專利名稱：改進的磨削和拋光機床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磨削和拋光機床以及磨削和拋光圓盤的方法，該圓盤用在半導體裝置結(jié)構(gòu)中的硅圓片以及玻璃或其它脆性材料的圓盤，磁性材料可覆在其上從形成用于計算機磁盤驅(qū)動器和類似裝置的存儲磁盤。
本發(fā)明的背景當磨削上述任一用途的圓盤時，圓盤外經(jīng)應(yīng)加工成高精度的并常常是特殊的橫截面形狀是很重要的。對于存儲磁盤，也要精確控制其盤圓孔的直徑和圓度。對于硅圓片，后面加工工序中的對準需要對準裝置，以完成圓盤周緣的成形例如平周緣和凹口周緣。
傳統(tǒng)的周緣磨削和拋光機體的所有軸線均為直線導軌。當磨削和拋光脆性材料時，無論是裝有循環(huán)滾動元件的支承還是空氣支承，所有這樣的軸線共有常見的失效，即這些軸線允許砂輪和零件間較大相對運動。因而需要砂輪的正交運動，其通常由一線性軸線疊在另一軸線上而獲得此運動需要硬的耐磨砂輪以將由于砂輪磨損而造成的成形損失減至最小，但這樣的砂輪會磨削出有深度損傷的劣質(zhì)表面。
當磨削硅圓片時，由于圓片必須零損傷地傳送以便在后續(xù)加工工序中使用，磨削時造成的表面下?lián)p傷的深度應(yīng)減至最小。當表面下?lián)p傷已造成時，就意味著磨削后要進行酸洗及拋光。這兩個工藝均很昂貴，損傷越小所需的拋光時間就越短。
圓盤或圓片工件周緣被正常加工以形成圓盤的一般三角形或不規(guī)則四邊形的輪廓。為此，以互補的方式形成砂輪表面，從而砂輪與工件接觸并在圓盤周緣形成互補的形狀。
當砂輪的互補形狀不改變時，可精確地形成周緣輪廓。當砂輪明顯磨損時，這一輪廓將改變。這樣的砂輪必須重新形成。對于樹脂粘結(jié)劑砂輪用適當?shù)某尚屋喕蛘邔τ诮饘僬辰Y(jié)劑砂輪用電火花腐蝕。至今，至少互補砂輪輪廓的初始成形是“脫離機床”進行的，因為往往使用硬的耐磨砂輪。
發(fā)明概要根據(jù)本發(fā)明的一個方面，磨削機床包括至少一個安裝的成形輪，以便與主砂輪接觸并使該砂輪的槽形成和需要時重新形成。
這就避免了砂輪最初成形離開機床和/或為了再成形必須拆卸砂輪所能造成的問題。
如下述制造的磨床，即使不消除工件和砂輪之間不必要的相對運動，結(jié)果還是限制了此類運動，已發(fā)現(xiàn)此磨床能使用較軟砂輪。
盡管使用較硬磨削法可獲得最佳效率，例如金屬粘結(jié)劑立方氮化硼砂輪或金屬粘結(jié)劑金剛石砂輪用于初步粗磨加工，然后使用較軟砂輪進行精磨，還是可使用樹脂粘結(jié)劑立方氮化硼砂輪或樹脂粘結(jié)劑金剛石砂輪。不同的砂輪片當然能全裝在同一個主軸上。
每個砂輪可有多個砂輪槽，由于每個砂輪槽會依次磨損，可依次使用這些砂輪槽，直至所有的砂輪槽均需再次成形。
已發(fā)現(xiàn)樹脂粘結(jié)劑砂輪用于磨削周緣形狀，只產(chǎn)生很小的表面下?lián)p傷，并可在原位用適當?shù)某尚屋嗊M行成形。
根據(jù)本發(fā)明的另一個特點，成形輪最好能裝在工作臺主軸上，通常在工件支承的后面。
兩個成形輪裝在工作臺主軸上，一個用于新砂輪砂輪槽的成形，另一個用于現(xiàn)用砂輪砂輪槽的成形。在機床上進行砂輪槽的成形和再成形并將成形輪裝在工作臺主軸上使砂輪的徑向跳動減至最小，減小了砂輪的顫振，并且即使安裝不當也能保證砂輪所磨出的是真正的圓盤，因為成形輪、再成形輪都象工件一樣裝在同一個軸上。
一個成形輪用于粗磨砂輪成形，一個成形輪用于精磨砂輪成形，以便在粗磨砂輪和精磨砂輪上均加工出形狀相同的砂輪槽，將精磨砂輪形狀的非對稱磨損減至最小。
本發(fā)明另外提供了磨削圓盤周緣的一種方法，包括以下步驟將砂輪和成形輪裝在剛性固定件上，移動砂輪和成形輪使兩者接觸以便在砂輪周緣形成砂輪槽，橫截面上的砂輪槽形與磨削時圓盤周緣應(yīng)形成的形狀互補，使砂輪與圓盤接觸，該圓盤也相對于砂輪剛性安裝，將砂輪周緣磨削成所要求的形狀；在已磨削過圓盤周緣后(或已磨削過一系列圓盤周緣后)，砂輪和成形輪再次接觸進行砂輪槽的再成形以修整磨損的砂輪。
磨削硅圓片工件周緣的磨削方法可包括兩個工步，第一個工步是金屬或樹脂粘結(jié)劑立方氮化硼砂輪前移以粗磨工件周緣，第二個工步是樹脂粘結(jié)劑立方氮化硼砂輪或最好是樹脂粘結(jié)劑金剛石砂輪前移以精磨工件周緣，不過，本發(fā)明不限于此種方法和任何數(shù)目的不同磨削工步。這些工步可加入用于磨削任何特殊工件的方法中。
