DE2826554C2 - Werkzeugmaschine zum Schleifen der Oberflächen von Werkstücken mit von Magnetfeldern gehaltenem ferromagnetischem Schleifpulver - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine
Schleifen der Oberflächen von Werkstücken mit von Magnetfeldern gehaltenem ferromagnetischem Schleifpulver nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Demgemaß ist die Erfindung nicht nur beim Bearbeiten von weichen ferromagnetische^ sondern auch von nichtmagnetischen Werkstücken, beispielsweise aus Silber. Aluminium, Kupfer wie auch aus schwer bearbeitbaren Nichteisenwerkstoffen wie beispielsweise Titanic ierungen. Siliciumhalbleiterlegierungen, optischem Glas anwendbar.

Bekannt ist eine derartige Werkzeugmaschine aus dem SU-Urs 5 00 044. Diese Maschine hat zwei Systeme von Elektromagneten, die sich spiegelbildlich gegen-Uberliegend auf je einer Trägerplatte kreisförmig und mit abwechselnder Polarität angeordnet sind, wobei die Werkstücke von den Polen des einen der beiden Systeme gehalten sind, die Trägerplatte für das die Werkstücke tragende System um ihre eigene Achse eo rotiert und zwischen den dem anderen System zugekehrten Flächen der Werkstücke und den Polen des anderen Systems ein das Schleifpulver aufnehmender Luftspalt besteht, sowie mit einem Stromversorgungs* teil für die Spulen der Elektromagnete.

Bei dieser bekannten Werkzeugmaschine wird im Luftspalt zu jedem Zeitpunkt sowohl eine gleichnamige als auch eine ungleichnamige Polarität des Magnetfeldes erzeugt. Dies führt dazu, daß im Arbeitsspalt das ferromagnetische Schleifpulver ungleichmäßig verteilt ist.

In der Zone, in der sich ungleichnamige Pole der beiden Systeme gegenüberliegen, sammelt sich das Schleifpulver und bildet ein relativ festgefügtes Schleifwerkzeug, mit dem in den Arbeitsspalt eingebrachte Werkstücke bearbeitet werden können, wogegen sich in der Zone, in der sich gleichnamige Pole der beiden Systeme gegenüberliegen, im wesentlichen kein Schleifpulver hält.

Da nun in der bekannten Werkzeugmaschine die rotierende Trägerplatte sechs elektromagnetische Pole, die feststehende aber nur zwei besitzt, liegen gegenüber einem jeden elektromagnetischen Pol der feststehenden Trägerplatte drei Pole der rotierenden Trägerplatte, was dazu führt, daß zu jedem Zeitpunkt gegenüber jedem Pol einer Polarität der feststehenden Trägerplatte mindestens ein Pol von derselben Polarität gegenüberliegt und damit in diesen Bereichen im wesentlichen kein Schleifpulver vorhanden ist. Deshalb wird in jedem Zeitmoment auch nicht die gesamte Oberfläche des Werkstücks, sondern nur jener Teil bearbeitet, über dem Schleifpulver in ausreichender Konzentration vorhanden ist, was die Gleichmäßigkeit der Bearbeitung auf der gesamten Oberfläche des Werkstücks sowie die Produktivität des Bearbeitungsprozesses aber ungünstig beeinflußt.

In der bekannten Werkzeugmaschine ist ferner das eine magnetische System unbeweglich, was die an sich erwünschte laufende Umverteilung des ferromagnetischen Schleifpulvers im Arbeitsspalt und damit auch sozusagen das Selbstschärfen des Schleifwerkzeugs behindert, so daß auch ein an sich erwünschter unregelmäßiger Verlauf der Schleifspuren nicht erreicht wird.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, mit der eine gleichmäßigere Bearbeitung des Werkstücks sowie eine höhere Produktivität erreichbar ist.

Diese Aufgabe ist bei einer Werkzeugmaschine der angegebenen Art. dadurch gelöst, daß beide Systeme die gleiche Anzahl von Elektromagneten bzw. elektromagnetischen Polen aufweisen, daß auch die Trägerplatte mit dem den Werkstücken gegenüberliegenden System um ihre eigene Achse drehangetrieben ist und daß der Stromversorgungsteil eine Steuereinheit umfaßt, die die Stromzufuhr zu allen elektromagnetischen Spulen zeitlich derart steuert, daß sich stets nur ungleichnamige Pole gegenüberliegen.

