EP2199015B1 - Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken in einer Doppelseitenbearbeitungsmaschine sowie Doppelseitenbearbeitungsmaschine - Google Patents

Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken in einer Doppelseitenbearbeitungsmaschine sowie Doppelseitenbearbeitungsmaschine Download PDF

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EP2199015B1
EP2199015B1 EP09014386A EP09014386A EP2199015B1 EP 2199015 B1 EP2199015 B1 EP 2199015B1 EP 09014386 A EP09014386 A EP 09014386A EP 09014386 A EP09014386 A EP 09014386A EP 2199015 B1 EP2199015 B1 EP 2199015B1
Authority
EP
European Patent Office
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working
workpieces
curvature
working surfaces
double
Prior art date
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Not-in-force
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EP09014386A
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English (en)
French (fr)
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EP2199015A2 (de
EP2199015A3 (de
Inventor
Conrad Von Bechtolsheim
Rolf Zielke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Peter Wolters GmbH
Original Assignee
Peter Wolters GmbH
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Publication date
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Publication of EP2199015A3 publication Critical patent/EP2199015A3/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B7/00—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor
    • B24B7/10—Single-purpose machines or devices
    • B24B7/16—Single-purpose machines or devices for grinding end-faces, e.g. of gauges, rollers, nuts, piston rings
    • B24B7/17—Single-purpose machines or devices for grinding end-faces, e.g. of gauges, rollers, nuts, piston rings for simultaneously grinding opposite and parallel end faces, e.g. double disc grinders
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B24B37/07—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool
    • B24B37/08—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces characterised by the movement of the work or lapping tool for double side lapping
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/27—Work carriers
    • B24B37/28—Work carriers for double side lapping of plane surfaces

Definitions

  • the present invention relates to a method of machining workpieces in a double side working machine having an upper working disk with an upper working surface and a lower working disk with a lower working surface in which at least one of the working disks is rotationally driven, the working surfaces forming a working gap therebetween in which at least one rotor disc is arranged, which receives in recesses the workpieces to be machined and is rotated by means of a rolling device, whereby in the rotor disc recorded workpieces move along cycloidal paths.
  • the invention also relates to a double-side processing machine for processing workpieces, comprising an upper working disk with an upper working surface and a lower working disk with a lower working surface wherein at least one of the working disks is rotationally driven by means of a drive, and wherein the working surfaces form a working gap between them the at least one rotor disk is arranged, which can receive workpieces to be machined in recesses and can be set in rotation by means of a rolling device, whereby workpieces received in the rotor disk move along cycloidal paths.
  • double-side processing machines for machining workpieces with two plane-parallel surfaces.
  • flat workpieces can be processed.
  • a corresponding machine for lapping, grinding or polishing is known, for example DE 195 47 085 A1 .
  • the workpieces are stress-free in so-called rotor discs between an upper working disk and a coaxial with the upper working disk arranged lower working disk guided on cycloidal paths. In this way, a very uniform wear of the working wheels or their working surfaces in contact with the workpiece during machining is achieved. This in turn allows very high machining accuracies to be achieved, in particular with regard to the evenness, plane parallelism and thickness tolerance of the workpieces.
  • a variety of workpieces can be processed simultaneously with the known machines, depending on the size and type of workpieces and size of the device up to several hundred workpieces. The known double-side processing machines are therefore very economical to operate.
  • Devices for producing workpieces with spherical surfaces for example lenses, are known, inter alia DE 27 21 553 C3 .
  • DE 198 46 260 A1 or DE 10 2006 017 685 A1 With the known devices desired spherical surfaces can be produced with high precision, as is usually required for optical elements. The disadvantage here, however, that only one side of the workpiece can be edited. In addition, with the known devices often only a workpiece or a small number of workpieces can be processed simultaneously.
  • Out DE 10 2007 056 627 A1 is a method for simultaneous double-sided grinding a plurality of semiconductor wafers is known, each wafer is freely movable in a recess of a plurality of offset by means of a rolling device rotors and is thereby moved on a cycloidal trajectory, the wafers are machined between two rotating annular working discs material , By means of an adjusting device can be acted on the upper working disk to deform them. In this way, specifically convex or concave deformations of the working wheels can be adjusted.
  • Out WO 2005/058544 A1 a method for double-side machining is known.
  • the working disks used can be grinding wheels, lapping wheels, honing wheels or polishing wheels.
  • the working surfaces of the working wheels can be concave.
  • the present invention seeks to provide a method and a double-side processing machine of the type mentioned, with which workpieces can be provided in a simple and effective manner with spherical surfaces.
  • the invention solves the problem in that the workpieces are machined with spherically shaped work surfaces. Accordingly, the invention solves the problem for a double-side processing machine of the type mentioned in that the upper and lower working surface are spherical.
  • both working disks are thus spherically formed during machining.
  • the surfaces of the working disks which are in contact with the workpieces are therefore not brought into the most level possible form, as is usual in double-side machining according to the prior art. Rather, targeted spherical work surfaces are used for machining the workpieces.