本發(fā)明的方法也包括。通過在每個砂輪的周緣切入磨削出要求的形狀，在機床原位置上成形再成形兩個砂輪的步驟。
內(nèi)經(jīng)和外徑均要精磨時，兩工步磨削法可用于內(nèi)圓磨削和外圓磨削，用預成形的金屬粘結(jié)劑砂輪進行粗磨，之后用已成形的樹脂粘結(jié)劑立方氮化硼砂輪進行精磨，后者在機床原位置上進行成形和再成形。
本發(fā)明還在于實現(xiàn)上述方法的設(shè)備，包括砂輪及其驅(qū)動裝置；成形輪；限制砂輪和成形輪之間不必要相對運動的剛性支承裝置；用于軸向移動砂輪與成形輪對正的裝置；實現(xiàn)砂輪與成形輪之間相對運動的裝置，該裝置切入磨削砂輪周緣以形成有精確橫截面的砂輪槽；工件主軸，圓形工件能安裝在其上，該主軸也安裝在剛性支承裝置上；用來使砂輪朝著工件主軸運動及遠離工件主軸的驅(qū)動裝置，該裝置使砂輪與裝在工件主軸上的圓形工件的周緣接觸以對二件進行周緣磨削；以及用來使工件主軸旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動裝置，成形輪也裝在工件主軸上與其一起旋轉(zhuǎn)。
工件主軸最好有個可將圓形工件安裝其上的真空吸盤。
最好有用于圓形工件定心的裝置，以便工件中心與工件主軸軸線對中。
可設(shè)置光學檢測裝置以便為轉(zhuǎn)動而固定工件時檢查工件表面，從而可進行多次檢測并將其檢測結(jié)果與基準測量結(jié)果比較。
本發(fā)明的其它方面和特征在所附權(quán)利要求中限定。
參見附圖，現(xiàn)通過實施例描述本發(fā)明，其中

圖1是實施本發(fā)明磨床的透視圖(未按比例)，是從操作者通常所站位置的視角觀看。
圖2是圖1中所示磨床的側(cè)視圖(也未按比例)，也是從操作者通常所站一側(cè)的視角觀看。
圖3是圖1和圖2中所示磨床的端視圖。
圖4是從圖3端面的視角觀看的橫截面圖(比例稍大)，所示為通過撓性安裝的部件。
圖5是圖4中可見的兩個撓性件的放大比例圖。
圖6是圖4右上角的放大比例橫截面圖，所示為凸輪主動件、隨動件及部件的承載彈簧。
圖7是圖2中所示磨床部件一端的放大比例側(cè)視圖(其中部分是剖面圖)。
圖8是上下料機構(gòu)的透視圖，其裝在圖3中所示磨床一端的右側(cè)，圖3中所示的磨床一端在圖8中部分可見。
圖9是圖8中工件輸送裝置另一側(cè)的透視圖，該圖也表示出圓盤檢驗裝置和圖2中所示的磨床右端。
圖10是圖9中所示的圓盤檢驗裝置另一側(cè)的透視圖(放大比例)。
圖11是監(jiān)視器屏幕上顯示的攝像機234所攝凹口周緣。
圖12是監(jiān)視器屏幕是顯示的攝像機234所攝圓盤上的平周緣。
圖13是圖10中部件后面的側(cè)視圖，顯示電機和真空吸盤之間的傳動裝置，也顯示出將圓片輸送到工件主軸之前確定其厚度的測厚測頭的位置。
圖14是復式砂輪部件的兩側(cè)視圖，復式砂輪部件可用在圖1及其它各圖中所示的磨床上。
圖15是用在該磨床上的凹口砂輪的側(cè)視圖。
圖16是工件真空吸盤和修整輪部件的側(cè)視圖。
圖17是清洗工位的側(cè)視圖，該工位也可用于圓片的中間存貯。
有關(guān)附圖的詳細描述圖1、圖2和圖3顯示了用于硅或類似材料圓盤(圖片)周緣磨削的整臺磨床的一部分。工件輸送檢驗和定心裝置也是整臺磨床的一部分，但將結(jié)合后面的圖加以說明。
圖1至圖3所示的磨床包括控制柜10和床身12。床身12上裝有平臺14。平臺14裝在三個減振支承上。減振支承之一即圖1中可見的件16，第二個減振支承18裝在底座區(qū)域22的中心，圖1中用虛線顯示其輪廓，第三個減振支承20可在圖3中見到。
平臺14上裝有整體支承結(jié)構(gòu)或底座22，底座22上裝有工作臺24。工作臺24可沿裝在底座22上面的導軌26軸向滑動。工件主軸24包括主軸驅(qū)動電機28和安裝待磨圓片的真空吸盤30。
周緣磨削通過砂輪32完成。砂輪32上有許多環(huán)槽例如34，用于與圖2中圓片工件36的周緣接觸。
主軸部件38中的砂輪主軸(圖中未示出)，由電機40帶動旋轉(zhuǎn)。