Damit ist erreicht, daß gegenüber einem jeden Pol des einen Systems nur ein (ungleichnamiger) Pol des anderen Systems liegt, wobei der Abstand zwischen ihnen geringer als zwischen den benachbarten Polen ist. was wiederum zum Schließen der Kraftlinien des Magnetfeldes auf dem kürzesten Wege zwischen den gegenüberliegenden Polen beider Systeme von Elektromagneten durch Verringerung des magnetischen Widerstandes im Spalt zwischen den gegenüberliegen» den Polen und Erhöhung des magnetischen Widerstandes zwischen den anliegenden Polen erforderlich ist und zur Verminderung der Magnetfeldverluste in Streuflü> sen führt.

Die Drehbärkeit des zweiten magnetischen Systems trägt zur gleichmäßigen Verteilung des ferromagnetischen Schleifpulvers im Arbeitsspalt sowie im intensi* Ven Vermischen desselben bei, was im übrigen das

Selbstschärfen jedes Schleifwerkzeugs begünstigt

In der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine ist ferner jeder magnetische Pol auf der rotierenden Trägerplatte mit dem an ihm befestigten Werkstück mit einem Antrieb zur Drehung um die eigene Achse versehen, wodurch die Gleichmäßigkeit der Bearbeitung der gesamten Oberfläche des Werkstücks verbessert sowie eine bestimmte optimale Bahn der Schleifspuren auf der zu bearbeitenden Oberfläche erzielt werden kann.

Schließlich treten dadurch, daß die Steuereinheit die Stromzufuhr zu allen elektromagnetischen Spulen zeitlich derart steuert, daß sich stets nur ungleichnamige Pole gegenüberliegen, keine schleifmittelfreien Räume zwischen den sich gegenüberliegenden Polen mehr auf, was ebenfalls zur Verbesserung der Produktivität des Bearbeitungsprozesses und der Dearbeiteten Oberfläche beiträgt.

Vorzugsweise ist der Abstand zwischen benachbarten Polen größer als der Luftspalt und die Winkelgeschwindigkeit der Trägerplatte mit den Werkstücken um das 1,2- bis I ,Stäche größer als die Winkelgeschwindigkeit der anderen Trägerplatte und entgegengesetzt g-erichteL

Bei einer geringeren Winkelgeschwindigkeit der den Werkstücken gegenüberliegenden Trägerplatte ist die Gefahr fliehkraftbedingten Ausschleuderns von Schleifpulver aus dem Arbeitsspalt verringert und durch die gegensinnigen Rotationsrichtungen der beiden Trägerplatten vergrößert sich die Relativgeschwindigkeit zwischen Werkzeug und Werkstück entsprechend.

Bei der Schleifbearbeitung von Siiiciumhalbleiterwerkstücken mit 100 mm Durchmesser wird auf der vorliegenden Werkzeugmaschine eine Oberflächenrauhigkeit von minimal R = 0.032 bis 0,020 μίτι bzw. R = 0,08 bis 0,05 μπι in 0,5 Minuten bei einer Ausgangsrauhigkeit von R — 0,63 bis 0.4 μπι unter Erreichung der erforderlichen Makrogeometrie der Oberfläche erzielt.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine beschrieben, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigt

F i g. 1 eine Gesamtansicht der erfindungsg^mäßen Werkzeugmaschine,

Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung der Werkzeugmaschine aus Fig. 1.

Fig.3 die Ansicht der Trägerplatte mit den Werkstücken in Richtung des Pfeils A in F i g. 2 und

F i g. 4 die Ansicht der zweiten Trägerplatte in Richtung des Pfeils B in F i g. 2.

Gemäß F i g. 1 besitzt du Werkzeugmaschine ein Gestell 1. aas eine Schweißkonstruktion darstellt, auf dem zwei Systeme von Elektromagneten auf einer Trägerplatte 2 (F i g. 2) und einer zweiten Trägerplatte 3 sowie Drehantriebe für die Trägerplatten 2, 3 und die auf der Trägerplatte 3 angeordneten Pole 6, angeordnet sind.

