專利名稱：雙盤自轉(zhuǎn)偏心v形槽研磨機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及球形零件研磨裝置，特別涉及高速、高精度陶瓷球軸 承中高精度陶瓷球的精密研磨/拋光加工裝置，屬于高精度球形零件加 工技術(shù)。
技術(shù)背景高精度球是是圓度儀、陀螺、軸承和精密測量中的重要元件，并 常作為精密測量的基準(zhǔn)，在精密設(shè)備和精密加工中具有十分重要的地 位。特別是在球軸承中大量使用，是球軸承的關(guān)鍵零件，軸承球的精 度(球形偏差、球直徑變動量和表面粗糙度)直接影響著球軸承的運(yùn) 動精度、噪聲及壽命等技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)而影響設(shè)備、儀器的性能。與傳統(tǒng)的軸承鋼球材料(GCrl5)相比，氮化硅等先進(jìn)陶瓷材料具有耐磨、 耐高溫、耐腐蝕、無磁性、低密度(為軸承鋼的40%左右)，熱脹系 數(shù)小(為軸承鋼的25%)及彈性模量大(為軸承鋼的1.5倍)等一系 列優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是制造噴氣引擎、精密高速機(jī)床、精密儀器中高速、 高精度及特殊環(huán)境下工作軸承球的最佳材料。由于氮化硅等先進(jìn)陶瓷 屬硬脆難加工材料，材料燒結(jié)后的陶瓷球毛坯主要采用磨削(粗加工) —研磨(半精加工)一拋光(精加工)的方法進(jìn)行加工。對于陶瓷球 的研磨/拋光工藝而言，加工過程采用游離磨料，在機(jī)械、化學(xué)效應(yīng) 的作用下，對陶瓷球坯表面材料進(jìn)行微小的去除，以達(dá)到提高尺寸精 度，提高表面完整性的目的。傳統(tǒng)的陶瓷球研磨/拋光加工主要是在 加工鋼質(zhì)軸承球的V形槽研磨設(shè)備上進(jìn)行的，采用硬質(zhì)、昂貴的金剛石磨料作為磨料，加工周期長(完成一批陶瓷球需要幾周時間)。 漫長的加工過程以及昂貴的金剛石磨料導(dǎo)致了高昂的制造成本，限制 了陶瓷球的應(yīng)用。隨著儀器設(shè)備精度的不斷提高，對陶瓷球等特殊材 質(zhì)球體的加工精度提出了更高的要求，同時需要提高加工效率和一致 性以降低生產(chǎn)成本。研磨/拋光裝置對陶瓷球的研磨精度和效率有著重要的影響。研 磨過程中，球坯和研具的研磨方式直接決定了球坯的研磨成球運(yùn)動。 而在保證毛坯球本身質(zhì)量和其它加工條件(壓力、速度、磨料)的前 提下，研磨跡線能否均勻覆蓋球面是高效研磨球坯，提高球度，獲得 高精密球的關(guān)鍵。因此，必須對研磨/拋光裝置的運(yùn)行過程及陶瓷球 在研磨/拋光過程的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行深入分析，掌握影響精度和效率的 原因，才能為陶瓷球的加工提供合理的設(shè)備和相應(yīng)的加工工藝。對于陶瓷球的研磨加工，國內(nèi)外已有一些相應(yīng)的加工裝置，如 V形槽研磨加工裝置、圓溝槽研磨加工裝置、錐形盤研磨加工裝置、 自轉(zhuǎn)角主動控制研磨裝置、磁懸浮研磨加工裝置等。在V形槽研磨 加工裝置、圓溝槽研磨加工裝置、錐形盤研磨加工裝置等設(shè)備的加工 過程中，球坯只能作"不變相對方位"研磨運(yùn)動，即球坯的自旋軸對 公轉(zhuǎn)軸的相對空間方位固定，球坯繞著一固定的自旋軸自轉(zhuǎn)。實(shí)踐和 理論分析都表明"不變相對方位"研磨運(yùn)動對球的研磨是不利的，球 坯與研磨盤的接觸點(diǎn)在球坯表面形成的研磨跡線是一組以球坯自轉(zhuǎn) 軸為軸的圓環(huán)，研磨盤沿著三接觸點(diǎn)的三個同軸圓跡線對球坯進(jìn)行 "重復(fù)性"研磨，不利于球坯表面迅速獲得均勻研磨，在實(shí)際加工中 需要依靠球坯打滑、攪動等現(xiàn)象，使球坯的自旋軸與公轉(zhuǎn)軸的相對工 件方位發(fā)生緩慢變化，達(dá)到均勻研磨的目的，但這種自旋角的變化非常緩慢，是隨機(jī)、不可控的，從而限制了加工的球度和加工效率。自 轉(zhuǎn)角主動控制研磨裝置具有可獨(dú)立轉(zhuǎn)動的三塊研磨盤，可以通過控制 研磨盤轉(zhuǎn)速變化來調(diào)整球坯的自旋軸的方位，球坯能作"變相對方位" 研磨運(yùn)動，球坯表面的研磨跡線是以球坯自轉(zhuǎn)軸為軸的空間球面曲 線，能夠覆蓋大部分甚至整個球坯表面，有利于球坯表面獲得均勻、 高效的研磨。