主軸部件38和電機40裝在支承件42上。支承件42靠近平臺14的中心線裝在剛性的加固板44的一側(cè)；沿加固板44的底邊通過翼緣用螺栓將其固定在平臺14上；在加固板44的上端通過另一個突出部46用螺栓將其固定在磨床底座22上；加固板44的功能是增加平臺14相對底座22的剛度。并承受其它可能會引起的橫向振動。
與加固板44等距，且在其另一側(cè)的是第二個支承件48。支承件48上裝有導軌50，導軌50上裝有第二個主軸部件52，該主軸部件用于凹口磨削。主軸部件52的軸向運動由動力頭54驅(qū)動(見圖2)。主軸部件52也可用于環(huán)形圓盤內(nèi)孔的磨削。
工作臺主軸、周緣磨削主軸和凹口磨削主軸均裝在空氣軸承上。工作臺主軸的速度范圍一般為每分鐘2轉(zhuǎn)至1000轉(zhuǎn)；周緣磨削主軸的速度范圍一般最高可達每分鐘6000轉(zhuǎn)；凹口磨削主軸的速度范圍一般最高可達每分鐘70,000轉(zhuǎn)。
在圖2中可見到的成形輪56和58裝在工作臺主軸上、吸盤的后面。工作臺24在圖2中箭頭60方向上的移動，使得圓盤工件36可與砂輪32的砂輪槽之一(例如34)接觸。工作臺24在箭頭60方向上的進一步移動使圓盤36脫離砂輪部件的端面62，并使成形輪56和58與砂輪32的相應(yīng)槽接觸。
砂輪或凹口砂輪所作的橫向運動，通過相對于平臺14適當傾斜支承件42和48實現(xiàn)。為此，兩個支承件42和48可樞軸轉(zhuǎn)動地裝在平臺14的中心線附近，(下文將結(jié)合后面的圖，更詳細地描述)。兩個止動件64和66(見圖3)分別防止兩個方向的向外擺動超程。
根據(jù)本發(fā)明，樞軸轉(zhuǎn)動由撓性件提供(下文將描述)。撓性件允許圍繞靠近平臺14中心線的兩個平行軸線作擺動運動，使得支承件42的運動軌跡為箭頭68所示的小圓弧；支承件48的運動軌跡為箭頭70所示的小圓弧。
實現(xiàn)擺動運動的驅(qū)動裝置將結(jié)合后面的圖加以描述。
直線型的聚碳酸酯透明護罩72固定在底座22上，砂輪主軸從護罩72伸出。在護罩72的前端面上，有個通常為橢圓形的大開口74。當工作臺24在上述箭頭60的方向上適當向前運動時，裝在工作臺24上的類似形狀的護罩76可進入并密封開口74。
護罩76周圍的可膨脹的密封環(huán)78(或者在開口74的內(nèi)緣周圍)在護罩76和開口74之間提供密封，防止液體滲漏。
護罩72可相對底座22滑動，因此在護罩76和開口74之間已密封后，由伸縮管80和82分別提供護罩72與主軸部件38和52之間的密封。實際上，護罩72與工作臺部件24一起軸向運動。伸縮管后有足夠的間隙允許護罩72在箭頭60的方向上連續(xù)移動，以便于砂輪上磨削槽的成形。伸縮管80和82也允許封閉的護罩72在與箭頭60相反的方向上移動，使得工作臺24也能在與箭頭60相反的方向上移動，因而圓盤36的周緣可與砂輪的磨削槽之一(例如34)接觸。
冷卻液通過噴嘴84和86噴在工件上，需要時，還可通過類似的噴嘴將類似的冷卻液噴在成形輪上。設(shè)置互鎖裝置保證護罩72被護罩76封閉和密封后才噴出冷卻液。
完成磨削加工并用液體進行最后清洗后，通過給邊緣密封環(huán)78排氣可打開護罩72，工作臺24在與箭頭60相反的方向上退回至圖2中所示位置，然后將成品36卸下并安裝一個待磨削工件。
砂輪的成形/修整砂輪最初成形可在安裝任何工件前完成，在真空吸盤30上沒有先安裝一個工件(例如36)的情況下，護罩72經(jīng)工作臺24和護罩76的適當運動封閉。砂輪成形由工作臺24的適當軸向運動和支承件42的橫向運動完成，從使適當?shù)某尚屋喞?6或58依次與每一砂輪槽例如34接觸。在砂輪成形操作期間，使用冷卻液。
在砂輪最初成形后，通過前述的密封環(huán)78可分開此部件，安裝工件36后，該部件可再次封閉，并用前述方法進行磨削。
通常砂輪槽的再成形在卸下一個工件后，安裝下一個工件前的機床停機期間完成，但在該機床的改進型中，工件36的周緣輪廓檢驗在工作臺的原位上進行，這可有利于在工件適當?shù)那闆r下進行砂輪的再成形。
凹口磨削如果要對工件進行凹口磨削，橫向移動支承件42使砂輪與工件脫開，并橫向移動支承件48使工件36的周緣與凹口磨削主軸(圖中未示出)接觸。凹口磨削后，支承件48向相反方向移動以便凹口磨削主軸與工件脫開。
拋光在另一種設(shè)計中，除了帶槽的砂輪外，拋光輪也可裝在砂輪主軸上，通過軸向移動工件主軸，使拋光輪能與工件36的周緣接觸。