  • the surface shape of each of the spherical work surfaces can thus be described as part of the surface of a sphere with a radius r and a center point M.
  • the machined with these work surfaces workpieces then have after machining a shape corresponding to the shape of the work surfaces. According to the invention, therefore, workpieces can be provided on both sides with spherical surfaces.
  • double-sided processing machines known per se for plane-parallel processing can be In addition, achieve a particularly high machining accuracy, the upper and lower sides of the workpieces can be processed simultaneously. In addition, can be processed simultaneously and quickly with double side processing machines and in particular the rotor disk assembly in the working gap a variety of workpieces. Depending on the size of the workpieces and the processing machine, several hundred workpieces can be processed simultaneously.
  • the working wheels are usually arranged coaxially with each other, wherein the working surfaces of the working disks face each other and form the working gap between them.
  • a working force is exerted on the workpieces by the working disks.
  • one of the work surfaces may be concave spherical while the other may be convex spherical, for example.
  • the machining of the workpieces is material removal.
  • the machining may be grinding, lapping, polishing or honing.
  • the workpieces can be thin workpieces and, for example, consist of a metal, ceramic or glass material. Basically come as workpieces and semiconductor wafers in question.
  • optical elements such as lenses (eg glass lenses) or similar workpieces are suitable for spherical processing.
  • the spherical working surface of the respective working surface can form the entire working disk together with its working surface in a spherical shape.
  • the work surfaces or work disks can be permanently spherical.
  • the radii of curvature of the work surfaces may differ according to an embodiment of the invention.
  • the radii of curvature of the working surfaces can differ according to a further embodiment by the thickness of the workpieces to be machined (after their processing).
  • the centers of curvature that is to say the centers of the spherical surfaces described by the working surfaces or working disks, can coincide in one point when the working surfaces are in contact with the workpieces to be machined.
  • the working gap then corresponds to the parallel gap desired during the plan machining, which, however, is curved overall spherically.
  • the gap width then corresponds to the workpiece thickness.
  • the workpieces to be machined are also free of stress in recesses of at least one carrier, in particular of several carriers, which are moved between the work surfaces or work disks and guide the workpieces on cycloidal paths.
  • the carriers can in a conventional manner have an external toothing, with which they engage in an inner and outer pin collar or ring gear and are driven in this way. It is thereby generated the cycloidal movement of the workpieces in the working gap.
  • the at least one rotor disc is likewise spherically formed on at least one of its sides facing the working surfaces during processing.
  • the at least one rotor disc is likewise spherically formed on at least one of its sides facing the working surfaces during processing.
  • Rotor disc be spherical on both sides. It can then be further provided that the radius of curvature of at least one spherical side of the at least one rotor disk, in particular of each spherical side of the rotor disk, corresponds in each case to the radius of curvature of the working surface facing this side. In the case of different radii of curvature of the working surfaces, therefore, the carriers also have upper and lower spherical surfaces formed with a different radius of curvature. As a result, the carriers are precisely in the working gap.
  • the radius of curvature of at least one spherical side of the at least one rotor disk has a value which lies between the values of the different radii of curvature of the two work surfaces.
  • the carriers can be made with the same radii of curvature of their spherical upper and lower sides.
  • one of the working surfaces may be designed as a sliding surface, which does not allow for processing leads to a removal of material of the workpieces. On this completely or partially designed as a sliding surface working surface, the workpieces slide during machining without material is removed.
  • the double-side processing machine according to the invention can be designed to carry out the method according to the invention.
  • Fig. 1 schematically shows the basic structure of a double-sided machining machine 10 with planetary kinematics.
  • the Double-side processing machine 10 has an upper pivot arm 12, which can be pivoted about a mounted on a lower base 18 pivoting device 14 about a vertical axis.
  • an upper working disk 16 is supported on the pivot arm 12.
  • the upper working disk 16 via an in Fig. 1 not shown drive motor rotatably driven.
  • the upper working disk 16 has a work surface. On this example, a grinding or a polishing pad or the like may be arranged.
  • the lower base 18 has a support portion 19 which carries a lower working disk 20 having on its upper side one of the working surface of the upper working disk 16 corresponding work surface.
  • the upper working disk 16 are aligned coaxially with the lower working disk 20.
  • the lower working disk 20 is likewise rotatably drivable by means of a drive motor, not shown, in particular in opposite directions to the upper disk 16.
  • a drive motor not shown, in particular in opposite directions to the upper disk 16.
  • sliders 22 On the lower work disk 20 more sliders 22 are shown, each having recesses for workpieces to be machined.
  • the carriers 22 each engage with an external toothing in an inner pin ring 24 and an outer pin ring 26.
  • a rolling device is formed, wherein the carriers 22 are also set in rotation of the lower working disk 20, for example via the inner pin ring 24 in rotation.
  • the arranged in the recesses of the carriers 22 workpieces then move on the lower working disk 20 along cycloid trajectories.
  • the workpieces to be machined are inserted into the carriers 22 (not shown).
  • the two working wheels 16, 20 coaxially aligned with each other so that they form a working gap between them.
  • the upper working disk 16 is then pressed onto the workpieces with a contact pressure force.
