磨时间相比间断研磨所需的时间非常短。因此本较佳实施例的研磨效率没有降低。

此外，在研磨过程中，可以将研磨液中研磨颗粒的密度从约4.8％左右提高至约7％左右。

图4示出了涉及完成本发明其他较佳实施例方法所使用的研磨装置的本发明第二较佳实施例。

虽然在上述较佳实施例中人工完成低转矩和低速的间断研磨操作，但是在本发明第二较佳实施例中是自动完成间断研磨过程。

由于研磨装置的传送器2、中心齿轮3、环形齿轮4、研磨表面平板5和6的结构与图1相同，所以不再赘述。

在图4所示第二较佳实施例中，提供了控制装置10并且包括操作的存储程序。控制装置10经逆变器11与驱动电动机12连接。

逆变器11根据控制装置10的命令控制频率并且完成电动机12的转速控制。

电动机12的转轴13经减速齿轮14a和14b与中心齿轮3的驱动轴15连接。转矩传感器16经驱动轴15提供并且用于检测施加在驱动轴15的转矩。转矩传感器16向控制转轴10发送检测信号。

在该较佳实施例的研磨装置中，在整个研磨过程的早期完成间断的研磨操作，使得在驱动轴15的转矩超过预先设定值时暂停电动机12的操作停止研磨操作，与此同时由逆变器11完成电动机12的低速驱动。

逆变器11的频率在预定频率或预定时间的间断研磨操作之后改变。随后逆变器11的过程和操作转移至连续高速和高转矩研磨操作。因此，可以类似图2所示的方式自动完成研磨操作。

图5示出了本发明研磨装置的第三较佳实施例。

在该较佳实施例中，电动机12的转轴13经传动机构17与中心齿轮3的驱动轴15相连，传动机构17可以改变降速比，成为两档不同的降速比。两个齿轮17a和17b旋转支承在传动机构17内部的驱动轴15上。开关17c选择性地将这些齿轮17a和17b与驱动轴15连接。与齿轮17a和17b啮合的齿轮17d和17e固定于电动机12的转轴13。

在间断研磨操作的第一阶段，将开关17c切换至将齿轮17b与驱动轴15连接。电动机12的驱动力经齿轮17e和17b传递给驱动轴15。由于齿轮17e和17b的减速比较大，所以如果转轴15低速转动的转矩超过预定值则电动机12停止。由此完成低速和低转矩下的间断研磨操作。

在预定频率或预定时间的间断研蘑探柞之后，将开关17c切换至将齿轮17a连接至驱动轴15。电动机12的驱动力经齿轮17d和17a被传递至驱动轴15。

由于齿轮17d和17a的减速比较小，所以通过以高速转动转轴15完成电动机12的连续驱动。由此完成高速和高转矩下连续研磨操作。

图6示出了按照本发明的研磨装置的第四较佳实施例。

电动机18和19比较好的包含在本较佳实施例中。电动机18以低速转动和低转矩运行。另一电动机19以高速转动和高转矩运行。在电动机18和19的转轴20和21中间提供电磁离合器22和23，并且借助控制装置10完成间断控制。齿轮24和25分别固定在转轴20和21上。齿轮24和25与固定在中心齿轮3的驱动轴15的齿轮26啮合。

在研磨过程中，离合器22首先连接而离合器23脱开。如果转轴15的转矩超过预定值则电动机18将停止，而当驱动第一电动机18时转轴15以低速转动。由此完成低速和低转矩的间断研磨操作。在预定频率或预定时间的间断研磨操作之后离合器22脱开并且离合器23连接。而且，如果第二电动机19驱动执行电动机19的连续驱动同时驱动轴15进行高速转动。由此完成高速和高转矩的连续研磨操作。

在图4-6的实例中，比较好的是向中心齿轮3的驱动轴15提供转矩传感器16。检测驱动轴15的转矩并且完成间断的研磨操作。但是无需检测转矩。例如，可以在驱动轴15上提供转矩限制器。仅仅在第一阶段的研磨操作时转矩限制器改变为滑动状态(滑动大于预定量的转矩的状态)。在连续研磨操作时，转矩限制器改变为固定状态。开关控制可以这种方式完成。而且在这种情况下，施加在工件1的负载(转矩)可以限制在固定值以下。

