DE19957797B4

DE19957797B4 - Oberflächenpolierverfahren und -gerät

Info

Publication number: DE19957797B4
Application number: DE19957797A
Authority: DE
Inventors: Makoto Sato; Yukio Yamaguchi; Noriyuki Tomikawa
Original assignee: Noritake Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd
Priority date: 1998-12-02
Filing date: 1999-12-01
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2019-12-02
Also published as: US6280296B1; JP4342012B2; DE19957797A1; JP2000158333A

Abstract

Verfahren zum Polieren einer Oberfläche eines Werkstücks (32) in einer Ebene, bei dem die gesamte Oberfläche des Werkstücks (32) in Gleitkontakt mit einer Polierfläche (24) einer sich um eine Drehachse drehenden Polierplatte (26) gehalten wird, mit den Schritten:
Drehen des Werkstücks (32) durch eine Werkstückdrehvorrichtung (36) mit einem Werkstückdrehmotor (56) in einer Drehzeit (T_A) um eine Eigendrehungsachse (A), die parallel zur Drehachse der Polierplatte (26) ist und innerhalb der Oberfläche des Werkstücks (32) liegt;
Umlaufenlassen der Eigendrehungsachse (A) des Werkstücks (32) durch eine Werkstückumlaufeinrichtung (38) mit einem Werkstückumlaufmotor (66) in einer Umlaufzeit (T_B) um eine Umlaufachse (B), die parallel zur Drehachse der Polierplatte (26) ist und innerhalb eines Umkreises (G) der Oberfläche des Werkstücks (32) liegt;
– wobei die Drehzahl (T_A) und die Umlaufzeit (T_B) derart voneinander verschieden eingestellt werden, dass die Bedingungen 0,1 ≤ T_B/T_A < 1 oder 1 < T_B/T_A ≤ 10 erfüllt sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Oberflächenpolierverfahren gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und ein Oberflächenpoliergerät gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 8, die eine Polierplatte oder eine Polierscheibe verwenden, die eine Polierfläche zum Polieren, Läppen oder Schleifen einer Oberfläche des Werkstücks in einer Ebene aufweist.
Ein gattungsgemäßes Oberflächenpolierverfahren und ein gattungsgemäßes Gerät zur Ausübung des Verfahrens sind aus der US 4 805 358 A bekannt. Werkstücke sind in jeweiligen Taschen von jeweiligen Haltern so gehalten, dass der Gesamtoberflächenbereich jedes Werkstücks in Gleitkontakt mit einer ringförmigen Polierplatte gehalten ist. Die Tasche ist bezüglich der Drehachse des Halters durch kleine Zahnräder exzentrisch gehalten, so dass eine Drehung des Werkstücks mit dem Halter einen Umlauf der Drehachse des Werkstücks um eine Umlaufachse hervorruft, die innerhalb des Oberflächenbereichs des Werkstücks liegt. Mit dieser Anordnung kann das Werkstück mit einem hohen Grad an Flachheit der polierten Oberfläche auf Grund des Umlaufs der Eigendrehungsachse des Werkstücks poliert werden.
Wenn der Durchmesser des Werkstücks oder seiner zu polierenden Fläche in bezug auf den Durchmesser der Polierplatte verhältnismäßig groß ist, reicht der Umlauf der Eigendrehungsachse des Werkstücks auf Grund der Exzentrizität der Tasche nicht zur Verbesserung Flachheit und der Maßgenauigkeit der polierten Werkstückoberfläche aus.
Die DE 196 49 216 A1 offenbart eine Technik zum Verbessern der Flachheit der polierten Oberfläche eines Werkstücks mit einem Durchmesser, der in bezug auf den Durchmesser einer Polierplatte relativ groß ist. Es werden zwei Antriebsquellen zum Drehen des Werkstücks um seine Eigendrehungsachse und zum Umlaufenlassen der Eigendrehungsachse um eine Umlaufachse, die innerhalb des Werkstückoberflächenbereichs liegt. Die Drehgeschwindigkeit und die Umlaufgeschwindigkeit sind variabel. Die Technik bezieht sich jedoch auf einen Poliervorgang, bei dem eine topfförmige Polierplatte mit nur einem lokalen Abschnitt der Werkstückoberfläche auf ein Mal in Gleitkontakt ist. Der augenblickweise lokale Kontakt der Werkstückoberfläche mit der topfförmigen Polierplatte leidet jedoch an einem relativ niedrigen Wirkungsgrad des Poliervorgangs, insbesondere wenn das Werkstück relativ groß ist.
Es ist daher eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Polieren sogar eines großen Werkstücks mit einem hohen Maß an Flachheit mittels eines verhältnismäßig kleinen Geräts zu erlauben, das ein Polierplatte umfasst, die mit einem Gesamtoberflächenbereich des Werkstücks auf ein Mal in Gleitkontakt bringbar ist, um den Polierwirkungsgrad zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Gerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst.
Ein Verfahren zum Polieren einer Oberfläche eines Werkstücks in einer Ebene ist vorgesehen, bei dem das Werkstück in Gleitkontakt mit einer Polierfläche einer sich drehenden Polierplatte gehalten wird und das Verfahren die Schritte Drehen des Werkstücks um eine Eigendrehungsachse dessen, die parallel zu einer Drehachse der Polierplatte ist und die innerhalb der Oberfläche des Werkstücks liegt, und Umlaufenlassen der Eigendrehungsachse des Werkstücks um eine Umlaufachse umfasst, die parallel zu der Drehachse der Polierachse ist und die innerhalb eines Umkreises der Oberfläche des Werkstücks liegt.