  • a highly accurate loading system is arranged in the pivot arm 12. It then acts from the upper and lower working disk 16, 20 each exerted a contact pressure on the workpieces to be machined and the workpieces are processed on both sides.
  • the construction and the function of such a double-side processing machine are known per se to those skilled in the art.
  • Fig. 2 shows a greatly simplified sectional view of some elements of the Fig. 1 shown double-side processing machine having a structure according to the prior art.
  • the upper working disk 16 has an upper working surface 28.
  • the working surfaces 28, 30 facing each other and form between them a working gap 32.
  • runners 22 are seen in them with workpieces 34 recognizable.
  • the carriers 22 in turn roll with their external teeth between the inner pin ring 24 and the outer pin ring 26 from.
  • the working disks 16, 20 and with them the working surfaces 28, 30 are driven, for example, counter-rotating about the axis of rotation 36.
  • construction can be done in a conventional manner a plane-parallel machining of the workpieces 34.
  • Fig. 3 shows the in Fig. 2 shown components of the machine 10 according to a first embodiment of the invention.
  • the upper working disk 16 has a spherically convex working surface 28 owns.
  • the lower working disk 20 has a spherically concave working surface 30.
  • the radii of curvature of the working surfaces 28, 30 differ by the thickness d of the workpieces 34 to be machined.
  • the centers of the spherical surfaces described by the working surfaces 28, 30 coincide in one point. In this way, the working gap 32 formed between the working disks 16, 20 has the same gap width s everywhere.
  • the guided in the carriers 22 workpieces 34 are thus in mutual contact with the work surfaces 28, 30.
  • the carriers 22 are likewise spherically formed on their two sides facing the work surfaces 28, 30. With the arrangement shown, a plurality of workpieces can be provided simultaneously and on both sides with spherical surfaces in a simple and effective manner.
  • Fig. 4 is the in Fig. 3 shown arrangement according to another embodiment of the invention. It largely corresponds to the arrangement according to Fig. 3 , In contrast to Fig. 3 is at the in Fig. 4 shown arrangement, however, the working surface 28 'of the upper working disk 16 as a sliding surface 28' is formed. On this sliding surface 28 ', the workpieces 34 can slide during processing, without resulting in a material removal. The shape of the workpieces 34 on their sliding surface 28 'facing side is therefore not changed in the course of processing. In the in Fig. 4 As shown, the workpieces 34 have a convex top surface. This convex shape is retained even after processing.
  • the underside of the workpieces 34 is machined with the lower working surface 30 of the lower working disk 20, wherein the underside of the workpieces assumes the shape of the lower working surface 30.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Grinding Of Cylindrical And Plane Surfaces (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Turning (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken in einer Doppelseitenbearbeitungsmaschine, die eine obere Arbeitsscheibe mit einer oberen Arbeitsfläche und eine untere Arbeitsscheibe mit einer unteren Arbeitsfläche aufweist, bei dem mindestens eine der Arbeitsscheiben drehend angetrieben wird, wobei die Arbeitsflächen zwischen sich einen Arbeitsspalt bilden, in dem mindestens eine Läuferscheibe angeordnet ist, die in Ausnehmungen die zu bearbeitenden Werkstücke aufnimmt und mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzt wird, wodurch in der Läuferscheibe aufgenommene Werkstücke sich entlang zykloidischer Bahnen bewegen.
  • Die Erfindung betrifft außerdem eine Doppelseitenbearbeitungsmaschine zum Bearbeiten von Werkstücken, aufweisend eine obere Arbeitsscheibe mit einer oberen Arbeitsfläche und eine untere Arbeitsscheibe mit einer unteren Arbeitsfläche wobei mindestens eine der Arbeitsscheiben mittels eines Antriebs drehend antreibbar ist, und wobei die Arbeitsflächen zwischen sich einen Arbeitsspalt bilden, in dem mindestens eine Läuferscheibe angeordnet ist, die in Ausnehmungen zu bearbeitende Werkstücke aufnehmen kann und mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzbar ist, wodurch in der Läuferscheibe aufgenommene Werkstücke sich entlang zykloidischer Bahnen bewegen.
  • Die Verwendung von Doppelseitenbearbeitungsmaschinen zur Bearbeitung von Werkstücken mit zwei planparallelen Flächen ist seit längerem bekannt. Dabei können insbesondere flache Werkstücke bearbeitet werden. Eine entsprechende Maschine zum Läppen, Schleifen oder Polieren ist beispielsweise bekannt aus DE 195 47 085 A1 . Die Werkstücke werden dabei spannungsfrei in sogenannten Läuferscheiben zwischen einer oberen Arbeitsscheibe und einer koaxial zu der oberen Arbeitsscheibe angeordneten unteren Arbeitsscheibe auf zykloidischen Bahnen geführt. Auf diese Weise wird ein sehr gleichmäßiger Verschleiß der Arbeitsscheiben bzw. ihrer mit dem Werkstück bei der Bearbeitung in Kontakt stehenden Arbeitsflächen erzielt. Dadurch wiederum lassen sich sehr hohe Bearbeitungsgenauigkeiten erzielen, insbesondere hinsichtlich der Ebenheit, Planparallelität und Dickentoleranz der Werkstücke. Außerdem kann mit den bekannten Maschinen eine Vielzahl Werkstücke gleichzeitig bearbeitet werden, je nach Größe und Art der Werkstücke und Größe der Vorrichtung bis zu mehrere hundert Werkstücke. Die bekannten Doppelseitenbearbeitungsmaschinen sind daher sehr wirtschaftlich zu betreiben.
