FR2598955A1

FR2598955A1 - METHOD AND DEVICE FOR PLANE RECTIFICATION OF PARTS IN BREAKING MATERIALS

Info

Publication number: FR2598955A1
Application number: FR8706553A
Authority: FR
Inventors: Hubert Hinzen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-05-20
Filing date: 1987-05-11
Publication date: 1987-11-27
Also published as: IT1207300B; KR870010922A; GB2190862A; GB8711757D0; IT8720490A0; JPS6322257A; DE3616943C2; DE3616943A1

Abstract

LE PROCEDE EST CARACTERISE EN CE QUE LA PIECE 3 TOURNE AVEC LA MEME VITESSE DE ROTATION ET DANS LE MEME SENS DE ROTATION QUE LA MEULE 1. LE DISPOSITIF POUR METTRE EN OEUVRE LE PROCEDE COMPREND DES MOYENS PERMETTANT DE FAIRE TOURNER LA PIECE 3 DANS LE MEME SENS DE ROTATION ET AVEC LA MEME VITESSE ANGULAIRE QUE LA MEULE 1.THE PROCESS IS CHARACTERIZED IN THAT PART 3 TURNS WITH THE SAME SPEED OF ROTATION AND IN THE SAME DIRECTION OF ROTATION AS WHEEL 1. THE DEVICE FOR IMPLEMENTING THE PROCESS INCLUDES MEANS ALLOWING TO ROTATE PART 3 IN THE SAME DIRECTION OF ROTATION AND WITH THE SAME ANGULAR SPEED AS THE GRINDER 1.

Description

I La présente invention concerne l'application du procédé de rectificationThe present invention relates to the application of the grinding process

frontale plane en liaison avec une S pièce entraînée en rotation, notamment pour l'usinage de pièces en forme de disque. en matériaux à structure cristalline, très durs et susceptibles de se casser, présentant une dureté Vickers supérieure à 7000 N/mm2. Dans ce domaine, l'usinage de matériaux formant substrat pour des 10 composants électroniques, par exemple l'arséniure de silicium ou de gallium, revêt une importance tout à fait particulière. Pour réduire l'épaisseur de telles pièces, on utilise généralement aujourd'hui des procédés de rectifica15 tion que l'on peut essentiellement classer en rectification périphérique et rectification frontale. Parmi ceux-ci, on a plus particulièrement adopté, pour les matériaux ici considérés, le procédé de rectification frontale, en raison des surfaces planes souhaitées. Dans ce domaines, la 20 rectification frontale des surfaces planes occupe elle- même une position particulière (brevets DE 3 339 planar face in connection with a part S driven in rotation, in particular for the machining of disc-shaped parts. made of crystalline materials, very hard and susceptible to breakage, with a Vickers hardness higher than 7000 N / mm2. In this field, the machining of substrate materials for electronic components, for example silicon or gallium arsenide, is of particular importance. In order to reduce the thickness of such parts, rectification methods are nowadays generally used which can essentially be classified as peripheral grinding and front-end grinding. Among these, it has more particularly adopted, for the materials considered here, the front grinding process, because of the desired flat surfaces. In this field, front-end grinding of flat surfaces itself occupies a special position (DE 3339 patents).

942 C1 et DE 3 302 881 C2).942 C1 and DE 3,302,881 C2).

Par opposition au procédé de %ectificatin normalement utilisé avec ces pièces, le procédé de rectification 25 frontale plane n'englobe que deux composantes de In contrast to the% ectificatin process normally used with these parts, the planar front grinding process includes only two components of

déplacement, à savoir la rotation de la meule et le movement de plongée dirigé perpendiculairement à la surface à usiner. displacement, namely the rotation of the wheel and the dive movement directed perpendicular to the surface to be machined.

Le mouvement d'avance, que l'on considère comme un paramètre prépondérant du processus dans le procédé de rectification 30 ordinairement util--isé pour l'usinage de telles pièces, The advance movement, which is considered as a paramount parameter of the process in the grinding process ordinarily used for the machining of such parts,

disparaît ici.disappears here.

Le déroulement du procédé consiste, dans le cas de la rectification frontale plane, en une plongée frontale de la meule en rotation, dans la surface de la pièce, ce qui a 35 également fait qualifier ce procédé de "rectification en plongée". La taille de la meule est avantageusement In the case of flat front-end grinding, the course of the process consists of a frontal dive of the rotating grinding wheel in the surface of the workpiece, which has also been described as a "dipping rectification". The size of the grinding wheel is advantageously

-15 25 30-15 25 30

déterminée de façon telle qu'elle recouvre toute la surface à rectifier existant sur une pièce. determined so that it covers the entire grinding surface existing on a part.