Bei dem erfindungsgemäßen Oberflächenpolierverfahren wird das in Gleitkontakt mit der Polierfläche der Polierplatte gehaltene Werkstück um seine zu der Drehachse der Polierplatte parallele Eigendrehungsachse gedreht, während die Eigendrehungsachse des Werkstücks gleichzeitig um die Umlaufachse umlaufen gelassen wird, die parallel zu der Drehachse der Polierplatte ist und die innerhalb des Umkreises der Werkstückoberfläche liegt. Infolge des Umlaufs der Eigendrehungsachse des Werkstücks wie auch der Eigendrehung des Werkstücks um die Eigendrehungsachse kann die Tendenz zur Ausbildung eines erhöhten oder nach oben hin konvex werdenden Zentralabschnitts der polierten Oberfläche des Werkstücks oder einer Schräge der polierten Werkstückoberfläche minimiert werden, sodass dadurch die Flachheit und die geometrische Genauigkeit und Abmessungsgenauigkeit der polierten Werkstückoberfläche selbst dann verbessert werden, wenn das Werkstück verhältnismäßig groß ist. Da die Umlaufachse, um die die Eigendrehungsachse des Werkstücks umlaufen gelassen wird, zudem innerhalb des Umkreises der Werkstückoberfläche gelegen ist, erfordert dieses Verfahren keine Werkstückhalteplatte, die zwei- oder mehrfach größer als die Größe (Durchmesser) des Werkstücks ist, weshalb die Größen der verwendeten Polierplatte und des Oberflächenpoliergeräts verringert werden können, was eine deutliche Senkung der Kosten eines Oberflächenpoliervorgangs und der Herstellungskosten des Oberflächenpoliergeräts erlaubt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens erfolgen die Drehung der Polierplatte um die Drehachse, die Eigendrehung des Werkstücks um die Eigendrehungsachse und der Umlauf der Eigendrehungsachse des Werkstücks um die Umlaufachse in der gleichen Richtung. Bei dieser Anordnung ist die Differenz der Poliergeschwindigkeit des Werkstücks an einem relativ gesehen radial inneren Abschnitt und an einem relativ gesehen radial äußeren Abschnitt der Polierfläche der Polierplatte verringert, was zu einer Verbesserung der Flachheit der polierten Oberfläche des Werkstücks führt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Werkstück um die Eigendrehungsachse mit der Drehzeit T_A gedreht, während die Eigendrehungsachse um die Umlaufachse mit der Umlaufzeit T_B umlaufen gelassen wird, wobei 0,1 ≤ T_B/T_A 1 oder 1 < T_B/T_A ≤ 10, d. h. 0,1 ≤ T_B/T_A ≤ 10 mit T_A/T_B ≠ 1, und besser 0,8 ≤ T_B/T_A < 1 oder 1 < T_B/T_A ≤ 1,25, d. h. 0,8 ≤ T_B/T_A ≤ 1,25 mit T_A/T_B ≠ 1, erfüllt ist. In diesem Fall sind die Drehzeit T_A und die Umlaufzeit T_B voneinander verschieden eingestellt, damit ein ausreichend hohes Maß an Flachheit der polierten Werkstückoberfläche gewährleistet wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist ein Radius einer Umlaufbahn der Eigendrehungsachse des Werkstücks um die Umlaufachse nicht kleiner als 5% eines Radius eines Inkreises des Werkstücks, wobei der Radius der Umlaufbahn der Eigendrehungsachse vorzugsweise nicht kleiner als dieser Radius und nicht größer als ein Radius des Umkreises des Werkstücks ist. Diese Anordnung trägt zu einer weiteren Verbesserung der Flachheit der polierten Werkstückoberfläche bei.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens besteht die Polierfläche der Polierplatte aus einer ringförmigen Oberfläche, wobei die Umlaufachse der Eigendrehungsachse des Werkstücks zwischen einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser der ringförmigen Oberfläche der Polierfläche liegt. Der Innendurchmesser der ringförmigen Oberfläche ist vorzugsweise größer als ein Durchmesser einer Umlaufbahn der Eigendrehungsachse des Werkstücks. Bei dieser Anordnung ist die Eigendrehungsachse des Werkstücks nicht radial innen von der inneren Begrenzungsfläche der ringförmigen Polierfläche der Polierplatte oder radial außen von der äußeren Begrenzungsfläche der ringförmigen Polierplatte gelegen, sodass die Poliergenauigkeit auf einem ausreichend hohen Niveau gehalten werden kann. Bei dieser Anordnung ist die Bewegungsdistanz der Eigendrehungsachse des Werkstücks in die radial innen liegende Richtung der Polierplattenscheibe kleiner als ein dem Innendurchmesser der Polierfläche entsprechender Wert, wodurch verhindert wird, dass sich ein beliebiger Abschnitt der Werkstückoberfläche von einer Position der Polierfläche zu einer anderen Position derselben diametral entgegengesetzt zu der einen Position bewegt, während er sich über die Drehachse der Polierfläche hinwegbewegt.
Ein Oberflächenpoliergerät zum Polieren einer Oberfläche eines Werkstücks in einer Ebene ist vorgesehen, bei dem das Werkstück in Gleitkontakt mit einer Polierfläche einer sich drehenden Polierplatte gehalten wird, wobei das Oberflächenpoliergerät eine Werkstückdrehvorrichtung, die sich zur Drehung des Werkstücks um eine Eigendrehungsachse dessen betreiben lässt, die parallel zu einer Drehachse der Polierplatte ist und die innerhalb der Oberfläche des Werkstücks liegt, und eine Werkstückumlaufvorrichtung umfasst, die sich zum Umlaufenlassen der Eigendrehungsachse des Werkstücks um eine Umlaufachse betreiben lässt, die parallel zu der Drehachse der Polierplatte ist und die innerhalb eines Umkreises der Oberfläche des Werkstücks liegt.