  • Um auch bei im Zuge der Bearbeitung auftretenden unterschiedlichen Temperatureinflüssen auf die Arbeitsscheiben einen möglichst planparallelen Arbeitsspalt und damit möglichst planparallele Werkstückoberflächen zu erzielen, ist es aus DE 10 2006 037 490 A1 bekannt, eine ringförmige obere Trägerscheibe und mit ihr eine obere Arbeitsscheibe durch Aufbringen einer Kraft so zu verformen, dass eine temperaturbedingte Abweichung der Scheibe von der gewünschten ebenen Form kompensiert wird. Auf diese Weise kann jederzeit die Planparallelität des Arbeitsspalts gewährleistet werden.
  • Vorrichtungen zur Herstellung von Werkstücken mit sphärischen Oberflächen, beispielsweise Linsen, sind unter anderem bekannt aus DE 27 21 553 C3 , DE 198 46 260 A1 oder DE 10 2006 017 685 A1 . Mit den bekannten Vorrichtungen können gewünschte sphärische Oberflächen mit hoher Präzision hergestellt werden, wie dies für optische Elemente in der Regel erforderlich ist. Nachteilig ist dabei allerdings, dass jeweils nur eine Seite des Werkstücks bearbeitet werden kann. Außerdem kann mit den bekannten Vorrichtungen oftmals nur ein Werkstück oder eine eng begrenzte Anzahl von Werkstücken gleichzeitig bearbeitet werden.
  • Aus DE 10 2007 056 627 A1 ist ein Verfahren zum gleichzeitigen beidseitigen Schleifen mehrerer Halbleiterscheiben bekannt, wobei jede Halbleiterscheibe frei beweglich in einer Aussparung einer von mehreren mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzten Läuferscheiben liegt und dadurch auf einer zykloidischen Bahnkurve bewegt wird, wobei die Halbleiterscheiben zwischen zwei rotierenden ringförmigen Arbeitsscheiben materialabtragend bearbeitet werden. Mittels einer Verstellvorrichtung kann auf die obere Arbeitsscheibe eingewirkt werden, um diese zu verformen. Auf diese Weise lassen sich gezielt konvexe oder konkave Verformungen der Arbeitsscheiben einstellen. Aus WO 2005/058544 A1 ist ein Verfahren zur Doppelseitenbearbeitung bekannt. Die dabei eingesetzten Arbeitsscheiben können Schleifscheiben, Läppscheiben, Honscheiben oder Polierscheiben sein. Die Arbeitsflächen der Arbeitsscheiben können konkav ausgebildet sein.
  • Ausgehend von dem erläuterten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Doppelseitenbearbeitungsmaschine der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit denen Werkstücke in einfacher und effektiver Weise mit sphärischen Oberflächen versehen werden können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen sowie der Beschreibung und den Figuren.
  • Für ein Verfahren der eingangs genannten Art löst die Erfindung die Aufgabe dadurch, dass die Werkstücke mit sphärisch ausgebildeten Arbeitsflächen bearbeitet werden. Entsprechend löst die Erfindung die Aufgabe für eine Doppelseitenbearbeitungsmaschine der eingangs genannten Art dadurch, dass die obere und untere Arbeitsfläche sphärisch ausgebildet sind.
  • Erfindungsgemäß sind also bei der Bearbeitung beide Arbeitsscheiben sphärisch ausgebildet. Die mit den Werkstücken in Kontakt stehenden Flächen der Arbeitsscheiben werden also nicht, wie bei der Doppelseitenbearbeitung nach dem Stand der Technik üblich, in eine möglichst ebene Form gebracht. Vielmehr werden gezielt sphärische Arbeitsflächen für die Bearbeitung der Werkstücke eingesetzt. Die Oberflächenform jeder der sphärischen Arbeitsflächen lässt sich somit als Teil der Oberfläche einer Kugel mit einem Radius r und einem Mittelpunk M beschreiben. Die mit diesen Arbeitsflächen bearbeiteten Werkstücke weisen nach der Bearbeitung dann eine der Form der Arbeitsflächen entsprechende Form auf. Gemäß der Erfindung können also Werkstücke auf beiden Seiten mit sphärischen Oberflächen versehen werden. Durch den Einsatz von für die planparallele Bearbeitung an sich bekannten Doppelseitenbearbeitungsmaschinen lässt sich darüber hinaus eine besonders hohe Bearbeitungsgenauigkeit erreichen, wobei die Ober- und Unterseiten der Werkstücke gleichzeitig bearbeitet werden können. Außerdem lässt sich mit Doppelseitenbearbeitungsmaschinen und insbesondere der Läuferscheibenanordnung in dem Arbeitsspalt eine Vielzahl von Werkstücken gleichzeitig und schnell bearbeiten. Abhängig von der Größe der Werkstücke und der Bearbeitungsmaschine lassen sich so mehrere hundert Werkstücke gleichzeitig bearbeiten.
