DE3616943A1

DE3616943A1 - Verfahren zur abtragenden bearbeitung von werkstuecken aus sproedbruechigen werkstoffen

Info

Publication number: DE3616943A1
Application number: DE19863616943
Authority: DE
Inventors: Hubert Dipl Ing Dr Hinzen
Original assignee: GMN GEORG MUELLER NUERNBERG AG
Current assignee: GMN GEORG MUELLER NUERNBERG AG
Priority date: 1986-05-20
Filing date: 1986-05-20
Publication date: 1987-11-26
Also published as: DE3616943C2; GB8711757D0; FR2598955A1; JPS6322257A; IT1207300B; IT8720490A0; KR870010922A; GB2190862A

Description

Die Erfindung betrifft die Anwendung des Verfahrens Plan-Seiten- Querschleifen in Verbindung mit rotierendem Werkstück, insbesondere zum Bearbeiten von scheibenförmigen Werkstücken aus sehr harten, sprödbrüchigen, kristallinen Werkstoffen mit einer Vickers-Härte von größer als 7000 N/mm². Ganz besondere Bedeutung kommen dabei der Bearbeitung von Substratwerkstoffen für Elektronikbauteile wie z.B. Silizium oder Galliumarsenid zu.

Zur Verringerung der Dicke solcher Werkstücke werden heutzutage vorwiegend Schleifprozesse eingesetzt, die grundsätzlich nach Umfangs schleifen und Seitenschleifen unterschieden werden können. Dabei hat sich für die hier vorliegenden Werkstoffe wegen der erwünschten ebenen Flächen besonders das Seitenschleifverfahren durchgesetzt. In dieser Sparte wiederum nimmt das Plan-Seiten-Querschleifen (Patentschrift DE 33 39 942 C1 und DE 33 02 881 C2) eine besondere Stellung ein.

Das Plan-Seiten-Querschleifen umfaßt im Gegensatz zu den sonst bei diesen Werkstoffen üblichen Schleifverfahren nur zwei Bewegungskompo nenten, nämlich die Rotation der Schleifscheibe und die senkrecht zur Eingriffsfläche gerichtete Zustellbewegung. Die Vorschubbewegung, die bei den ansonsten zur Bearbeitung derartiger Werkstoffe eingesetzten Schleifverfahren als ein dominierender Verfahrensparameter anzusehen ist, entfällt dabei.

Der Arbeitsablauf beim Plan-Seiten-Querschleifen besteht aus dem stirn seitigen Eintauchen der rotierenden Schleifscheibe in die Werkstückober fiäche, wodurch sich für dieses Verfahren auch die Bezeichnung "Tauch schleifen" ergeben hat. Die Größe der Schleifscheibe ist vorzugsweise so zu bemessen, daß die gesamte an einem Werkstück zu schleifende Ober fläche überdeckt wird.

Charakteristisch für das bekannte Tauchschleifen ist, daß die mit einer gewissen Winkelgeschwindigkeit rotierende Schleifscheibe auf der zu be arbeitenden Fläche aufgrund der unterschiedlichen Abstände zur Rota tionsachse unterschiedliche Bearbeitungsgeschwindigkeiten hervorruft. Das Bestreben, die Schleifscheibe sowohl aus Kosten- als auch aus Platz gründen im Durchmesser möglichst klein zu gestalten, führt dabei zu Bear beitungsgeschwindigkeiten, die sich um ein Vielfaches unterscheiden. Diese kinematisch bedingte Ungleichmäßigkeit führt dazu, daß die Forde rung nach optimaler Schnittgeschwindigkeit auf der ganzen zu schleifen den Fläche, insbesondere bei größer werdendem Durchmesser, nicht opti mal erfüllt werden kann.

Dieser Nachteil wird erfindungsgemäß dadurch behoben, daß durch ge eignete Überlagerung der Rotation der Schleifscheibe mit einer Rotation des Werkstückes bzw. durch Überlagerung der Rotation der Schleifschei be mit einer zweiten Drehbewegung der Schleifscheibe an jedem Punkt der zu schleifenden Fläche die gleiche Bearbeitungsgeschwindigkeit hervor gerufen wird.

Die nachfolgenden Zeichnungen veranschaulichen einerseits den Stand der Technik und andererseits Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Dabei zeigen:

Fig. 1 die Schleifgegebenheiten gemäß dem Stand der Technik

Fig. 2 eine Ausführungsform des Schleifablaufes gemäß der vorliegenden Erfindung

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung

Fig. 4 eine Vorrichtung zur Durchführung des Schleifverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung

Gemäß Fig. 1 überdeckt eine nahezu geschlossene rotierende Tauchschleif scheibe 1 die scheibenförmigen Werkstücke 2. Auf dem Werkstück 2 bildet sich infolge der Schleifscheibenrotation die skizzierte Geschwindigkeitsver teilung aus, wobei die Länge der Pfeile schematisch die Größe der Ge schwindigkeitsvektoren veranschaulicht.

Sinnvollerweise wird die Winkelgeschwindigkeit der Tauchschleifscheibe so gewählt, daß etwa in Werkstückmitte eine optimale Schnittgeschwindigkeit erzielt wird. Demzufolge weichen jedoch zum oberen und unteren Rand des Werkstückes hin die Geschwindigkeiten von diesem Optimalwert ab.