Das wie vorstehend beschrieben aufgebaute Oberflächenpoliergerät ergibt im wesentlichen die gleichen Vorteile wie das beschriebene Oberflächenpolierverfahren.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Oberflächenpoliergeräts werden eine Scheibendrehvorrichtung zur Drehung der Polierplatte sowie die obengenannte Werkstückdrehvorrichtung und Werkstückumlaufvorrichtung derart betrieben, dass die Drehung der Polierplatte um die Drehachse, die Eigendrehung des Werkstücks um die Eigendrehungsachse und der Umlauf der Eigendrehungsachse des Werkstücks um die Umlaufachse in der gleichen Richtung erfolgen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Geräts werden die Werkstückdrehvorrichtung und die Werkstückumlaufvorrichtung derart betrieben, dass das Werkstück um die Eigendrehungsachse mit der Drehzeit T_A gedreht wird und die Eigendrehungsachse um die Umlaufachse mit der Umlaufzeit T_B umlaufen gelassen wird, wobei 0,1 ≤ T_B/T_A < 1 oder 1 < T_B/T_A ≤ 10 erfüllt ist. Die Werkstückdrehvorrichtung und die Werkstückumlaufvorrichtung werden vorzugsweise derart betätigt, dass die Drehzeit T_A und die Umlaufzeit T_B 0,8 ≤ T_B/T_A < 1 oder 1 < T_B/T_A ≤ 1,25 erfüllen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Geräts ist ein Radius einer Umlaufbahn der Eigendrehungsachse des Werkstücks um die Umlaufachse nicht kleiner als 5% eines Radius eines Inkreises des Werkstücks. Gemäß einer vorteilhaften Anordnung dieser Ausführungsform des Geräts ist der Radius der Umlaufbahn der Eigendrehungsachse nicht kleiner als dieser Radius und nicht größer als ein Radius des Umkreises des Werkstücks.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Oberflächenpoliergeräts besteht die Polierfläche der Polierplatte aus einer ringförmigen Oberfläche, wobei die Umlaufachse der Eigendrehungsachse des Werkstücks zwischen einem Innendurchmesser und einem Außendurchmesser der ringförmigen Oberfläche der Polierfläche liegt. In diesem Fall sollte der Innendurchmesser der ringförmigen Oberfläche der Polierfläche größer als ein Durchmesser einer Umlaufbahn der Eigendrehungsachse des Werkstücks sein.
Die Aufgabe sowie Merkmale, Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung dieser Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung eines derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung hervor, bei der auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine Oberflächenpoliermaschine, die entsprechend einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel aufgebaut ist;
2 eine aufgebrochene Vorderansicht der Oberflächenpoliermaschine gemäß 1;
3 eine herausgebrochene und vergrößerte Draufsicht auf die Oberflächenpoliermaschine, die eine Werkstückdrehvorrichtung und eine Werkstückumlaufvorrichtung sowie eine Eigendrehungsachse eines Werkstücks und eine Umlaufbahn eines Umlauf des Werkstücks bezüglich einer Polierscheibe zeigt;
4 eine Seitenansicht der Werkstückdreh- und -umlaufvorrichtungen der Oberflächenpoliermaschine gemäß 1;
5A und 5B Darstellungen des jeweiligen Oberflächenzustands des Werkstücks vor und nach dem Polieren der Oberfläche durch eine herkömmliche Oberflächenpoliermaschine, wobei das Werkstück gedreht und in einer diametral entgegengesetzten Richtung der Polierscheibe hin- und herbewegt wurde; und
6A und 6B Darstellungen der jeweiligen Oberflächenzustände einer Oberfläche des Werkstücks 32 vor und nach dem Polieren der Oberfläche durch die Oberflächenpoliermaschine gemäß 1, wobei das Werkstück 32 entsprechend dem erfindungsgemäßen Prinzip um seine Eigendrehungsachse gedreht wurde, während die Eigendrehungsachse umlaufen gelassen wurde.
In den 1 und 2 ist eine Oberflächenpoliermaschine 10 gezeigt, die entsprechend einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel aufgebaut ist. Die Oberflächenpoliermaschine 10 weist einen Rahmen 12 auf, auf dem ein kreisförmiger Teller 14 über ein Lager 16 derart getragen wird, dass der kreisförmige Teller 14 um eine Achse von ihm drehbar ist, die im wesentlichen vertikal ist. Der kreisförmige Teller 14 wird über eine Drehzahlverringerungsvorrichtung 20 von einem Scheibenantriebsmotor 18 gedreht. Die Drehzahlverringerungsvorrichtung 20 ist mit dem Scheibenantriebsmotor 18 mittels eines Riemens verbunden und weist eine sich vertikal erstreckende Abtriebswelle 22 auf, mit der der kreisförmige Teller 14 verbunden ist. An der Oberseite des kreisförmigen Tellers 14 ist eine Polierplatte in Form einer Polierscheibe 26 befestigt, die eine Polierfläche (Läppfläche) in Form einer flachen ringförmigen Oberfläche 26 aufweist, die einen Innendurchmesser D1 und einen Außendurchmesser D2 aufweist. Die flache ringförmige Oberfläche 26 wird als Polierfläche 26 bezeichnet. Bei an dem kreisförmigen Teller 14 befestigten Polierscheibe 26 liegt die Polierfläche 24 in einer zu der Drehachse der Abtriebswelle 22 der Drehzahlverringerungsvorrichtung 20 senkrechten Ebene, d. h. in der horizontalen Ebene. Die Polierscheibe 26 mit der Polierfläche 24 wird durch den Scheibenantriebsmotor 18 in einer durch den in 3 gezeigten Pfeil angegebenen Richtung gedreht.