Das obere magnetische System auf der Trägerplatte 2 stellt einen Elektromagneten mit einer geraden Anzahl von Polen 4 abwechselnder Polarität dar. Das untere magnetische System auf der unteren Trägerplatte 3 ist um seine eigene Achse drehbar angeordnet und stellt einen Elektromagneten mit Spulen 5 dar, an deren Polen 6 Werkstücke 7 angeordnet sind* Die Pole 6 stellen zugleich Kerne der Spulen 5 dar. Die elektromagnetischen Spulen 5 sind am Kreisumfang eines an der Trägerplatte 3 angeordneten Magnetjochs 8 gleichmäßig Verteilt. Die Anzahl der ulsktromagnetischen Spulen 5 der unteren Trägerplatte 3 ist der Anzahl der Pole 4 der oberen Trägerplatte 2 gleich. Dies ist erforderlich, damit gegenüber einem jeden Pol 4 der oberen Trägerplatte 2 nur ein Pol 6 der unteren Trägerplatte 3 liegt.

Der Spalt δ zwischen den sich gegenüberliegenden Polen 4 und 6 ist geringer als der Abstand Δ (F i g. 3 und 4) zwischen den benachbarten Polen 4 bzw. den benachbarten Polen 6. Dies ist zum Schließen der Kraftlinien des Magnetfeldes auf dem kürzesten Weg zwischen den gegenüberliegenden Polen der oberen Trägerplatte 2 und der unteren Trägerplatte 3 durch Verringerung des magnetischen Widerstandes im Spalt zwischen den gegenüberliegenden Polen 4 und 6 und durch Erhöhung des magnetischen Widerstandes zwischen den benachbarten Polen erforderlich, was zur Verminderung der Magnetfeldverluste in Streuflüsse führt.

Die Pole 4 der oberen Trägerplatte 2 liegen gegenüber den Polen 6 der unteren Trägerplatte 3. Zwischen der Oberfläche eines Werkst·'.ks 7 und den Polen 4 dsr oberen Trägerplatte 2 br'.det sich ein Arbeitsspalt, der mit ferromagnetischem Schleifpulver gefüllt wird.

Die elektromagnetischen Spulen der oberen Trägerplatte 2 s'wi über Schleifringe 9, 10 und Bürsten 11, 12 durch eine elektrische Leitung a mit einer Steuereinheit 13 verbunden, die ihrerseits mit einem Speiseteil 14 verbunden ist. Die elektromagnetischen Spulen 5 der unteren Trägerplatte 3 sind über Schleifrinse 9', 10' und Bürsten 11', 12' durch eine elektrische Leitung b mit der Steuereinheit 13 verbunden.

Die Drehung und vertikale Verschiebung der oberen Trägerplatte 2 erfolgen von einem Elektromotor 15 über eine elastische Kupplung 16 und eine Welle 17, die in einem Radialwälzlager 18 und einem Schrägwälzlager 19 gelagert ist.

Die Drehung der unteren Trägerplatte 3 erfolgt von einem Elektromotor 20 über eine elastische Kupplung 21 und eine Welle 22, die in einem Axialwälzlager 23 und in Radialwälzlagern 24 und 25 gelagert ist.

Die "Drehung der Pole 6 der unteren Trägerplatte 3 mit den an ihnen befestigten Werkstücken 7 erfolgt von einem Elektromotor 26 mit Hilfe eines Keilriesnentriebes über Scheiben 27 und 28, ein Sonnenzahnrad 29. das an der Scheibe 28 befestigt und in einem Scnrägwälzlager 30 und einem Radialwälzlager 31 gelagert ist, Planetenzahnräder 32 und Wellen 33, die aus nichtmagnetischem Material bestehen und in Radialwälzlagern 34 und 35 gelagert sind.