Il est caractéristique dans cette rectification en plongée connue, que la meule, qui tourne avec une vitesse angulaire déterminée, donne sur la surface à usiner des vitesses différentes d'usinage en raison des distances différentes par rapport à l'axe de rotation. La tendance qu'on a à réaliser la meule avec un diamètre le plus petit possible, aussi bien pour des raisons de coût que d'encombrement, conduit alors à des vitesses d'usinage qui diffèrent d'un multiple entre elles. Ce manque d'uniformité, qui a des causes d'ordre cinématique, conduit à ce que la recherche d'une vitesse optimale de coupe sur toute la surface à usiner, notamment dans le cas de diamètres de plus en plus grands, ne peut être satisfaite d'une manière optimale. It is characteristic in this known plunge grinding that the grinding wheel, which rotates with a given angular velocity, gives the machining surface different machining speeds because of the different distances with respect to the axis of rotation. The tendency to make the grinding wheel with the smallest possible diameter, both for reasons of cost and bulk, then leads to machining speeds that differ by a multiple of them. This lack of uniformity, which has kinematic causes, leads to the fact that the search for an optimal cutting speed over the entire surface to be machined, particularly in the case of larger and larger diameters, can not be achieved. satisfied in an optimal way.

L'invention permet de remédier à cet inconvénient par une superposition appropriée de la rotation de la meule et d'une rotation de la pièce, ou par une superposition de la rotation de la meule et d'un second mouvement rotatif de la meule, de sorte que chaque point de la surface à rectifier est soumis à la même vitesse d'usinage. The invention overcomes this disadvantage by a suitable superposition of the rotation of the grinding wheel and a rotation of the part, or by a superposition of the rotation of the grinding wheel and a second rotary movement of the grinding wheel, so that each point of the surface to be grinded is subjected to the same machining speed.

L'invention a donc pour obj.et un procédé de rectification frontale plane permettant l'usinage de pièces plates, qui est caractérisé en ce que la pièce tourne avec la même vitesse de rotation et dans le même sens,de rotation que la meule. The object of the invention is therefore a planar front grinding method for machining flat parts, which is characterized in that the part rotates with the same speed of rotation and in the same direction of rotation as the grinding wheel.

L'invention a également pour objet un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens permettant de faire tourner la pièce dans le même sens de rotation et avec la même vitesse angulaire que la meule. The invention also relates to a device for implementing this method, characterized in that there are provided means for rotating the part in the same direction of rotation and with the same angular velocity as the grinding wheel.

D'autres caractéristiques et avantages de Other features and benefits of

l'invention ressortiront de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés sur lesquels: the invention will emerge from the description which follows, by way of nonlimiting example and with reference to the appended drawings in which:

- la figure 1 représente les particularités d'une rectification conforme à l'état de la technique, - la figure 2 illustre un mode de réalisation du processus de rectification conforme à la présente invention, - la figure 3 représente un autre mode de réalisation conforme a l'invention, et - la figure 4 représente un dispositif de mise en FIG. 1 represents the features of a rectification according to the state of the art, FIG. 2 illustrates an embodiment of the grinding process according to the present invention, FIG. 3 represents another embodiment according to the prior art. FIG. to the invention, and - Figure 4 shows a device for setting

oeuvre de ce procédé de rectification selon l'invention. of this rectification method according to the invention.

D'après la figure 1, une meule de plongée 1 pratiquement pleine et entraînée en rotation recouvre la pièce en forme de disque 2. Du fait de la rotation de la meule, il 10 apparaît sur la pièce 2 la distribution de vitesses représentée, la longueur des fièches représentant According to FIG. 1, a substantially full and rotated dipping grinding wheel 1 covers the disc-shaped part 2. Due to the rotation of the grinding wheel, the part 2 represents the speed distribution shown, the length of the fevers representing

schématiquement les intensités des vecteurs vitesse. schematically the intensities of the velocity vectors.

D'une maniète typique, cn choisit la vitesse angulaire de la meule de plongée de façon a obtenir une vitesse 15 optimale de coupe sensiblement au centre de la pièce. Il en résulte toutefois que, sur le bord supérieur et le bord inférieur de cette pièce. les vitesse s'écartenn de ette In a typical manner, the angular velocity of the grinding wheel is chosen so as to obtain an optimum cutting speed substantially in the center of the workpiece. It results however that on the upper edge and the lower edge of this piece. the speed departs from ette

valeur optimale.optimal value.