設(shè)置使工作臺24沿導軌26移動的驅(qū)動裝置88。
如圖3所示，排液管90將液體從護罩72內(nèi)輸送至貯液箱92中，泵(圖中未示出)用于使液體自貯液箱開始循環(huán)?？稍谫A液箱中或貯液箱和泵之間的管路中提供過濾器。
控制柜包括電視顯示器94、鍵盤96及經(jīng)懸空導線100接在插頭102上的手動控制裝置98。操作者可移動手動控制裝置98并手握其走向機床，通過按下適當?shù)陌粹o操縱或中斷機床的操作。控制柜10內(nèi)有計算機控制系統(tǒng)，其發(fā)出控制信號，給機床中的驅(qū)動裝置提供動力，從機床上的轉(zhuǎn)換器、開關(guān)和其它位置/操作/接觸等產(chǎn)生信號的傳感器接受信號。
計算機鍵盤和顯示器可用于為最初確定機床功能，輸入數(shù)據(jù)及為確定主軸轉(zhuǎn)速、進給量、行程和工作順序輸入數(shù)據(jù)。
因為要求清潔的車間環(huán)境，整臺機床除包括計算機熒光屏和鍵盤的控制裝置一角外，可罩在一個外罩內(nèi)。外罩未在圖中示出。
工作臺在其上滑動的導軌26是預緊的，工作臺由伺服電機驅(qū)動并裝有高分辨率的位置編碼器以在軸向插補運動時提供平穩(wěn)的運動。
如前所述，切入磨削根據(jù)要求通過傾斜支承件42或48實現(xiàn)，以使其上的磨削部件與工件36的周緣接觸。雖然運動軌跡并不是真正的真線，而是弧形，但是可由控制柜10內(nèi)的控制系統(tǒng)產(chǎn)生的控制信號調(diào)整。
磨削時噴嘴例如84和86可用于提供切削液，84、86或其它噴嘴可用作磨削后工件仍旋轉(zhuǎn)時對準圓片工件外伸邊緣處的清洗液噴嘴。這避免了將工件從真空吸盤上卸下時，磨屑進入工件的背面。
磨削工藝通常用兩工步磨削工藝磨削工件周緣，即先采用切入式磨削粗磨，第二工步采用切入式磨削精磨的加工循環(huán)，加工循環(huán)包括砂輪快進至接觸式傳感器檢測出與圓盤工件接觸為止。采用砂輪軸位置接地以監(jiān)測砂輪磨損情況并保證每個精磨工步切除的余景為常量。為保持砂輪形狀，使用永久地裝在工件主軸吸盤上的金屬粘結(jié)劑金剛石成形輪。再成形過程可以全部自動化并可用程序控制以便每磨削幾個圓盤進行一次，或當已磨削的周緣輪廓不合格時(根據(jù)圓盤周緣輪廓的光學檢驗確定)或當接地點表示砂輪過度磨損時進行。
阻尼為了減少不必要的振動并將造成的磨削損失減至最小，磨床的支承件至少部分充填聚合物混凝土，特別是底座22和床身12，如果需要也包括平臺14。
部件的撓性安裝圖4和圖5說明如何安裝兩個支承件42和48，以便其鉸鏈轉(zhuǎn)動并允許砂輪切入。如圖4所示，兩個支承件42和48內(nèi)側(cè)邊緣通過撓性件與平臺14連接，其中兩個撓性件即圖中所示的102和104(有時稱作支板鉸鏈)。與圖4中所示的兩個撓性件處于一條直線上的第二對撓性件位于機床底座22附近支承件42和48的另一端。
如圖5的放大比例圖所示，每個撓性件是金屬板，其中間部位變窄形成收縮寬度的部分，撓性件102的收縮寬度部分是106，撓性件104的收縮寬度部分是108。
每個撓性件較寬的上端和下端，撓性件102的上、下端分別是110和112，撓性件104的上、下端分別是114和116，通過螺栓，例如撓性件102上的螺栓118和120，上端固定在構(gòu)成支承件整體一部分的凸緣上，對于撓性件102，上端固定在支承件42的凸緣122上，下端固定在金屬塊124上，金屬塊124用螺栓，例如126和128固定在平臺14上。
撓性件104以同樣方式固定在凸緣126上，它自支承件48延伸置構(gòu)成支承件48的整體的部分。
金屬塊124垂直隔開凸緣122和126，而兩個撓性件的收縮部分106和108使得支承件42和48可分別繞收縮部分106和108擺動，撓性件支承著平臺14上的結(jié)構(gòu)。
撓性件102和104允許兩個主軸支承件分別在圖5中箭頭130和132的方向上傾斜，其一般不允許支承件42和48相對平臺14圍繞其它任何軸線進行其它任何運動。因此，除了收縮部份106、108等產(chǎn)生的鉸鏈軸線外，支承件42和48與平臺14在所有方向的連接剛度都很高。