Die Polierscheibe 26 kann aus einem verhältnismäßig weichen Metall wie etwa Zinn oder Kupfer ausgebildet sein, wobei die Oberflächenpoliermaschine 10 dazu angepasst ist, unter Verwendung von losen oder freien Schleifkörnern, die zusammen mit einem Polierfluid oder -kühlmittel verwendet werden, einen Poliervorgang auszuführen. Wenn die Oberflächenpoliermaschine 10 dazu angepasst ist, einen Poliervorgang unter Verwendung fixierter Schleifkörner auszuführen, kann die Polierscheibe 26 eine Scheibe sein, die wie in der JP-A-10-286755 damit verbundene Schleifkörner trägt.
Um die Polierscheibe 26 herum und angrenzend dazu sind eine Einrichteplatte 30, eine Werkstückdrehvorrichtung 36, eine Werkstückumlaufvorrichtung 38 und eine Ringdrehvorrichtung 42 angeordnet. Die Einrichteplatte 30 wird zur Erleichterung einer Einrichtung der Oberflächenpoliermaschine 10 oder für andere Zwecke verwendet. Die Werkstückdrehvorrichtung 36 ist dazu angepasst, ein Werkstückhaltebauteil in Form einer kreisförmigen Werkstückhalteplatte 34 um eine Eigendrehungsachse A zu drehen, die sich in vertikaler Richtung erstreckt. Die Werkstückhalteplatte 34 weist eine Unterseite auf, an die, wie in 3 dargestellt ist, ein Werkstück 32 in Form einer rechteckförmigen Platte gebunden oder durch andere geeignete Mittel fixiert ist. Die Werkstückumlaufvorrichtung 38 ist dazu angepasst, die Eigendrehungsachse A der Werkstückhalteplatte 34 oder des Werkstücks 32 um eine Umlaufachse B umlaufen zu lassen, die parallel zu der Achse A ist, sodass das Werkstück 32 in einer Umlaufbahn K gedreht wird. Die Ringdrehvorrichtung 42 ist dazu angepasst, einen Rektifizier- bzw. Korrekturring 40 zu drehen, der eine verhältnismäßig kleine axiale Länge aufweist. Der durch die Ringdrehvorrichtung 42 gedrehte Korrekturring 40 wird während eines Poliervorgangs an dem Werkstück 32 durch die Polierscheibe 26 in Gleitkontakt mit der Polierfläche 24 gehalten, sodass der gesamte Bereich der Polierfläche 24 während der Lebensdauer der Polierscheibe 26 flach gehalten wird.
Es ist ersichtlich, dass die Eigendrehungsachse A, um die das Werkstück 32 gedreht wird, und die Umlaufachse B, um die die Eigendrehungsachse A umdrehen gelassen wird, parallel zu der Drehachse der Polierscheibe 26 sind. Die Strichpunktlinie in 1 gibt eine zweite Werkstückhalteplatte 34 an, die das daran fixierte Werkstück 32 trägt. Für diesen zweiten Werkstückhalter 34 ist ebenfalls die Werkstückdrehvorrichtung 36 und die Werkstückumlaufvorrichtung 38 vorgesehen, um das entsprechende Werkstück 32 um seine Eigendrehungsachse A zu drehen und das Werkstück um die Umlaufachse B umlaufen zu lassen. Es ist zu beachten, dass die Werkstückhalteplatte 34 und der Korrekturring 40 lediglich durch die Schwerkraft auf die Polierfläche 26 gelegt sind, während die Werkstückhalteplatte 34 und der Korrekturring 40 durch die jeweilige Drehvorrichtung 36, 42 gedreht werden.
Wie in den 3 und 4 gezeigt ist, ist auf dem Rahmen 12 ein Querrollenträger 48 vorgesehen. Auf diesen Querrollenträger 48 ist ein XY-Tisch 46 derart befestigt, dass der XY-Tisch 46 in wechselseitig senkrechte X- und Y-Richtungen bewegbar ist. Der XY-Tisch 46 trägt ein daran befestigtes Armbauteil 54, das sich in der allgemein radial nach innen gehenden Richtung der auf die Polierfläche 24 der Polierscheibe 26 gesetzten Werkstückhalteplatte 34 erstreckt. Das Armbauteil 54 weist ein Paar Rollen 50, 52 auf, die, wie in 3 gezeigt ist, mit der äußeren Umfangsfläche der Werkstückhalteplatte 34 in Eingriff gebracht werden können. Es ist ersichtlich, dass das die Rollen 50, 52 aufweisende Armbauteil 54 mit dem Werkstückdrehmotor 56 zusammenarbeitet und die obengenannte Werkstückdrehvorrichtung 36 bildet, um die Werkstückhalteplatte 34 zusammen mit dem an ihrer Unterseite fixierten Werkstück 32 um eine Eigendrehungsachse A zu drehen, die sich in vertikaler Richtung erstreckt und parallel zu der Drehachse der Polierscheibe 26 ist.