Gemäß Fig. 2 wird das Werkstück 3 mit der Drehzahl der Schleifscheibe 1, das heißt mit gleicher Winkelgeschwindigkeit und in gleicher Drehrichtung, um die eigene Achse gedreht. Der Drehpunkt des Werkstückes 3 erfährt dadurch wie bisher auch keine Anderung der Bearbeitungsgeschwindigkeit. Die weiter innen liegenden Bereiche bewegen sich jedoch erfindungsgemäß durch die in gleicher Drehrichtung ablaufende Rotation des Werkstückes 3 mit zusätzlicher relativer Geschwindigkeit, die sich zur Schleifscheibenge schwindigkeit addiert. Für die weiter außen liegenden Bereiche subtrahiert sich die Werkstückgeschwindigkeit von der Schleifscheibengeschwindigkeit, so daß bei der erfindungsgemäß vorgesehenen gleichen Winkelgeschwin digkeit von Schleifscheibe und Werkstück auf jedem Punkt des Werkstük kes 3 die optimale Schnittgeschwindigkeit erzielt wird. Diese Betrach tung gilt nicht nur für den in Fig. 2 entlang der Mittellinie angege benen Schnitt, sondern für jeden beliebigen Punkt des Werkstückes.

Die in Fig. 2 wiedergegebenen Pfeile veranschaulichen die Gleichmäßigkeit der hierbei resultierenden Geschwindigkeitsvektoren. Die so angestrebte Überlagerung der Geschwindigkeiten kann wie oben geschildert durch Schleifscheiben- und Werkstückrotation zustande kommen. Erfindungsgemäß kann auch die rotierende Schleifscheibenachse um eine weitere, dazu parallele Achse gleichzeitig verdreht werden, so daß die Superposition dieser beiden Bewegungen wieder zu diesem gleichen Ziel führt. Eine derartig überlagerte Rotation einer Schleifscheibe ist für andere Zwecke bereits bekannt.

Die überall gleiche optimale Schnittgeschwindigkeit erlaubt eine hohe Zustellung und damit eine sehr hohe Zerspanleistung. Gleichzeitig er fährt jedoch die Rauhigkeit der geschliffenen Oberfläche gegenüber dem herkömmlichen Tauchschleifen eine wesentliche Verbesserung, insbesondere bei Verwendung von Schleifscheiben mit feinster Körnung.

Gemäß Fig. 3 kann sich das Werkstück erfindungsgemäß über die Dreh achse der Schleifscheibe 1 hinaus erstrecken, da sich dadurch die kinema tischen Bedingungen nicht ändern. Dadurch wird die Verwendung relativ kleiner Schleifscheiben möglich. Unter Einhaltung der optimalen Schnittge schwindigkeit führt dies bei entsprechend hohen Drehzahlen dazu, daß die Schleifscheibe nicht wesentlich größer sein muß als das Werkstück selber, dadurch werden auch die von den Schleifdrücken verursachten Schief stellungen der Schleifscheibe wesentlich reduziert.

Fig. 4 erläutert im einzelnen eine vorteilhafte Ausführungsform einer nach obigem Prinzip arbeitenden Maschine. Die dargestellte Maschine be steht aus einem im wesentiichen quaderförmigen Maschinenbett 12, welches auf der oberen, horizontalen Fläche einen taktweise drehbar oder horizontal verschiebbaren Tisch 13 trägt, der während des Schleifprozesses festge spannt werden kann.

Die Werkstücke 3 sind je auf einer drehbaren Einheit 4 angeordnet, die vor zugsweise an einem Direktantrieb 5 angeflanscht sind. Der Tisch 13 wird von einem Ständer 14 überragt, an dem ein Antriebsmotor 8 und eine Schleif spindel 7, die die Schleifscheibe 1 mit der den Werkstücken 3 zugewandten Arbeitsfläche 9 trägt bzw. gelagert ist. Der Ständer 14 ist mit genauen und steifen Führungselementen 10 am Bett 12 vertikal auf- und abbeweglich be festigt. Die vertikale Auf- und Abbewegung des Ständers 14 kann beispiels weise von einer elektrisch angetriebenen Gewindespindel 11 eingeleitet wer den. Die Spindel 11 stellt mit dem Ständer 14 die Schleifscheibe 1 bis auf das Sollmaß des Werkstückes 3 nach unten zu und hebt sie nach dem Aus feuern im Eilgang wieder ab. Während dieser Rückbewegung wird vorzugs weise durch Takten oder Verschieben des Tisches 13 das fertig bearbeitete Werkstück 3 aus dem Bereich der Schleifscheibe 1 entfernt und gleichzeitig ein neues zu bearbeitendes Werkstück 3 unter die Schleifscheibe 1 gebracht. Dieses gleichzeitige Be- und Entladen erfolgt in Abstimmung mit der Rückbewegung des Ständers 14, so daß keine Berührung zwischen dem neuen Werkstück 3 und der Schleifscheibe 1 stattfinden kann, bevor nicht die Transportbewegung abgeschlossen und der Tisch 13 festge klemmt ist.

Erfindungsgemäß können Werkstücke vorteilhaft bearbeitet werden aus harten, spröden, metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen, wie z.B. Keramik, Quarz, Silizium, Germanium, Saphir, Spinell, Gallium-Gadolinium- Granat (GGG), AIII-BV-Verbindungen und superharten Sinterwerkstoffen, insbesondere Siliziumnitrit, Borcarbid, Korund und Hartmetall.

Claims

1. Plan-Seiten-Querschleifverfahren zur Bearbeitung von planen Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück mit der gleichen Drehzahl und in gleicher Drehrichtung wie die Schleif scheibe rotiert.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (4, 5) zur Rotation des Werkstückes (3) in gleicher Drehrichtung und mit gleicher Winkelgeschwindigkeit wie die Schleifscheibe (1) vorgesehen sind.