驅(qū)動部件橫向進磨支承件42和48的運動通過凸輪及隨動件裝置實現(xiàn)，該裝置是在固定于平臺14上和機床底座22一端的主支承組件和剛性部件之間起作用。一個這樣的驅(qū)動裝置如圖4所示裝在支承件42內(nèi)。凸輪134裝在軸136上，軸136支承在軸承138和140上，電機142通過扭轉(zhuǎn)剛性聯(lián)軸節(jié)144驅(qū)動凸輪134。隨動件146裝在一根軸上(圖中未示出)，該軸由軸承148和150支承，裝在支承件42上。
包括凸輪134的驅(qū)動和軸承部件支承在一個剛性框架部件152內(nèi)，它與支承件42的其余部分隔開的獨立部件，所以，后者能在凸輪134和隨動件146的運動控制下相對于部件152運動。
恢復力由彈簧裝置提供，彈簧裝置位于部件152和支承件42之間。
支承件48由裝在部件154內(nèi)的相似部件用相同方式驅(qū)動，如圖4中支承件48的局部剖視圖所示。
為簡便起見，圖中復位彈簧的結(jié)構(gòu)只表示復位彈簧如何與支承件48聯(lián)接，而未表示出支承件42中的復位彈簧。圖中，推桿156通過螺紋緊固端件158固定在支承件48的框架160的內(nèi)側(cè)，彈簧162裝在部件154內(nèi)形成的圓筒形內(nèi)腔164中。部件154一側(cè)的縮徑端166防止彈簧從內(nèi)腔164中脫出，推桿156外端的止動墊片168保持彈簧在位。支承件在箭頭170方向的運動導致彈簧被壓縮。當凸輪驅(qū)動力消失時彈簧恢復力使支承件48復位到其正常的垂直位置。
圖6所示為支承件42上端的放大比例圖，圖中相同數(shù)字用來表示同一個零部件。
凸輪驅(qū)動圖7是機床一端的側(cè)視圖，其中部分是圖4中的剖面，而比例稍有縮小。與其它圖一樣，其中有局部剖視以便顯示圖4中未示出的支承件48中的凸輪驅(qū)動裝置170。在驅(qū)動裝置一側(cè)可見止動墊片168。
圖7也顯示了裝在支承件48底部的兩個撓性件，外側(cè)的一個是撓性件104，內(nèi)側(cè)的一個是撓性件172。
上述兩個凸輪驅(qū)動裝置分別裝在剛性框架部件152和154內(nèi)，后者在圖7中更清晰可見，因為部件154通過水平支架174固定在底座22一側(cè)的一個突出板上。
在圖7中還可見驅(qū)動卡盤178的電機176，凹口磨削主軸180從該卡盤處伸出。電機176裝在前述主軸部件52內(nèi)(參見圖1)，主軸部件52如前述可沿導軌50滑動。
圖7顯示裝在主軸部件52上的伸縮管82，其密封護罩72的開口，電機176和主軸從此口伸出。
工件輸送通常直徑為100、200成300mm或更大的硅圓盤片由圖8中所示的機器人輸送裝置輸送。機器人輸送裝置包括底座182和框架184，該樞架向上延伸以對直線導軌186提供支承，滑座188可在箭頭190的方向上沿導軌186滑移。第二個導軌192在與導軌186垂直的方向上從滑座188中伸出，滑座194在箭頭196的方向運動。臂198從滑座194中伸出，驅(qū)動裝置200裝在滑座194上，驅(qū)動臂198在箭頭202的方向上運動。驅(qū)動裝置200和滑座188中驅(qū)動裝置的電源經(jīng)多路電纜204提供，多路電纜204被保持在安全柔性束管206中，后者裝在直線導軌186上。
臂198的下端是真空吸盤208，通過滑座188、194及臂198的適當運動，使真空吸盤208能位于圓片210的前面，圓片210垂直支承在支墊212上。圖中也示出空的支墊214，支墊214準備接收已磨削的圓片。
底座182位于磨床床身旁，在圖8中可見部分床身。加工完畢后，護罩72的兩部分如前所述分開(參見圖1至圖3)，露出完成的工件36，其可由臂198和真空吸盤208拾取。為此目的，操縱圖8中的輸送機構(gòu)，以便使真空吸盤208與工件主軸上的圓片相對，以便取出完成的圓片36并將其輸送到空的支墊214上。
滑座194進一步向外朝著支墊212移動，使真空吸盤208位于未磨削工件210的前面，將其拾取后，可將其輸送至檢驗工位，之后再輸送至磨床的加工位置，以便裝在真空吸盤30上，在前一個圓盤片的位置上進行磨削。
可理解，軌道216上可有許多個支墊，裝在支墊上的所有工件可依次取走、定心、磨削、檢驗并放回。
如前所述，此磨床有整體外罩，工件輸送裝置及其底座182最好位于此外罩之內(nèi)，外罩上有個自封門，可打開允許放入或取走清潔的工件。
圓片定心作為磨削前和磨削后的中間步驟(最好在另一個圓片磨削期間)，將每個圓片放在圖9和圖10所示的檢驗裝置上，以便確定圓片的圓心，使工件精確地定位在真空吸盤30上進行磨削減，磨削后，在將工件放回支墊前檢驗圓盤的周緣輪廓。