而且如图3所示，间断研磨操作可以利用这种时序控制完成。

此外，本发明较佳实施例可以研磨的工件1例如包括压电体、介电体、绝缘陶瓷板、晶体或其他合适的另件。但是并不局限于此。

如上所述，按照本发明的各种较佳实施例，在首先完成间断研磨操作之后，完成连续研磨操作。因此，在一定程度上去除工件上凸起之后完成研磨过程。因此高效地完成研磨并且消除研磨引起的工件损坏。

在间断研磨操作期间，由于通过停止研磨操作释放了侵入工件表面上的凸起的研磨液的研磨颗粒，所以不会有过大的负载施加在工件上。因此可靠地防止了诸如微开裂之类的严重研磨损坏的产生。

而且按照本发明较佳实施例的研磨装置，驱动电动机被切换至电动机以低转矩完成间断驱动的阶段和以高转矩完成连续驱动的阶段。在仅仅利用一个电动机时该较佳实施例可以实现本发明各种较佳实施例的优点，还减少了研磨装置的尺寸和成本。

而且，按照本发明另一较佳实施例的另一研磨装置，提供了低转矩电动机和高转矩电动机并且选择性地切换，并且完成间断研磨和连续研磨。在这较佳实施例中，控制和间断研磨与连续研磨之间的切换是相当简单的。

虽然描述了本发明的较佳实施例，但是本发明的精神和范围由所附权利要求限定。

Claims (9)

1.一种研磨工件的研磨装置，包括：

能够保持若干工件的行星齿轮状传送器；

与传送器啮合的中心齿轮；

与传送器啮合的环形齿轮；

位于传送器上部分和下部分的研磨表面平板；

驱动传送器并且转动中心齿轮和环形齿轮至少一个的电动机；

其特征在于，还包括：

第一控制器，安排为控制电动机完成第一阶驱动，从而以较低的转矩间断驱动电动机；

第二控制器，安排为在完成较低转矩下的间断驱动之后完成第二阶驱动，从而以较高转矩连续驱动电动机；以及

在完成第一阶驱动的第一控制器与完成第二阶驱动的第二控制器之间切换的开关。

2.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于进一步包括研磨液涂敷装置，安排为在间断和连续研磨过程中供应研磨液。

3.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于第一和第二控制器每个都包括逆变器，用于控制电动机的频率和速度。

4.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于提供转矩传感器并且安排为检测电动机施加在所连接转轴上的转矩。

5.如权利要求4所述的研磨装置，其特征在于转矩传感器安排为向第一和第二控制器中的至少一个发送转矩信号并且当驱动转轴转矩超过预定值时通过暂停电动机操作停止间断研磨操作。

6.一种研磨工件的研磨装置，其特征在于包括：

能够保持若干工件的行星齿轮状传送器；

与传送器啮合的中心齿轮；

与传送器啮合的环形齿轮；

位于传送器上部分和下部分的研磨表面平板；

驱动传送器并且转动中心齿轮和环形齿轮中的至少一个的电动机；

其特征在于，还包括：

低转矩电动机；

高转矩电动机；

低转矩驱动电路，安排为经低转矩电动机完成中心齿轮和环形齿轮中的至少一个的间断驱动；

高转矩驱动电路，安排为在完成间断驱动之后经高转矩电动机完成中心齿轮和环形齿轮中的至少一个的连续驱动；以及

在低转矩驱动电路与高转矩驱动电路之间切换的开关。

7.如权利要求6所述的研磨装置，其特征在于进一步包括研磨液供应装置，安排为在间断和连续研磨过程中供应研磨液。

8.如权利要求6所述的研磨装置，其特征在于低转矩电动机具有第一驱动转轴和固定在第一驱动转轴上的第一电磁离合器，高转矩电动机具有第二驱动转轴和固定在第二驱动转轴上的第二电磁离合器，并且开关安排为主动地啮合和分离第一和第二电磁离合器以使间断驱动变化至连续驱动。

9.如权利要求8所述的研磨装置，其特征在于如果第一转轴的转矩超过预先设定的数值则停止低转矩电动机。

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