  • Für die Bearbeitung werden die Arbeitsscheiben üblicherweise koaxial zueinander angeordnet, wobei die Arbeitsflächen der Arbeitsscheiben einander zugewandt sind und zwischen sich den Arbeitsspalt bilden. Während der Bearbeitung wird von den Arbeitsscheiben eine Anpresskraft auf die Werkstücke ausgeübt. Eine der Arbeitsflächen kann beispielsweise konkav sphärisch ausgebildet sein, während die andere beispielsweise konvex sphärisch ausgebildet sein kann. Die Bearbeitung der Werkstücke erfolgt materialabtragend. So kann die Bearbeitung beispielsweise ein Schleifen, Läppen, Polieren oder Honen sein. Die Werkstücke können dünne Werkstücke sein und beispielsweise aus einem Metall-, Keramik- oder Glaswerkstoff bestehen. Grundsätzlich kommen als Werkstücke auch Halbleiterscheiben (Wafer) in Frage. Für eine sphärische Bearbeitung eignen sich insbesondere optische Elemente, wie Linsen (z. B. Glaslinsen) oder ähnliche Werkstücke.
  • Es ist möglich, für die sphärische Ausbildung der jeweiligen Arbeitsfläche die gesamte Arbeitsscheibe gemeinsam mit ihrer Arbeitsfläche sphärisch auszubilden. Die Arbeitsflächen bzw. Arbeitsscheiben können permanent sphärisch sein. Es ist aber auch denkbar, sie für die Bearbeitung mittels einer geeigneten Formeinrichtung individuell sphärisch zu formen. Auf diese Weise wird die Flexibilität der Maschine erhöht.
  • Die Krümmungsradien der Arbeitsflächen können sich gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung unterscheiden. Um den Arbeitsspalt sphärisch gekrümmt, jedoch über den gesamten Spalt mit derselben senkrecht zu den Arbeitsflächen gemessenen Spaltbreite auszubilden, können sich die Krümmungsradien der Arbeitsflächen gemäß einer weiteren Ausgestaltung um die Dicke der zu bearbeitenden Werkstücke (nach ihrer Bearbeitung) unterscheiden. Die Krümmungsmittelpunkte, also die Zentren der von den Arbeitsflächen bzw. Arbeitsscheiben beschriebenen Kugelflächen, können in einem Punkt zusammenfallen, wenn die Arbeitsflächen mit den zu bearbeitenden Werkstücken in Kontakt stehen. Der Arbeitsspalt entspricht dann dem bei der Planbearbeitung gewünschten Parallelspalt, der jedoch insgesamt sphärisch gekrümmt ist. Die Spaltbreite entspricht dann gerade der Werkstückdicke.
  • Wie bei Doppelseitenplanbearbeitungsmaschinen an sich bekannt, liegen auch erfindungsgemäß die zu bearbeitenden Werkstücke während der Bearbeitung spannungsfrei in Ausnehmungen von mindestens einer Läuferscheibe, insbesondere von mehreren Läuferscheiben, die zwischen den Arbeitsflächen bzw. Arbeitsscheiben bewegt werden und die Werkstücke auf zykloiden Bahnen führen. Die Läuferscheiben können in an sich bekannter Weise eine Außenverzahnung aufweisen, mit der sie in einen Innen- und Außenstiftkranz oder Zahnkranz eingreifen und auf diese Weise angetrieben werden. Es wird dadurch die zykloide Bewegung der Werkstücke in dem Arbeitsspalt erzeugt. Insbesondere bei kleinen Krümmungsradien der Arbeitsflächen bzw. Arbeitsscheiben ist es allerdings möglich, dass Läuferscheiben mit planparallelen Oberflächen nicht mehr in dem Arbeitsspalt angeordnet werden können. Entsprechend ist erfindungsgemäß die mindestens eine Läuferscheibe auf mindestens einer ihrer bei der Bearbeitung den Arbeitsflächen zugewandten Seiten ebenfalls sphärisch ausgebildet. Insbesondere kann die mindestens eine
  • Läuferscheibe auf beiden Seiten sphärisch ausgebildet sein. Es kann dann weiter vorgesehen sein, dass der Krümmungsradius mindestens einer sphärischen Seite der mindestens einen Läuferscheibe, insbesondere jeder sphärischen Seite der Läuferscheibe, jeweils dem Krümmungsradius der dieser Seite zugewandten Arbeitsfläche entspricht. Bei unterschiedlichen Krümmungsradien der Arbeitsflächen besitzen also auch die Läuferscheiben mit einem unterschiedlichen Krümmungsradius ausgebildete obere und untere sphärische Flächen. Dadurch liegen die Läuferscheiben passgenau in den Arbeitsspalt. Nach einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Krümmungsradius mindestens einer sphärischen Seite der mindestens einen Läuferscheibe, insbesondere sämtlicher sphärischer Seiten der Läuferscheibe, einen Wert besitzt, der zwischen den Werten der unterschiedlichen Krümmungsradien der beiden Arbeitsflächen liegt. Bei dieser Ausgestaltung können die Läuferscheiben mit gleichen Krümmungsradien ihrer sphärischen Ober- und Unterseiten hergestellt werden.