Außerdem ist an dem Armbauteil 54 derart ein Werkstückumlaufmotor 66 befestigt, dass sich eine Abtriebswelle 64 des Motors 66 nach unten erstreckt. Die Abtriebswelle 64 trägt einen an ihrem unteren Ende befestigten kreisförmigen Teller 62. Der kreisförmige Teller 62 weist eine Rolle 60 mit kleinem Durchmesser auf, die an einer Position von ihm befestigt ist, die sich radial von seiner Mitte (von der Achse der Abtriebswelle 64) entfernt befindet. Eine Platte 68, die an dem Rahmen 12 befestigt ist, weist ein unterhalb des kreisförmigen Tellers 62 befindliches Eingriffsloch 70 auf. Die sich von dem kreisförmigen Teller 62 nach unten erstreckende Rolle 60 mit kleinem Durchmesser steht mit dem Eingriffsloch 70 in Eingriff, sodass durch das Eingriffsloch 70 Bewegungen der Rolle 60 mit kleinem Durchmesser in die X- und X-Richtungen verhindert werden. Bei dieser Anordnung führt ein Betrieb des Werkstückumlaufmotors 66 dazu, dass das Armbauteil 54 entlang eines Kreises, der eine Mitte auf der Mittellinie der Rolle 60 mit kleinem Durchmesser und einen Radius D aufweist, der einem Abstand zwischen der Drehachse der Abtriebswelle 64 (der Mitte des kreisförmigen Tellers 62) und der Mittellinie der Walze 60 mit kleinem Durchmesser entspricht, eine kreisförmige Bewegung in die X- und Y-Richtungen vollzieht. Infolgedessen lässt das Armbauteil 54, dessen Rollen 50, 52 mit der Außenumfangsfläche der kreisförmigen Werkstückhalteplatte 34 in Eingriff stehen, die Werkstückhalteplatte 34 derart umlaufen, dass die Eigendrehungsachse A der Werkstückhalteplatte 34 (des Werkstücks 32), wie durch den in 3 gezeigten Pfeil angegeben ist, in einer Umlaufbahn K um eine Umlaufachse B in der gleichen Richtung wie die Drehrichtung der Polierscheibe 26 gedreht wird. Das an der Unterseite der Werkstückhalteplatte 34 fixierte Werkstück 32 wird demnach um die Umlaufachse B umlaufen gelassen. Es ist ersichtlich, dass der die Rolle 60 mit kleinem Durchmesser aufweisende kreisförmige Teller 62, der Werkstückumlaufmotor 66 und das Eingriffsbauteil 72 so zusammenarbeiten, das sie die obengenannte Werkstückumlaufvorrichtung 38 zum Umlaufenlassen der Eigendrehungsachse A des Werkstücks 32 um die Umlaufachse B bilden.
Beim Betrieb der Oberflächenpoliermaschine 10 werden die Werkstückdrehvorrichtung 36 und die Werkstückumlaufvorrichtung 38 derart betrieben, dass das Werkstück 32 um die Eigendrehungsachse A mit einer Drehzeit T_A gedreht wird, während die Eigendrehungsachse A des an die Werkstückhalteplatte 34 fixierten Werkstücks 32 um die Umlaufachse B mit einer Umlaufzeit T_B umlaufen gelassen wird, wobei 0,1 ≤ T_B/T_A < 1 oder 1 < T_B/T_A ≤ 10, d. h. 0,1 ≤ T_B/T_A ≤ 10 mit T_A/T_B ≠ 1, und besser 0,8 ≤ T_B/T_A < 1 oder 1 < T_B/T_A ≤ 1,25, d. h. 0,8 ≤ T_B/T_A ≤ 1,25 mit T_A/T_B ≠ 1, erfüllt ist.
Die Eigendrehungsachse A des Werkstücks 32 befindet sich in der Mitte eines Inkreises N des Werkstücks 32. Die Umlaufbahn K der Eigendrehungsachse A wird um die Umlaufachse B gedreht und weist einen Radius R_B auf, der nicht kleiner als 5% eines Radius R_N des Inkreises N ist. Der Radius R_B der Umlaufbahn K ist vorzugsweise nicht kleiner als der Radius R_N des Inkreises und nicht größer als ein Radius R_G eines Umkreises G des Werkstücks 32. Des Weiteren liegt die Umlaufachse B zwischen dem Innendurchmesser D1 und dem Außendurchmesser D2 der ringförmigen Polierfläche 24 der Polierscheibe 26, wobei der Innendurchmesser D1 größer als ein Durchmesser 2R_B der Umlaufbahn K der Eigendrehungsachse B des Werkstücks 32 ist.