工件檢驗圖9是總體視圖，它顯示檢驗裝置相對于磨床和圖8中的機器人工件輸送裝置的位置。圖中相同的數(shù)字用來表示的零部件如前。關(guān)于機器人工件輸送裝置，在我們同時申請的共同待審英國專利申請GB-A-2316637中有更充分的描述。
檢驗裝置包括支架218，由底座220和垂直板222組成的支承架裝在支架218上。三角形加固板224從垂直板222后面伸出，垂直板222和加固板224都焊在底座220及板226上。
與板222的垂直邊228間隔的是支承托架230、燈和投影透鏡裝置232支承在托架230的上端。有鏡頭236的第一攝像機234裝在板222上，以便拍攝圓盤238的邊緣，圓盤238用燈232作背景照明。
在圖9中可見電機240裝在板222的后面。電機驅(qū)動真空吸盤(圖中不可見)，被檢驗的圓盤238由機器人臂198和真空吸盤208放置在該真空吸盤上。
電機240的轉(zhuǎn)動帶動圓片238旋轉(zhuǎn)，通過定位使圓片周緣與攝像機鏡頭236的視野相交，取自攝像機輸出的電信號經(jīng)電纜242送給信號分析裝置(圖中未示出)，以對從信號獲得的數(shù)據(jù)進行處理。
第二個攝像機244裝在支承板邊緣228上，從圓盤238的切線方向拍攝其周緣，以獲得其周緣輪廓的信息。圓盤周緣由燈246進行背景照明，攝像機244的信號由電纜248輸送。燈232和246的電源分別由電纜250和252根據(jù)要求輸送。
來自攝像機234和244的信號輸入計算機254，其分別經(jīng)電纜242和248返回信號控制兩個攝像機，計算機254還分別經(jīng)電纜250和252返回信號控制攝像機的照明燈232和246。攝像機244的輸入信號根據(jù)要求可在監(jiān)控器256上顯示，圓盤238的周緣輪廓與計算機產(chǎn)生的樣板一起顯示，260、262顯示出圓盤周緣輪廓兩側(cè)的理想角度。
工件定心工件定心使用我們同時申請的共同待審專利申請中描述的技術(shù)，參見我方參考號C403/W，使用圖8至圖10中的機器人圓片輸送裝置及來自攝像機234中的信號，信號是在圓形工件通過攝像機視野旋轉(zhuǎn)時得到的。
凹回周緣和平周緣的顯示圖11是監(jiān)控器256中的圖像，此時顯示的是來自攝像機234的輸出信號，當凹口的圓片在真空吸盤(圖10中未示出)上時，圓片238裝在真空吸盤上隨吸盤旋轉(zhuǎn)以便凹口位于攝像機的視野中?？梢姲伎?64，同時也顯示了計算機產(chǎn)生的樣板(圖中以虛線266和268表示)，其與凹口的圖像重疊，以表示凹口兩側(cè)所要求的角度。兩條附加的樣板線270和272在凹口入口處顯示出所要求的半徑，另一條樣板線274顯示出凹口底部所要求的半徑。
圖12是監(jiān)控器256中的另一圖像，此時顯示的是攝像機234所攝圓盤平周緣的一端。這里圓盤圖像用276表示，平周緣用278表示，平周緣端部所要求的半徑用計算機產(chǎn)生的樣板線280表示。
圓片厚度檢測圖13顯示的是圖10中部件的后面，所示為垂直板222和經(jīng)驅(qū)動裝置286驅(qū)動真空吸盤284的電機240。
管290與噴嘴292用于輸送一股氣流清潔和干燥圓盤238的周緣，氣流由閥294控制。
將圓片238裝在工作臺上的真空吸盤30上之前(見圖1和圖2)，確定其厚度是重要的，以便工作臺成工件主軸按要求進行軸向移動，使適當?shù)哪ハ鞑叟c圓盤周緣精確地接觸，軸向移動距離可由控制系統(tǒng)確定，并產(chǎn)生適當?shù)尿?qū)動信號使工件主軸移動所要求的距離。厚度用測頭296確定，測頭裝在主軸298上，主軸298可在導軌300、302上滑動，測頭296在經(jīng)管304進入的空氣壓力的作用下，移動至與圓盤238的表面接觸。測頭296從固定的原位開始所移動的距離被記錄。
通過無圓盤在位時完成相同距離運動的測量，給出從固定原位至吸盤284端面的距離，因此當圓盤238面對該表面安裝到位時，這兩個距離測量值之間的差值就等于工件的厚度。
測頭移動的距離由一個精確的位置感應(yīng)編碼器測出，信號經(jīng)電纜306輸送給計算機254，(如希望的話)工件厚度尺寸可顯示在監(jiān)控器上。