  • Es hat sich in der Praxis weiter herausgestellt, dass bei den gegebenen geometrischen Verhältnissen von Doppelseitenbearbeitungsmaschinen Krümmungsradien der Arbeitsflächen zwischen 1 m und 10 m, bevorzugt zwischen 1 m und 7 m, möglich und vorteilhaft sind. Mit derart gekrümmten Arbeitsflächen bzw. Arbeitsscheiben herstellbare sphärische Werkstückflächen besitzen dann entsprechende Krümmungsradien.
  • Der Umstand, dass die erfindungsgemäß bearbeiteten Werkstücke eine konvexe und eine konkave Seite besitzen und die Krümmungsradien dieser beiden Seiten in einem vorgegebenen, z. B. von der Dicke des Werkstücks abhängigen Verhältnis zueinander stehen, kann eine unerwünschte Einschränkung darstellen. Um diese Einschränkung zu umgehen, kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung eine der Arbeitsflächen als Gleitoberfläche ausgebildet sein, die bei der Bearbeitung nicht zu einem Materialabtrag der Werkstücke führt. Auf dieser vollständig oder teilweise als Gleitoberfläche ausgebildeten Arbeitsfläche gleiten die Werkstücke während der Bearbeitung, ohne dass Material abgetragen wird. Dadurch ist es möglich, eine erste Seite der Werkstücke in eine gewünschte sphärische konvexe oder konkave Form zu bringen, während die gegenüberliegende zweite Seite aufgrund der Gleitfläche während der Bearbeitung nicht verändert wird, selbst wenn die Form der zweiten Werkstückseite von der Form der Gleitfläche abweicht. Es können dann insbesondere auch bikonvex oder bikonkav geformte Werkstücke mit deutlich unterschiedlichen Krümmungsradien hergestellt werden. Die Ausbildung von Gleitoberflächen ist dem Fachmann an sich bekannt.
  • Die erfindungsgemäße Doppelseitenbearbeitungsmaschine kann zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet sein.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen schematisch:
    • Fig. 1
    den grundsätzlichen Aufbau einer Doppelseitenbearbeitungsmaschine,
    Fig. 2
    in dem Arbeitsspalt zwischen zwei Arbeitsscheiben zur Bearbeitung anordnete Werkstücke gemäß dem Stand der Technik,
    Fig. 3
    in dem Arbeitsspalt zwischen zwei Arbeitsscheiben angeordnete Werkstücke gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung, und
    Fig. 4
    in dem Arbeitsspalt zwischen zwei Arbeitsscheiben angeordnete Werkstücke gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung.
  • Soweit nichts anderes angegeben ist, bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen gleiche Gegenstände. Fig. 1 zeigt schematisch den grundsätzlichen Aufbau einer Doppelseitenbearbeitungsmaschine 10 mit Planetenkinematik. Die Doppelseitenbearbeitungsmaschine 10 weist einen oberen Schwenkarm 12 auf, der über eine an einem unteren Sockel 18 gelagerte Schwenkeinrichtung 14 um eine vertikale Achse geschwenkt werden kann. An dem Schwenkarm 12 wird eine obere Arbeitsscheibe 16 getragen. In dem dargestellten Beispiel ist die obere Arbeitsscheibe 16 über einen in Fig. 1 nicht näher dargestellten Antriebsmotor drehend antreibbar. An ihrer in Fig. 1 nicht dargestellten Unterseite besitzt die obere Arbeitsscheibe 16 eine Arbeitsfläche. Auf dieser kann beispielsweise ein Schleif- oder ein Polierbelag oder ähnliches angeordnet sein. Der untere Sockel 18 weist einen Trägerabschnitt 19 auf, der eine untere Arbeitsscheibe 20 trägt, die an ihrer Oberseite eine der Arbeitsfläche der oberen Arbeitsscheibe 16 entsprechende Arbeitsfläche besitzt. Über den Schwenkarm 12 kann die obere Arbeitsscheibe 16 koaxial zu der unteren Arbeitsscheibe 20 ausgerichtet werden. Die untere Arbeitsscheibe 20 ist in dem dargestellten Beispiel ebenfalls über einen nicht dargestellten Antriebsmotor drehend antreibbar, insbesondere gegenläufig zu der oberen Scheibe 16. Selbstverständlich ist es auch möglich, nur eine der Arbeitsscheiben 16, 20 rotierend antreibbar auszubilden.