Nachstehend wird der Betrieb der wie vorstehend aufgebauten Oberflächenpoliermaschine 10 beschrieben. Zunächst wird die Polierscheibe 26 gedreht und auf die Polierscheibe 26 ein Polierfluid zugeführt. Das Polierfluid oder die Schlämme kann, sofern erforderlich, lose oder freie Schleifkörner enthalten. Dann wird der Korrekturring 40 auf die Polierfläche 24 gesetzt und durch die Ringdrehvorrichtung 42 in der gleichen Richtung wie die Polierscheibe 26 gedreht. Des Weiteren wird die Werkstückhalteplatte 34, die das an ihrer Unterseite gebundene oder anderweitig fixierte Werkstück 32 trägt, auf die Polierfläche 24 gesetzt und durch die Werkstückdrehvorrichtung 36 um die Eigendrehungsachse A in der gleichen Richtung wie die Polierscheibe 26 gedreht. Gleichzeitig wird das Werkstück 32 durch die Werkstückumlaufvorrichtung 38 derart umlaufen gelassen, dass die Eigendrehungsachse A des Werkstücks 32 um die Umlaufachse B in der gleichen Richtung wie die Drehrichtung der Polierscheibe 26 gedreht wird. Die Werkstückdrehvorrichtung 36, die Werkstückumlaufvorrichtung 38 und die Ringdrehvorrichtung 42 werden für eine geeignete Zeitdauer in Betrieb gelassen, während die Polierscheibe 26 gedreht wird. Infolgedessen wird die Oberfläche des die Polierfläche 24 berührenden Werkstücks poliert, geläppt oder geschliffen.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist die diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel entsprechende Oberflächenpoliermaschine 10 derart aufgebaut, dass das in Gleitkontakt mit der Polierfläche 24 der sich drehenden Polierscheibe 26 gehaltene Werkstück 32 durch die Werkstückdrehvorrichtung 36 um seine Eigendrehungsachse A gedreht wird, die parallel zu der Drehachse der Polierscheibe 26 ist und die innerhalb der Oberfläche des zu polierenden Werkstücks 32 liegt. Gleichzeitig wird das Werkstück 32 durch die Werkstückumlaufvorrichtung 38 und die Umlaufachse B umlaufen gelassen, die parallel zu der Drehachse der Polierscheibe 26 ist und die innerhalb des Umkreises G des Werkstücks 32 liegt. Infolge des Umlaufs der Eigendrehungsachse A des Werkstücks 32 um die Umlaufachse B wie auch der Eigendrehung des Werkstücks 32 um die Eigendrehungsachse A kann die Tendenz zur Ausbildung eines zentral erhöhten oder nach oben konvex werdenden Abschnitts der polierten Oberfläche des Werkstücks 32 oder einer Schräge der polierten Werkstückoberfläche minimiert werden, sodass dadurch die Flachheit und die geometrische Genauigkeit und Abmessungsgenauigkeit der polierten Werkstückoberfläche selbst dann verbessert werden, wenn das Werkstück 32 verhältnismäßig groß ist. Da sich die Umlaufachse B, um die die Eigendrehungsachse A des Werkstücks 32 umlaufen gelassen wird, zudem innerhalb des Umkreises G der Werkstückoberfläche befindet, ist es bei diesem Poliergerät und -verfahren nicht erforderlich, dass die Werkstückhalteplatte 34 zwei- oder mehrfach so groß wie die Größe des Werkstücks 32 ist, weshalb die Größen der Polierscheibe 26 und der Oberflächenpoliermaschine 10 verkleinert werden können, was eine erhebliche Verringerung der Kosten des Oberflächenpoliervorgangs und der Herstellungskosten der Poliermaschine 10 erlaubt.
Darüber hinaus werden die Werkstückdrehvorrichtung 36 und die Werkstückumlaufvorrichtung 38 bei diesem Ausführungsbeispiel derart betrieben, dass das Werkstück 32 um die Eigendrehungsachse A mit einer Drehzeit T_A gedreht wird, während die Eigendrehungsachse A des an der Werkstückhalteplatte 34 fixierten Werkstücks 32 um die Umlaufachse B mit einer Umlaufzeit T_B umlaufen gelassen wird, wobei 0,1 ≤ T_B/T_A < 1 oder 1 < T_B/T_A ≤ 10, d. h. 0,1 ≤ T_B/T_A ≤ 10 mit T_A/T_B ≠ 1, und besser 0,8 ≤ T_B/T_A < 1 oder 1 < T_B/T_A ≤ 1,25, d. h. 0,8 ≤ T_B/T_A ≤ 1,25 mit T_A/T_B ≠ 1, erfüllt ist. In diesem Fall sind die Drehzeit T_A und die Umlaufzeit T_B voneinander verschieden eingestellt, damit ein ausreichend hoher Grad an Flachheit der polierten Werkstückoberfläche gewährleistet wird.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist außerdem derart eingerichtet, dass der Radius R_B der Umlaufbahn K der Eigendrehungsachse A des Werkstücks 32 um die Umlaufachse B nicht kleiner als 5% des Radius R_N des Inkreises N des Werkstücks 32 ist und der Radius R_B der Umlaufbahn K des Werkstücks 32 vorzugsweise nicht kleiner als der Radius R_N und nicht größer als der Radius R_G des Umkreises G des Werkstücks 32 ist. Diese Anordnung trägt zu einer weiteren Verbesserung der Flachheit der polierten Werkstückoberfläche bei.
Darüber hinaus ist das vorliegende Ausführungsbeispiel derart eingerichtet, dass die Polierfläche 24 der Polierscheibe 26 aus einer ringförmigen Oberfläche besteht, wobei die Umlaufachse B der Eigendrehungsachse A des Werkstücks 32 zwischen dem Innendurchmesser D1 und dem Außendurchmesser D2 der ringförmigen Oberfläche der Polierfläche 24 liegt. Bei dieser Anordnung ist die Eigendrehungsachse A des Werkstücks 32 nicht radial innen von der inneren Begrenzungsfläche der ringförmigen Polierfläche 24 der Polierscheibe 26 oder radial außen von der äußeren Begrenzungsfläche der ringförmigen Polierfläche 24 gelegen, sodass die Poliergenauigkeit auf einem ausreichend hohen Niveau gehalten wird. Bei dieser Anordnung ist die Bewegungsdistanz der Eigendrehungsachse A des Werkstücks 32 in die radial nach innen gehende Richtung der Polierscheibe kleiner als ein dem Innendurchmesser D1 der Polierfläche entsprechender Wert, wodurch verhindert wird, dass sich ein beliebiger Abschnitt der Werkstückoberfläche von einer Position der Polierfläche 24 zu einer anderen Position derselben diametral entgegengesetzt zu der einen Richtung bewegt, während er sich über die Drehachse der Polierfläche 24 hinwegbewegt.