計算機254可構(gòu)成控制柜10(見圖1)中計算機控制系統(tǒng)的一部分和/或計算機254產(chǎn)生的信號可輸送給控制柜10中的計算機控制系統(tǒng)，所以厚度尺寸可通過控制工件主軸部件的軸向移動而獲得。
復式砂輪部件為了節(jié)省機床停機時間，砂輪可由幾個不同砂輪片復合而成，其中每個砂輪片用于一種特定用途。
圖14所示的部件308，就是這種復式砂輪，如圖所示，其由4個砂輪件夾層復合而成。
主砂輪310是樹脂結(jié)合劑立方氮化硼砂輪在其外圓柱表面上有6個磨削槽，其中之一是312，此砂輪件用于在精磨前只要求切除少許余量的圓片周緣磨削。
砂輪件314是有三個槽(其中之一為316)兩金剛石砂輪件，其用于精磨圓盤周緣。
可以理解，這兩個砂輪件可有任意數(shù)目的槽-一般為1至10個槽。
砂輪件318是金屬粘結(jié)劑立方氮化硼或金屬粘結(jié)劑金剛石砂輪，只有一個槽320，其為備用砂輪，可在使用較軟的樹脂結(jié)合劑砂輪片310磨削之前，粗磨圓片周緣。
砂輪件322也是備用砂輪片，通常為氧化鈰砂輪，其可在用砂輪件314精磨后，通過使砂輪主軸以適當轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)來拋光圓盤周緣。
凹口砂輪圖15所示的為以大致相似比例表示的裝在主軸326端部的凹口砂輪。其“凹”環(huán)狀磨削表面通常是鍍金剛石的。
砂輪修整步驟如圖16所示，當工件/圓片36裝在真空吸盤30上時，修整輪/成形輪裝在同一個主軸上。
通常修整輪/成形輪是兩部分的部件(a)一個金屬粘結(jié)劑金剛石砂輪328，用于圖14中立方氮化硼砂輪片310上砂輪槽的粗磨。
(b)一個金屬粘結(jié)劑金剛石砂輪330，其含有很較小直徑的砂粒，用于圖14中立方氮化硼砂輪件310內(nèi)砂輪槽如312的精磨。
立方氮化硼砂輪如圖14中的砂輪310，通常供貨時是沒有砂輪槽(如312)的，在安裝新的立方氮化硼砂輪片310后，第一步就是加工出砂輪槽(如312)。這是用圖16中的砂輪328，然后用砂輪330實現(xiàn)的。
當砂輪310上的砂輪槽磨損后，砂輪330根據(jù)要求用于砂輪槽的修整和再次成形。
由兩個成形輪可獲得兩個砂輪。一般，兩個成形輪均用于使粗磨砂輪(立方氮化硼)和精磨砂輪(金剛石)成形。
圓片中間存貯如圖17所示，在圖13中所示測厚測頭位置的下面，有個頂部敞口的直線型箱體332，工件可由機器人臂198向下放入其中。
主軸334和真空吸盤336伸進箱休整，圓片工件可安裝在真空吸盤336上，由其帶動旋轉(zhuǎn)。對于主軸334的驅(qū)動可以電機(例如240)獲得。
噴嘴338伸進箱體332中，其可在壓力下(如水壓或氣壓)提供流體，噴嘴對準裝在吸盤上的圓片工件端面和周緣。一個這樣的圓片340如圖所示。排出管342輸送走任何剩余流體。
此箱體和真空吸盤為已經(jīng)過周緣磨削，等待被放置在檢驗裝置的真空吸盤284上，進行周緣輪廓檢驗，或已經(jīng)過檢驗等待回至圖8中其支墊(如214)上的工件提供一個有用的停放位置。
權(quán)利要求
1．用磨削機床磨削盤形工作周緣的方法，該磨削機床具有裝在其上的帶槽的砂輪，其中，使用成形輪在原位形成該槽，成形輪也裝在該磨削機床上，還包括下列步驟移動砂輪和成形輪使之接觸以便形成環(huán)繞砂輪周緣的槽，該槽在橫截面上與磨削時圍繞工作周緣待形成的形狀互補，使砂輪與至少一個工件接觸，將工件周緣磨削成所需形狀，一件或一系列工件被磨削之后，使砂輪和成形輪重新接觸，而該砂輪保持在原位，從而在砂輪上重新形成槽以修整磨損的砂輪。
2．按權(quán)利要求1的方法，其特征在于包括兩個步驟在第一步驟中，樹脂粘結(jié)劑立方氮化硼砂輪前移以粗磨工件周緣，在第二步驟中樹脂粘結(jié)劑金剛石砂輪前移以精磨工件周緣。
3．按權(quán)利要求2的方法，其特征在于該方法包括另外的步驟使用成形輪，通過圍繞每一砂輪的磨削表面切入磨削出要求的形狀，在該機床的砂輪原位上形成和重新形成兩個砂輪。
4．用于實現(xiàn)按權(quán)利要求1-3的任一權(quán)利要求的方法的磨削機床，包括砂輪和其驅(qū)動裝置，工作臺和工件主軸和其驅(qū)動裝置，成形輪和其驅(qū)動裝置，用于相對成形輪移動砂輪以切入磨削砂輪周緣并在其內(nèi)形成精確橫截面的槽的裝置，用于在砂輪和工件主軸之間實現(xiàn)相對移動以使砂輪能與固定在工件主軸上的圓盤工件的周緣接觸并磨削工件周緣的裝置，其中，成形輪也裝在轉(zhuǎn)動的工件主軸上。
