[发明专利]磨削和抛光机床及用该机床磨削和抛光圆盘的方法和设备

说明书

本发明涉及磨削和抛光机床以及磨削和抛光圆盘的方法和设备，该圆盘用在半导体装置结构中的硅圆片以及玻璃或其它脆性材料的圆盘，磁性材料可覆在其上从形成用于计算机磁盘驱动器和类似装置的存储磁盘。

本发明的背景

当磨削上述任一用途的圆盘时，圆盘外经应加工成高精度的并常常是特殊的横截面形状是很重要的。对于存储磁盘，也要精确控制其盘圆孔的直径和圆度。对于硅圆片，后面加工工序中的对准需要对准装置，以完成圆盘周缘的成形例如平周缘和凹口周缘。

传统的周缘磨削和抛光机体的所有轴线均为直线导轨。当磨削和抛光脆性材料时，无论是装有循环滚动元件的支承还是空气支承，所有这样的轴线共有常见的失效，即这些轴线允许砂轮和零件间较大相对运动。因而需要砂轮的正交运动，其通常由一线性轴线叠在另一轴线上而获得此运动需要硬的耐磨砂轮以将由于砂轮磨损而造成的成形损失减至最小，但这样的砂轮会磨削出有深度损伤的劣质表面。

当磨削硅圆片时，磨削时造成的表面下损伤的深度应在后续加工工序中减至最小，圆片交货时必须是零损伤。当表面下损伤已造成时，就意味着磨削后要进行酸洗及抛光。这两个工艺均很昂贵，损伤越小所需的抛光时间就越短。

本发明特点的概要

因此，本发明的目的在于提供一种磨削和抛光机床以及使用该机床磨削和抛光圆盘的方法和设备，它能克服现有技术的缺点，使产品的质量提高而生产成本降低。

机床结构

根据本发明的一个方面，上述磨床包括一个刚性平台，工件主轴和砂轮主轴安装在该平台上。在该磨床上，砂轮主轴装在部件上，该部件通过挠性件安装在平台上，挠性件允许该部件在通常平行于砂轮前移的方向上作有限的运动，砂轮前移以对装在工件主轴上的工件进行磨削或抛光。挠性件通常禁止该部件在所有其它方向上的运动。

两个砂轮装在平台上，最好有两个部件，此两个砂轮分别装在两个部件上。每个部件通过上述挠性件安装在平台上。

磨削圆盘或圆片周缘时，由于磨削轴在停磨后反向，轴的换向滞后会造成工件的损伤。将部件装在挠性件上可提供平稳的运动并只允许一个方向的运动，轴的换向滞后比使用传统的线性轴的情况要小得多。

根据本发明的另一个特征，选择将该部件装在机床底座上的挠性件的位置，以减少由于使用挠性件安装该部件造成的机床内扭转振动的影响。

挠性件最佳安装处通常最好是机床的中央，最好位于机床中心线的两侧并靠近机床中心线。

根据本发明的另一个特征，安装部件的挠性件本身可装在一个实体件上，最好实体件含有聚合物混凝土，并且最好该实体件构成机床底座的一部分。这样，主轴支该部件的任何运动都是高阻尼的。

根据本发明进一步优选的特征，在机床选定件的空腔中可充填或至少部分充填聚合物混凝土以便为提供具有阻尼/加固材料最佳分布的最小质量提高机床零件的自然振动频率。

挠性件通常是消除内应力的钢连接件，其一方面直接连接在平台上，另一方面直接连接在主轴支承组件上。

主轴安装

砂轮主轴和工件主轴最好装在空气轴承上。

工作台安装

工作台最好装在由伺服电机驱动的预紧导轨上，并装配有高分辨率位置编码器。

支承组件装在机床底座的水平延伸部分上，靠近机床大部分的一端。装在水平延伸部分和机床其余部分之间的刚性支架可提高水平延伸部分的刚度。

两个支承组件相对于底座中心线对称安装，其间隔着支架，支架直接装在机床中心线上。

所谓干摩擦阻尼通过由三件构成并固定在一起的支架而获得。

平台的安装

在优选设计中，平台本身通过减振装置装在固定的机床底座上。

机床底座可以是单件结构，但为隔振最佳其可由两件构成，两件间有减振装置。

在两部分的结构中，其中一部分通过隔振(减振)装置装在另一部分之上，两部分中上面一部分是金属结构，其含有或至少部分地由聚合物混凝土形成，以给驱动主轴的凸轮、支承组件、工作台主轴导轨的固定件之间提供一个直接的、高阻尼的连接结构。

最好将砂轮及其支承组件安装在机床底座的中央位置而减少机床底座扭转振动对砂轮稳定性的影响。为此，机床底座内最好有可给支承组件提供高阻尼的聚合物混凝土的部分。

部件驱动装置

根据本发明的另一特征，驱动装置可使支承组件运动以使砂轮主轴向前靠近工件主轴或后退远离工件主轴。驱动装置包括凸轮装置。

最好使用实体凸轮。

凸轮装置可只在一个方向起作用，在此情况下，使用复位弹簧装置可以提供相反方向的恢复力。