Die 5A und 5B zeigen jeweils einen Oberflächenzustand eines Werkstücks, bevor die Werkstückoberfläche auf einer herkömmlichen Oberflächenpoliermaschine poliert wurde, während das Werkstück 32 um eine Eigendrehungsachse gedreht und in einer diametral entgegengesetzten Richtung der Polierscheibe 26 hin- und herbewegt wurde, und einen Zustand der Werkstückoberfläche, nachdem die Werkstückoberfläche poliert wurde. Die 6A und 6B zeigen jeweils einen Oberflächenzustand des Werkstücks 32, bevor die Werkstückoberfläche auf der erfindungsgemäßen Oberflächenpoliermaschine 10 poliert wurde, während das Werkstück 32 um seine Eigendrehungsachse A gedreht und um seine Umlaufachse B umlaufen gelassen wurde, und einen Zustand der Werkstückoberfläche, nachdem die Werkstückoberfläche poliert wurde. Es ist ersichtlich, dass die auf der herkömmlichen Oberflächenpoliermaschine polierte Werkstückoberfläche einen erhöhten oder nach oben konvex werdenden Zentralabschnitt aufweist, während die Werkstückoberfläche, die auf der dem erfindungsgemäßen Prinzip entsprechenden Oberflächenpoliermaschine 10 poliert wurde, aufgrund des Umlaufs des Werkstücks 32 um die Umlaufachse B frei von einem derartigen nach oben konvex werdenden Zentralabschnitt ist.
Auch wenn vorstehend das derzeit bevorzugte Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben wurde, sei darauf hingewiesen, dass diese Erfindung auch in anderer Weise ausgeführt werden kann.
Zum Beispiel kann das Werkstück, das bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine rechteckförmige Form aufweist, eine kreisförmige oder eine beliebig andere Form aufweisen.
Obwohl die Werkstückumlaufvorrichtung 38 zum Umlaufenlassen der Eigendrehungsachse A um die Achse B den Elektromotor 56 und einen den Teller 62 und die feststehende Rolle 60 umfassenden Mechanismus verwendet, kann bei der Oberflächenpoliermaschine auch eine andere Vorrichtung eingesetzt werden, um eine kreisförmige oder elliptische Umlaufbahnbewegung des Werkstücks 32 zu erzeugen. Die Umlaufbahnbewegung kann beispielsweise durch eine Kombination von zwei oder mehr Bewegungen erzeugt werden, für die durch eine Vielzahl von sich hin- und herbewegenden Stellgliedern wie etwa pneumatisch oder hydraulisch betriebenen Zylindern gesorgt wird.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Eigendrehung des Werkstücks 32 durch die Werkstückdrehvorrichtung 36 und der Umlauf des Werkstücks 32 um die Umlaufachse B durch die Werkstückumlaufvorrichtung 38 in der gleichen Richtung wie die Drehung der Polierscheibe 26. Für den Fall, dass eine Differenz zwischen der Umfangsgeschwindigkeit der Polierscheibe 26 und seiner radial innen und außen liegenden Abschnitte nicht erheblich ist, müssen die Eigendrehung des Werkstücks 32 und/oder der Umlauf der Eigendrehungsachse A nicht in der Richtung erfolgen, in der die Polierscheibe 26 gedreht wird.
Auch wenn das Werkstück 32 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel an die Unterseite der Werkstückhalteplatte 34 gebunden ist, kann die Werkstückhalteplatte 34 auch einen geeigneten Aufbau zum Halten des Werkstücks wie beispielsweise eine Vertiefung aufweisen, in der das Werkstück 32 fest untergebracht ist. Obwohl das Werkstück 32 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel aufgrund seines Eigengewichts und des Gewichts der Werkstückhalteplatte 34 mit der Polierfläche 24 der Polierscheibe 26 durch die Schwerkraft in Kontakt gehalten wird, kann auch ein geeignetes Zusatzgewicht auf die Werkstückhalteplatte 34 gesetzt werden, um während eines Poliervorgangs eine zusätzliche Last auf das Werkstück 32 aufzubringen.
Zusammengefasst sieht die Erfindung ein Oberflächenpoliersystem vor, das dazu angepasst ist, eine Oberfläche eines Werkstücks 32 in einer Ebene derart zu polieren, dass das Werkstück in Gleitkontakt mit einer Polierfläche 24 einer sich drehenden Polierplatte 26 gehalten wird, wobei das Werkstück 32 durch eine Werkstückdrehvorrichtung 50, 52, 54, 56 um eine Eigendrehungsachse A dessen gedreht wird, die parallel zu einer Drehachse der Polierplatte 26 ist und die innerhalb der Oberfläche des Werkstücks liegt, und die Eigendrehungsachse des Werkstücks durch eine Werkstückumlaufvorrichtung 62, 64, 66, 72 um eine Umlaufachse B umlaufen gelassen wird, die parallel zu der Drehachse der Polierplatte ist und die innerhalb eines Umkreises G der Oberfläche des Werkstücks liegt.