但裝置動力源多，結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)復(fù)雜，對制造和裝配 精度都有較高的要求，加工成本高。陶瓷球磁懸浮研磨加工的主要特 征是采用磁流體技術(shù)實(shí)現(xiàn)對球坯的高效研磨，除了對球坯的加壓的方 式不同外，其研磨運(yùn)動方式同V形槽研磨加工和錐形盤研磨加工中 的運(yùn)動方式基本相同，因此，在其加工過程中球度同樣受到了限制。 磁懸浮研磨加工裝置和控制復(fù)雜，磁流體的成本也較高。因此，對于陶瓷球等難加工材料高精度球的加工，急需一種既有 較高的加工精度和加工效率，又具有結(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低的陶瓷 球研磨/拋光加工設(shè)備。 發(fā)明內(nèi)容為了克服已有球形零件研磨裝置的不能兼顧加工精度效率和成本 的不足，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低，同時具有較高的加 工精度和加工效率的雙盤自轉(zhuǎn)偏心V形槽研磨機(jī)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種雙盤自轉(zhuǎn)偏心V形槽研磨機(jī)，包括機(jī)架、安裝在機(jī)架上的上 研磨盤和下研磨盤，所述上研磨盤安裝在上研磨盤主軸上，所述上研 磨盤主軸連接上研磨盤驅(qū)動電機(jī)，所述下研磨盤連接下研磨盤驅(qū)動電 機(jī)，所述上研磨盤和下研磨盤上下布置，所述機(jī)架包括機(jī)體和上支架， 所述上支架可轉(zhuǎn)動地安裝在機(jī)體上端，所述上支架上安裝上研磨盤，所述機(jī)體上安裝下研磨盤，所述下研磨盤上表面開有至少三條以上供 放置球坯的V形槽，所述的各條V形槽為同心圓，所述同心圓的圓心 與下研磨盤的圓心重合，所述上研磨盤與下研磨盤相互偏心。作為優(yōu)選的一種方案所述上支架包括立柱和橫梁，所述立柱固 定安裝在機(jī)體上，所述橫梁可轉(zhuǎn)動地安裝在立柱上端，所述橫梁上安 裝上研磨盤主軸。作為優(yōu)選的另一種方案所述橫梁上安裝加壓裝置，所述加壓裝 置下端連接可調(diào)節(jié)下壓行程的加壓桿，所述加壓桿一端套裝在上研磨 盤主軸上，所述加壓桿一端壓在內(nèi)置蝶形彈簧的法蘭盤上，所述法蘭 盤套裝在上研磨主軸上，所述法蘭盤的下端與上研磨盤固定連接。進(jìn)一步，所述法蘭盤連接測力計。所述下研磨盤上開有三條V形槽，當(dāng)然，V形槽的條數(shù)也可以為3條、4條、5條、7條，甚至更多條，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行配置。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為雙盤自轉(zhuǎn)偏心V形槽研磨機(jī)采用上下兩塊 研磨盤構(gòu)成研磨組件。上、下研磨盤各自由獨(dú)立電機(jī)通過驅(qū)動軸帶動， 轉(zhuǎn)速可調(diào)。下研磨盤上端面開多道V形槽，與同軸三盤、磁流體研磨 方式相比，更適用于大批量生產(chǎn)。上研磨盤的回轉(zhuǎn)主軸不經(jīng)過下研磨盤的v形槽的中心，即上下兩研磨盤的回轉(zhuǎn)中心不同軸，球坯與上研磨盤的接觸點(diǎn)將沿上盤徑向移動。該種方式對上下研磨盤的中心同軸要求不高，但能使研磨軌跡不斷變化，與v形槽研磨方式相比，能獲得更好的球形偏差。上研磨盤和下研磨盤不同偏心距的設(shè)置通過連接 立柱的橫梁的轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)。加壓裝置(可以是液壓、氣壓或機(jī)械加壓) 安裝于橫梁中間。加壓桿下端連接上研磨盤，加壓桿可上下移動實(shí)現(xiàn)上研磨盤的升降。當(dāng)上研磨盤與球坯接觸后，加壓桿把壓力通過內(nèi)置 蝶形彈簧的法蘭盤傳遞至上研磨盤，對球坯施加加工載荷。通過調(diào)整 加壓桿的下壓行程條件加工載荷，壓力值可以通過測力計顯示。上研 磨盤的位置完全由加壓桿的行程決定， 一旦行程定下來，上研磨盤的 位置就不動了，保證了穩(wěn)定加壓。