Die Arbeit der Werkzeugmaschine geht folgenderweise vor sich. Den Spulen des oberen Systems von Elektromagneten und den Soulen 5 des unteren Systems von Elekfrpmagneten wird Spannung vom Speiseteil 14 über die Steuereinheit 13 zugeführt, im Spalt zwischen den sich gegenüberliegenden Paaren der Pole 4 und 6 der von Trägerplatten 2, 3 der beiden Syste-ne wird ein Magnetfeld vorgegebener Stärke induziert; danach wird der Elektromotor 15 eingeschaltet, der der oberen Trägerplatte 2 mit den Polen 4 eine vertikale Einstellverschirbung für den erforderlichen Arbeitsspalt erteilt und gleichzeitig über die Kupplung 16 und die Welle 17 aufreibt

Der Elektromotor 20 dreht die Untere Trägerplatte 3 über die Kupplung 21 und die Welle 22 zusammen mil den Polen 6 und den an ihnen befestigten Werkstücken 7, die ihrerseits eine Drehung Um ihre Achsen vom Elektromotor 26 über die Scheiben 27 und 28 des

Keilriementriebes, das Sonnenzahnrad 29. die Planetenzahnrädor 32 und die Wellen 33 erhalten, wodurch das Werkstück eine zusammengesetzte ebene Bewegung ausführt: eine Bewegung um die eigene Achse und eine Kreisbewegung.

Die Drehung der beiden Trägerplatten 2,3 erfolgt mit voneinander verschiedenen Geschwindigkeiten und in entgegengesetzter Richtung.

Beim Einschalten der Spulen des oberen Systems von Elektromagneten und der Spulen 5 der Elektromagneten der unteren Trägerplatte 3 entsteht ein Magnetfeld im Arbeitsspalt, in dem die Schleifpulverkörner mit

ihrer größeren Achse entlang der magnetischen Kraftlinien orientiert und mit ihren scharfen Kanten an die zu bearbeitende Oberfläche angedrückt sind,

Bei relativer Verschiebung der oberen Trägerplatte 2 und der Pole 6 des Elektromagneten der unleren Trägerplatte 3 führen die Schleifpulvefkörner die Bearbeitung der Oberfläche des Werkstücks 7 aus.

Bei Drehung der beiden Trägerplatten 2, 3 erfolgt eine synchrone Veränderung der Polarität der Pole 6 der Elektromagneten der unleren Trägerplatte^ je nach der Polarität der Pole 4 des Systems auf der Trägerplatte 2 mit Hilfe der Steuereinheit 13.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Werkzeugmaschine zum Schleifen der Oberflächen von Werkstücken mit von Magnetfeldern gehaltenem ferromagnetischem Schleifpulver mit zwei Systemen von Elektromagneten, die sich spiegelbildlich gegenüberliegend auf je einer Trägerplatte kreisförmig und mit abwechselnder Polarität angeordnet sind, wobei die Werkstücke von den Polen des einen der beiden Systeme gehalten sind, die Trägerplatte für das die Werkstükke tragende System um ihre eigene Achse rotiert und zwischen den dem anderen System zugekehrten Rächen der Werkstücke und den Polen des anderen Systems ein das Schleifpulver aufnehmender Luftspalt besteht, sowie mit einem Stromversorgungsteil für die Spulen der Elektromagnete, dadurch gekennzeichnet, daß beide Systeme die gleiche Anzahl von Elektromagneten bzw. elektromagnetischen Polen (4; 6) aufweisen, daß auch die Trägerplatte (2) mit dem den Werkstucken (7) gegenüberliegenden System um ihre eigene Achse drehangetrieben ist und daß der Stromversorgungsteil eine Steuereinheit (13) umfaßt, die die Stromzufuhr zu allen elektromagnetischen Spulen zeitlich derart steuert, daß sich st its nur ungleichnamige Pole gegenüberliegen.

2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (Δ) zwischen benachbarten Polen (4 bzw. 6) größer als der Luftspalt ^w) ist

3. Werkzeugmaschine n. -h Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelgeschwindigkeit der Trägerplatte (3) mit den Wr -kstücken (7) um das 1,2-bis 1,5fache größer als die Winkelgeschwindigkeit der anderen Trägerplatte (2) und entgegengesetzt gerichtet ist.