Claims

Verfahren zum Polieren einer Oberfläche eines Werkstücks (32) in einer Ebene, bei dem die gesamte Oberfläche des Werkstücks (32) in Gleitkontakt mit einer Polierfläche (24) einer sich um eine Drehachse drehenden Polierplatte (26) gehalten wird, mit den Schritten: Drehen des Werkstücks (32) durch eine Werkstückdrehvorrichtung (36) mit einem Werkstückdrehmotor (56) in einer Drehzeit (T_A) um eine Eigendrehungsachse (A), die parallel zur Drehachse der Polierplatte (26) ist und innerhalb der Oberfläche des Werkstücks (32) liegt; Umlaufenlassen der Eigendrehungsachse (A) des Werkstücks (32) durch eine Werkstückumlaufeinrichtung (38) mit einem Werkstückumlaufmotor (66) in einer Umlaufzeit (T_B) um eine Umlaufachse (B), die parallel zur Drehachse der Polierplatte (26) ist und innerhalb eines Umkreises (G) der Oberfläche des Werkstücks (32) liegt; – wobei die Drehzahl (T_A) und die Umlaufzeit (T_B) derart voneinander verschieden eingestellt werden, dass die Bedingungen 0,1 ≤ T_B/T_A < 1 oder 1 < T_B/T_A ≤ 10 erfüllt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Drehung der Polierplatte (26) um die Drehachse, die Eigendrehung des Werkstücks (32) um die Eigendrehungsachse (A) und der Umlauf der Eigendrehungsachse des Werkstücks um die Umlaufachse (B) in der gleichen Richtung erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Drehzeit T_A und die Umlaufzeit T_B so bestimmt sind, dass 0,8 ≤ T_B/T_A ≤ 1 oder 1 < T_B/T_A ≤ 1,25 erfüllt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Radius (R_B) einer Umlaufbahn (K) der Eigendrehungsachse des Werkstücks um die Umlaufachse (B) nicht kleiner als 5% eines Radius (R_N) eines Inkreises (N) des Werkstücks ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Radius (R_B) der Umlaufbahn der Eigendrehungsachse nicht kleiner als der Radius (R_N) des Inkreises (N) und nicht größer als ein Radius (R_G) des Umkreises (G) des Werkstücks ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Polierfläche (24) der Polierplatte (26) aus einer ringförmigen Oberfläche besteht und die Umlaufachse (B) der Eigendrehungsachse (A) des Werkstücks zwischen einem Innendurchmesser (D1) und einem Außendurchmesser (D2) der ringförmigen Oberfläche der Polierfläche (24) liegt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Innendurchmesser (D1) der ringförmigen Oberfläche der Polierfläche (24) größer als ein Durchmesser (2R_B) einer Umlaufbahn (K) der Eigendrehungsachse (B) des Werkstücks ist.
Oberflächenpoliergerät zum Polieren einer Oberfläche eines Werkstücks (32) in einer Ebene, bei dem die gesamte Oberfläche des Werkstücks (32) in Gleitkontakt mit einer Polierfläche (24) einer sich um eine Drehachse drehenden Polierplatte (26) gehalten wird, mit einer Werkstückdrehvorrichtung (36) mit einem Werkstückdrehmotor (56) zum Drehen des Werkstücks (32) in einer Drehzeit (T_A) um eine Eigendrehungsachse (A), die parallel zur Drehachse der Polierplatte (26) ist und innerhalb der Oberfläche des Werkstücks (32) liegt; und einer Werkstückumlaufeinrichtung (38) mit einem Werkstückumlaufmotor (66) zum Umlaufenlassen der Eigendrehungsachse (A) des Werkstücks (32) in einer Umlaufzeit (T_B) um eine Umlaufachse (B), die parallel zur Drehachse der Polierplatte (26) ist und innerhalb eines Umkreises (G) der Oberfläche des Werkstücks (32) liegt; wobei die Drehzeit (T_A) und die Umlaufzeit (T_B) derart voneinander verschieden einstellbar sind, dass die Bedingungen 0,1 ≤ T_B/T_A < 1 oder 1 < T_B/T_A ≤ 10 erfüllt sind.
Oberflächenpoliergerät nach Anspruch 8, wobei eine Polierplattendrehvorrichtung, die Werkstückdrehvorrichtung und die Werkstückumlaufvorrichtung derart betrieben werden, dass die Drehung der Polierplatte (26) um die Drehachse, die Eigendrehung des Werkstücks (32) um die Eigendrehungsachse (A) und der Umlauf der Eigendrehungsachse des Werkstücks um die Umlaufachse (B) in der gleichen Richtung erfolgen.
Oberflächenpoliergerät nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Werkstückdrehvorrichtung und die Drehstückumlaufvorrichtung derart betreibbar sind, dass die Drehzeit T_A und die Umlaufzeit T_B 0,8 ≤ T_B/T_A < 1 oder 1 < T_B/T_A ≤ 1,25 erfüllen.
Oberflächenpoliergerät nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei ein Radius (R_B) einer Umlaufbahn (K) der Eigendrehungsachse des Werkstücks um die Umlaufachse (B) nicht kleiner als 5% eines Radius (R_N) eines Inkreises (N) des Werkstücks ist.
Oberflächenpoliergerät nach Anspruch 11, wobei der Radius (R_B) der Umlaufbahn der Eigendrehungsachse nicht kleiner als der Radius (R_N) des Inkreises (N) und nicht größer als ein Radius (R_G) des Umkreises (G) des Werkstücks ist.
Oberflächenpoliergerät nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die Polierfläche (24) der Polierplatte (26) aus einer ringförmigen Oberflächen besteht und die Umlaufachse (B) der Eigendrehungsachse (A) des Werkstücks zwischen einem Innendurchmesser (D1) und einem Außendurchmesser (D2) der ringförmigen Oberfläche der Polierfläche (24) liegt.
Oberflächenpoliergerät nach Anspruch 13, wobei der Innendurchmesser (D1) der ringförmigen Oberfläche der Polierfläche (24) größer als ein Durchmesser (2R_B) einer Umlaufbahn (K) der Eigendrehungsachse (B) des Werkstücks ist.