  • Auf der unteren Arbeitsscheibe 20 sind mehrere Läuferscheiben 22 dargestellt, die jeweils Ausnehmungen für zu bearbeitende Werkstücke aufweisen. Die Läuferscheiben 22 greifen jeweils mit einer Außenverzahnung in einen Innenstiftkranz 24 und einen Außenstiftkranz 26 ein. Auf diese Weise wird eine Abwälzvorrichtung gebildet, wobei die Läuferscheiben 22 bei einer Rotation der unteren Arbeitsscheibe 20 beispielsweise über den Innenstiftkranz 24 ebenfalls in Rotation versetzt werden. Die in den Ausnehmungen der Läuferscheiben 22 angeordneten Werkstücke bewegen sich dann auf der unteren Arbeitsscheibe 20 entlang zykloidischer Bahnen. Zur Bearbeitung werden die zu bearbeitenden Werkstücke in die Läuferscheiben 22 eingelegt (nicht dargestellt). Durch Verschwenken des Schwenkarms 12 werden die beiden Arbeitsscheiben 16, 20 koaxial zueinander ausgerichtet, so dass sie zwischen sich einen Arbeitsspalt bilden. Bei mindestens einer rotierenden oberen oder unteren Arbeitsscheibe 16, 20 wird anschließend beispielsweise die obere Arbeitsscheibe 16 mit einer Anpresskraft auf die Werkstücke gepresst. Dazu ist in dem Schwenkarm 12 ein hochgenaues Belastungssystem angeordnet. Es wirkt dann von der oberen und unteren Arbeitsscheibe 16, 20 jeweils eine Anpresskraft auf die zu bearbeitenden Werkstücke ausgeübt und die Werkstücke werden beidseitig bearbeitet. Der Aufbau und die Funktion einer derartigen Doppelseitenbearbeitungsmaschine sind dem Fachmann an sich bekannt.
  • Fig. 2 zeigt eine stark vereinfachte Schnittdarstellung einiger Elemente der in Fig. 1 gezeigten Doppelseitenbearbeitungsmaschine mit einem Aufbau gemäß dem Stand der Technik. Zu erkennen sind die ringförmige obere Arbeitsscheibe 16 und die ebenfalls ringförmige untere Arbeitsscheibe 20, die koaxial zueinander ausgerichtet sind. Die obere Arbeitsscheibe 16 weist eine obere Arbeitsfläche 28 auf. Die untere Arbeitsscheibe 20 besitzt entsprechend eine untere Arbeitsfläche 30. In dem dargestellten Betriebszustand sind die Arbeitsflächen 28, 30 einander zugewandt und bilden zwischen sich einen Arbeitsspalt 32. Weiterhin sind die in dem Arbeitsspalt 32 angeordneten Läuferscheiben 22 mit in ihnen eingelegten Werkstücken 34 erkennbar. Die Läuferscheiben 22 wälzen sich wiederum mit ihrer Außenverzahnung zwischen dem Innenstiftkranz 24 und dem Außenstiftkranz 26 ab. In dem dargestellten Beispiel werden die Arbeitsscheiben 16, 20 und mit ihnen die Arbeitsflächen 28, 30 um die Rotationsachse 36 beispielsweise gegenläufig drehend angetrieben. Mit dem in Fig. 2 dargestellten Aufbau kann in an sich bekannter Weise eine planparallele Bearbeitung der Werkstücke 34 erfolgen.
  • Fig. 3 zeigt die in Fig. 2 gezeigten Komponenten der Maschine 10 gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. In dem dargestellten Ausschnitt ist zu erkennen, dass die obere Arbeitsscheibe 16 eine sphärisch konvexe Arbeitsfläche 28 besitzt. Weiter ist zu erkennen, dass die untere Arbeitsscheibe 20 eine sphärisch konkave Arbeitsfläche 30 aufweist. Die Krümmungsradien der Arbeitsflächen 28, 30 unterscheiden sich um die Dicke d der zu bearbeitenden Werkstücke 34. Die Zentren der von den Arbeitsflächen 28, 30 beschriebenen Kugelflächen fallen in einem Punkt zusammen. Auf diese Weise besitzt der zwischen den Arbeitsscheiben 16, 20 gebildete Arbeitsspalt 32 überall dieselbe Spaltbreite s. Die in den Läuferscheiben 22 geführten Werkstücke 34 stehen somit in beidseitigem Kontakt mit den Arbeitsflächen 28, 30. Weiter ist in Fig. 3 erkennbar, dass die Läuferscheiben 22 auf ihren beiden den Arbeitsflächen 28, 30 zugewandten Seiten ebenfalls sphärisch ausgebildet sind. Mit der dargestellten Anordnung lässt sich in einfacher und effektiver Weise eine Vielzahl von Werkstücken gleichzeitig und beidseitig mit sphärischen Oberflächen versehen.