Selon la figure 2, la pièce 3 est ent raine en 20 rotation autour de son propre axe avec la vitesse de rotaticon de la meule 1. c'est-a-dire a la même vtitsse angulaire et dans le même sens de rotation. De ce fait, pas plus que précédemment, le centre de rotation de la pièce 3 ne subit aucune variation de la vitesse d'usinage. Par co'ntr-e 25 conformément à l'invention, du fait de la rotation de la pièce 3 qui s'effectue dans le même sens de rctrJtion, les zones qui se trouvent plus vers l'intérieur se déplacent avec une vitesse relative supplémentaire qui s'ajoute a la vitesse de la meule. Pour les zones situées plus vers 30 l'extérieur, cette vitesse de la pièce se retranche de la vitesse de la meule, si bien que, grâce aux vitesses angulaires identiques prévues conformément à l'invention pour la meule et la pièce, on obtient en chaque point de cette pièce 3 une vitesse optimale de coupe. Cette considération vaut non seulement pour la section indiquée sur la figure 2 le long de la ligne diamétrale, mais également pour tout point According to FIG. 2, the part 3 is rotated around its own axis with the rotation speed of the grinding wheel 1, that is to say at the same angular radius and in the same direction of rotation. As a result, no more than before, the center of rotation of the part 3 undergoes no variation in the machining speed. By virtue of the invention, due to the rotation of the part 3 which takes place in the same direction of retraction, the zones which are more towards the interior move with an additional relative speed. which adds to the speed of the grinding wheel. For the more outwardly located areas, this speed of the workpiece is offset by the speed of the grinding wheel, so that, thanks to the identical angular velocities provided according to the invention for the grinding wheel and the workpiece, one obtains each point of this piece 3 an optimal cutting speed. This consideration applies not only to the section shown in Figure 2 along the diametrical line, but also to any point

quelconque de la pièce.any of the room.

Les flèches représentées sur la figure 2 illustrent l'uniformité des vecteurs vitesse que l'on obtient Ici. La superposition des vitesses ainsi visée peut, comme indiqué ci-dessus. se réaliser à l'aide d'une rotation de la The arrows shown in Figure 2 illustrate the uniformity of velocity vectors that are obtained here. The superimposition of the speeds thus aimed can, as indicated above. be realized using a rotation of the

meule et d'une rotation de la pièce. On peut également, conformément à l'invention, faire tourner simultanément l'axe rotatif de la meule autour d'un autre axe qui lui est parallèle, de sorte que la superposition de ces deux mouve10 ments permet d'atteindre le même résultat. Une telle rotation superposée d'une meule est déjà connue à d'autres fins. grinding wheel and a rotation of the piece. According to the invention, it is also possible to rotate the rotary axis of the grinding wheel simultaneously about another axis which is parallel thereto, so that the superposition of these two movements makes it possible to achieve the same result. Such superimposed rotation of a grinding wheel is already known for other purposes.

La vitesse optimale de coupe, partout identique, permet une profondeur de passe élevée et donc un rendement élevé d'enlèvement de matière. Par contre. la rugosité de la surface rectifiée subit simultanément une amélioration importante par rapport à la rectification en plongée classique, notamment du fait de l'utilisation de meules à grain The optimum cutting speed, everywhere identical, allows a high depth of pass and thus a high material removal efficiency. On the other hand. the roughness of the ground surface undergoes a significant improvement at the same time compared to conventional underwater grinding, in particular because of the use of grinding wheels

plus fin.thinner.

Selon la figure 3, la pièce peut, conformément à 20 l'invention, s'étendre au-delà de l'axe de rotation de la meule 1, étant donné que, ce faisant, les conditions cinématiques ne sont pas modifiées. Cela rend possible l'utilisation de meules relativement plus petites. Si l'on maintient la vitesse optimale de coupe, cela conduit, pour 25 des vitesses de rotation élevées jucicieuses, à ce que la meule ne soit pas notablement plus grande que la pièce elle-même, et, pour la même raison également, l'obliquité des meules provoquée par la pression de rectification se According to FIG. 3, the part can, in accordance with the invention, extend beyond the axis of rotation of the grinding wheel 1, since, in doing so, the kinematic conditions are not modified. This makes possible the use of relatively smaller grinding wheels. If the optimum cutting speed is maintained, this leads, for high speeds of rotation, that the grinding wheel is not appreciably larger than the part itself, and for the same reason also obliquity of the grinding wheels caused by the grinding pressure

trouve notablement réduite.found significantly reduced.