5．按權(quán)利要求4的磨削機床，其特征在于，還包括用于檢測砂輪成形槽磨損并在檢測到磨損時中斷磨削過程的裝置。
6．按權(quán)利要求5的磨削機床，其特征在于，還包括用于響應(yīng)于中斷的磨削過程，與砂輪和成形輪重新接觸以重新形成砂輪周緣的磨削輪廓。
7．按權(quán)利要求4至6的任一權(quán)利要求的磨削機床，另外適于磨削定位區(qū)域如圓盤工件圓周上的平面，該磨削機床包括另一砂輪主軸，另一砂輪裝在其上，從而工件相對其轉(zhuǎn)動時另一砂輪移動以接觸圓盤工件并在其周緣上形成平面。
8．按權(quán)利要求4至7的任一權(quán)利要求的磨削機床，其特征在于包括另一砂輪主軸，砂輪裝在其上以便與圓形工件的圓周接觸并在工件靜止時在其中磨削切口。
9．按權(quán)利要求4至8的任一權(quán)利要求的磨削機床，其特征在于，安裝光學檢測裝置以便工件裝在機床工作臺上轉(zhuǎn)動時對準工件表面，設(shè)置用于機床工作臺和其上工件的轉(zhuǎn)位的裝置以便在多個分離的不同轉(zhuǎn)動點檢測并與來自圍繞基準元件或樣板的類似點的這些點進行比較。
10．按權(quán)利要求4至9的任一權(quán)利要求的磨削機床，其特征在于由圓盤轉(zhuǎn)動時切線方向?qū)势渲芫壍臋z測裝置光學檢測工件的周緣尺寸和周緣輪廓。
11．按權(quán)利要求10的磨削機床，其特征在于，當工件裝在工件臺主軸上時進行周緣檢測。
12．按權(quán)利要求10的磨削機床，其特征在于，當工件裝在適于轉(zhuǎn)動的分離的真空工作臺時進行周緣檢測。
13．按權(quán)利要求13或14的磨削機床，其特征在于，周緣檢測時獲得的周緣數(shù)據(jù)與取自基準元件的一組相應(yīng)檢測結(jié)果比較，或者存儲并接著與上述一組相應(yīng)檢測結(jié)果比較。
14．用于磨削具有待磨內(nèi)外周緣的圓盤工件的方法，其中內(nèi)外周緣也必須精磨，對于內(nèi)外周緣的磨削采用二步驟磨削，在精磨之前，使用預成形金屬粘結(jié)劑砂輪進行粗磨，使用樹脂粘結(jié)劑立方氮化硼砂輪進行精磨，該樹脂粘結(jié)劑立方氮化硼砂輪在該機床的其原位上成形和重新成形。
15．實現(xiàn)權(quán)利要求1至3的任一權(quán)利要求的方法的機床，其中，在砂輪和工件之間有短的剛性回路，從而減小加工時砂輪和工件之間的相對運動。
16．按權(quán)利要求15的磨削機床，其中，砂輪是樹脂粘結(jié)劑砂輪。
17．周緣磨削機床，包括一個剛性平臺，工作臺主軸，砂輪主軸和成形輪裝在其上，其中，砂輪主軸本身裝在一固定的部件上，以允許其平行于砂輪主軸的前進方向運動但禁止沿其它方向運動，從而對固定在工作臺主軸的工件周緣實現(xiàn)磨削，其中砂輪形成有關(guān)于工件接觸表面的槽，該槽橫截面形狀與砂輪與工件圓周接觸磨削時應(yīng)形成的工件圓周形狀互補，從而，砂輪和成形輪之間的相對運動能使砂輪和成形輪接觸而不需從其主軸上拆卸砂輪。
18．按權(quán)利要求15至17的任一權(quán)利要求的磨削機床，其特征在于，該成形輪裝在工作臺主軸上。
19．按權(quán)利要求18的磨削機床，其特征在于，該成形輪固定到工件/元件支承體的后部。
全文摘要
磨削圓盤周緣的方法使用具有帶槽砂輪的磨削機床,用固定機床上的成形輪原位形成該槽。工件磨削后、砂輪和成形輪重新接觸而砂輪保持在原位以重新形成砂輪槽并修整磨損。該機床包括砂輪和其驅(qū)動裝置,工作臺和工件主軸和其驅(qū)動裝置,成形輪和其驅(qū)動裝置,移動砂輪以切磨砂輪周緣并形成精確橫截面的槽的裝置,實現(xiàn)砂輪和成形輪之間相對運動的裝置。成形輪固定在轉(zhuǎn)動的工件主軸上。砂輪為樹脂粘結(jié)劑砂輪。
文檔編號B24B9/00GK1234318SQ9910175
公開日1999年11月10日 申請日期1999年2月3日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月15日
發(fā)明者M·A·斯托克, D·R·?？思{, M·G·皮爾塞, P·M·H·莫蘭茨 申請人:尤諾瓦英國有限公司