  • In Fig. 4 ist die in Fig. 3 dargestellte Anordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Sie entspricht weitgehend der Anordnung nach Fig. 3. Im Unterschied zu Fig. 3 ist bei der in Fig. 4 gezeigten Anordnung allerdings die Arbeitsfläche 28' der oberen Arbeitsscheibe 16 als Gleitoberfläche 28' ausgebildet. Auf dieser Gleitoberfläche 28' können die Werkstücke 34 während der Bearbeitung gleiten, ohne dass es dabei zu einem Materialabtrag kommt. Die Form der Werkstücke 34 auf ihrer der Gleitoberfläche 28' zugewandten Seite wird also im Zuge der Bearbeitung nicht verändert. In dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel besitzen die Werkstücke 34 eine konvexe Oberseite. Diese konvexe Form bleibt auch nach der Bearbeitung erhalten. Die Unterseite der Werkstücke 34 wird dagegen mit der unteren Arbeitsfläche 30 der unteren Arbeitsscheibe 20 materialabtragend bearbeitet, wobei die Unterseite der Werkstücke die Form der unteren Arbeitsfläche 30 annimmt. Mit dieser Ausgestaltung besteht eine höhere Flexibilität hinsichtlich der Ausbildung der Werkstückoberflächen.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken (34) in einer Doppelseitenbearbeitungsmaschine (10), die eine obere Arbeitsscheibe (16) mit einer oberen Arbeitsfläche (28) und eine untere Arbeitsscheibe (20) mit einer unteren Arbeitsfläche (30) aufweist, bei dem mindestens eine der Arbeitsscheiben (16, 20) drehend angetrieben wird, wobei die Arbeitsflächen (28, 30) zwischen sich einen Arbeitsspalt (32) bilden, in dem mindestens eine Läuferscheibe (22) angeordnet ist, die in Ausnehmungen die zu bearbeitenden Werkstücke (34) aufnimmt und mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzt wird, wodurch in der Läuferscheibe (22) aufgenommene Werkstücke (34) sich entlang zykloidischer Bahnen bewegen
    und die Werkstücke (34) mit sphärisch ausgebildeten Arbeitsflächen (28, 30) bearbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Läuferscheibe (22) auf mindestens einer ihrer bei der Bearbeitung den Arbeitsflächen (28, 30) zugewandten Seiten ebenfalls sphärisch ausgebildet ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Krümmungsradien der Arbeitsflächen (28, 30) unterscheiden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Krümmungsradien der Arbeitsflächen (28, 30) um die Dicke (d) der zu bearbeitenden Werkstücke (34) unterscheiden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius mindestens einer sphärischen Seite der mindestens einen Läuferscheibe (22) jeweils dem Krümmungsradius der dieser Seite zugewandten Arbeitsfläche (28, 30) entspricht.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius mindestens einer sphärischen Seite der mindestens einen Läuferscheibe (22) einen Wert besitzt, der zwischen den Werten der Krümmungsradien der beiden Arbeitsflächen (28, 30) liegt.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsflächen (28, 30) Krümmungsradien zwischen 1m und 10m besitzen.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Arbeitsflächen (28, 30) als Gleitoberfläche (28') ausgebildet ist, die bei der Bearbeitung nicht zu einem Materialabtrag der Werkstücke (34) führt.
  8. Doppelseitenbearbeitungsmaschine zum Bearbeiten von Werkstücken (34), aufweisend eine obere Arbeitsscheibe (16) mit einer oberen Arbeitsfläche (28) und eine untere Arbeitsscheibe (20) mit einer unteren Arbeitsfläche (30), wobei die obere und untere Arbeitsfläche (28, 30) sphärisch ausgebildet sind und mindestens eine der Arbeitsscheiben (16, 20) mittels eines Antriebs drehend antreibbar ist, und wobei die Arbeitsflächen (28, 30) zwischen sich einen Arbeitsspalt (32) bilden, in dem mindestens eine Läuferscheibe (22) angeordnet ist, die in Ausnehmungen zu bearbeitende Werkstücke (34) aufnehmen kann und mittels einer Abwälzvorrichtung in Rotation versetzbar ist, wodurch in der Läuferscheibe (22) aufgenommene Werkstücke (34) sich entlang zykloidischer Bahnen bewegen,
    dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Läuferscheibe (22) auf mindestens einer ihrer bei der Bearbeitung den Arbeitsflächen (28, 30) zugewandten Seiten ebenfalls sphärisch geformt ist.
  9. Doppelseitenbearbeitungsmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Krümmungsradien der Arbeitsflächen (28, 30) unterscheiden.
  10. Doppelseitenbearbeitungsmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Krümmungsradien der Arbeitsflächen (28, 30) um die Dicke (d) der zu bearbeitenden Werkstücke (34) unterscheiden.
  11. Doppelseitenbearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius mindestens einer sphärischen Seite der mindestens einen Läuferscheibe (22) jeweils dem Krümmungsradius der dieser Seite zugewandten Arbeitsfläche (28, 30) entspricht.
  12. Doppelseitenbearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius mindestens einer sphärischen Seite der mindestens einen Läuferscheibe (22) einen Wert besitzt, der zwischen den Werten der Krümmungsradien der beiden Arbeitsflächen (28, 30) liegt.
  13. Doppelseitenbearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsflächen (28, 30) Krümmungsradien zwischen 1m und 10m besitzen.
  14. Doppelseitenbearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Arbeitsflächen (28, 30) als Gleitoberfläche (28') ausgebildet ist, die bei der Bearbeitung nicht zu einem Materialabtrag der Werkstücke (34) führt.
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