La figure 4 représente de manière détaillée un mode avantageux de réalisation d'une machine travaillant suivant le principe ci-dessus. La machine représentée est constituée d'un banc de machine 12 essentiellement parallélépipédique et qui porte sur sa surface supérieure 35 horizontale une table 13 pouvant être entraînée en rotation ou en translation horizontale d'une manière périodique et Figure 4 shows in detail an advantageous embodiment of a machine working according to the principle above. The machine shown consists of a substantially parallelepipedic machine bench 12 and which carries on its horizontal upper surface a table 13 which can be driven in rotation or in horizontal translation in a periodic manner and

pouvan.t être bridée pendant le processus de rectification. may be restrained during the rectification process.

Les pièces 3 sont chacune disposées sur une unité rotative 4 sur laquelle est de préférence monté par bride un entraînement direct 5. Une colonne 14, qui surplombe la 5 table 13. porte un moteur d'entraînement 6 et une broche porte-meule 7 qui supporte, ou sur laquelle est montée, la meule 1 qui présente une surface de travail 9 tournée vers les pFèces 3. La colonne 14 est montée mobile en va-et-vient vertical sur le banc 12 à l'aide d'éléments de guidage 10 précis et rigides 10. Le déplacement en va-et-vient vertical de la colonne 14 peut par exemple être produit par une vis 11 à entraînement électrique. Cette vis 11 fait plonger vers le bas, avec la colonne 14, la meule 1 jusqu'à la cote nominale de la pièce 3 et la relève de nouveau en déplacement 15 rapide après le polissage. Pendant ce mouvement de retour, la piece 3 que l'on a fini d'usiner est éloignée de la zone de la meule 1 par un movmement cyclique ou une translation de la table 13 et une nouvelle pièce 3 à usiner se trouve simultanément amenée sous cette meule 1. Ce chargement et 20 ce déchargement simultanés se produisent en synchronisme avec le mouvementde retour de la colonne 14 si bien qu'il nrie peut se produire aucun contact entre la nouvelle pièce 3 et la meule 1 avant que le mouvement de transport se soit The parts 3 are each arranged on a rotary unit 4 on which is preferably flanged a direct drive 5. A column 14, which overhangs the table 13. carries a drive motor 6 and a grinding spindle 7 which supports, or on which is mounted, the grinding wheel 1 which has a working surface 9 turned towards the pFeces 3. The column 14 is mounted movable back and forth vertically on the bench 12 by means of guide elements The vertical reciprocating movement of the column 14 may for example be produced by a screw 11 with an electric drive. This screw 11 plunges down, with the column 14, the grinding wheel 1 to the nominal dimension of the part 3 and raises again in rapid displacement after polishing. During this return movement, the piece 3 that has been machined is removed from the grinding wheel area 1 by a cyclic movement or a translation of the table 13 and a new workpiece 3 is simultaneously brought under This simultaneous loading and unloading occurs in synchronism with the return movement of the column 14 so that there can be no contact between the new part 3 and the grinding wheel 1 before the transport movement takes place. is

terminé et que la table 13 ne soit bridée. completed and that the table 13 is restrained.

Conformément à l'invention, on peut avantageusement usiner des pièces en des matières métalliques et non métalliques, dures et cassantes, comme par exemrpie de la céramique, du quartz, du silicium, du germanium, du saphir, du srinelle. du gallium-gadolinium-grenat (GGG), des combinés AIII-BV et des matériaux frittés superdurs, notamment cu nitrite de silicium, du carbure de bore, du corundum According to the invention, it is advantageous to machine parts made of hard and brittle metallic and non-metallic materials, such as, for example, ceramic, quartz, silicon, germanium, sapphire, srinelle. gallium-gadolinium-garnet (GGG), AIII-BV handsets and superhard sintered materials, especially silicon nitrite, boron carbide, corundum

et du carbure fritté.and sintered carbide.

RE.; F NF.ICATlIONS 1. Procédé de rectification frontale plane permettant l'usinage de pièces plates, caractérisé en ce que la pièce (3) tourne avec la même vitesse de rotation et dans le mime sens de rotation que la meule (1). 2. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu des moyens (4, 5) permettant de faire tourner la pièce (3) dans RE.; F NF.ICATlIONS 1. A planar front grinding method for machining flat parts, characterized in that the workpiece (3) rotates with the same speed of rotation and in the same direction of rotation as the grinding wheel (1). 2. Device for implementing the method according to claim 1, characterized in that there is provided means (4, 5) for rotating the workpiece (3) in

le m&ime sens de rotation et avec la même vitesse angulaire 10 que la meule (1). the same direction of rotation and with the same angular velocity as the grinding wheel (1).