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1、 上、下研磨盤各自由獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動，上研磨盤有一定的周向轉(zhuǎn)速，且 上、下研磨盤存在偏心距可調(diào)，使得槽內(nèi)球坯表面研磨軌跡更加均勻 性，能獲得更好的球形偏差；2、下研磨盤可開多道V形槽，球坯自轉(zhuǎn)軸可在180。范圍內(nèi)擺動，且各槽內(nèi)球坯的研磨方式均勻性相同，加工一致性好，更適用于大批量生產(chǎn)；3、在加工精度、效率及機(jī)械結(jié)構(gòu)上具有明顯的綜合優(yōu)勢。


圖1是本發(fā)明給出的其中一個實(shí)施實(shí)例的結(jié)構(gòu)示意圖，為研磨裝 置整體圖。圖2是本發(fā)明研磨機(jī)理圖。圖3是本發(fā)明下精密球表面研磨跡線仿真示意圖。 圖4是加壓裝置的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參照圖1 圖4， 一種雙盤自轉(zhuǎn)偏心V形槽研磨機(jī)，包括機(jī)架、 安裝在機(jī)架上的上研磨盤12和下研磨盤13，所述上研磨盤12連接上 研磨盤主軸，所述上研磨盤主軸連接上研磨盤驅(qū)動電機(jī)8，所述下研 磨盤13連接下研磨盤主軸，所述下研磨盤主軸連接下研磨盤驅(qū)動電機(jī)1，所述上研磨盤12和下研磨盤13上下布置，所述機(jī)架包括機(jī)體2 和上支架，所述上支架可轉(zhuǎn)動地安裝在機(jī)體上端，所述上支架上安裝上研磨盤12，所述機(jī)體2上安裝下研磨盤13，所述下研磨盤13上表 面開有至少三條以上供放置球坯的V形槽，所述的各條V形槽為同心 圓，所述同心圓的圓心與下研磨盤的圓心重合，所述上研磨盤12與下 研磨盤13相互偏心。所述上支架包括立柱3和橫梁6，所述立柱3固定安裝在機(jī)體2 上，所述橫梁6可轉(zhuǎn)動地安裝在立柱3上端，所述橫梁6上安裝上研 磨盤主軸。所述橫梁6上安裝加壓裝置7，所述加壓裝置7下端連接可調(diào)節(jié) 下壓行程的加壓桿4，所述加壓桿4 一端套裝在上研磨盤主軸上，所 述加壓桿一端壓在內(nèi)置蝶形彈簧的法蘭盤11上，所述法蘭盤11的下 端與上研磨盤12連接，所述法蘭盤11的上端與上研磨盤主軸9固定 連接，所述法蘭盤套裝在上研磨主軸上，所述法蘭盤的下端與上研磨 盤固定連接。所述下研磨盤主軸14通過傳動皮帶15與下研磨盤驅(qū)動電機(jī)1的 輸出軸連接。法蘭盤11連接測力計10。法蘭盤11包括上法蘭盤和下法蘭盤， 中間放了碟形彈簧， 一起組成一個整體傳遞力的機(jī)構(gòu)；其中下法蘭盤 固定在上研磨盤上，上法蘭盤位于彈簧上面，與加壓桿緊密接觸。所述下研磨盤13上開有三條V形槽，當(dāng)然，V形槽的條數(shù)也可 以為3條、4條、5條、7條，甚至更多條，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行配 置。如圖l所示，本發(fā)明給出的其中一種雙自轉(zhuǎn)研磨盤高效陶瓷球研 磨裝置包括有上研磨盤、下研磨盤、研磨盤主軸、立柱、加壓裝置、傳動機(jī)構(gòu)、驅(qū)動電機(jī)等組成。上研磨盤12通過橫梁6與立柱3連接。 橫梁6可以轉(zhuǎn)動，帶動上研磨盤12的轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)上研磨盤12與下研 磨盤13的偏心。加壓裝置7下端連接加壓桿4。加壓桿4 一端套裝在 上研磨盤主軸上，所述加壓桿一端壓在法蘭盤11的上法蘭盤上，上研 磨盤12安裝在法蘭盤11的下法蘭盤的下端，通過加壓桿4的上下移 動來實(shí)現(xiàn)上研磨盤12的升降。當(dāng)上研磨盤12與球坯接觸后，加壓桿 4把壓力通過內(nèi)置蝶形彈簧的法蘭盤傳遞至上研磨盤12，對球坯施加 加工載荷。通過調(diào)整加壓桿4的下壓行程給出加工載荷，壓力值可以 通過測力計10顯示。上研磨盤的位置完全由加壓桿4的行程決定，一 旦行程定下來，上研磨盤的位置就不動了，保證了穩(wěn)定加壓。研磨盤 13開多道V行槽，用于放置批量球坯。上、下研磨盤分別由電機(jī)通過 驅(qū)動帶驅(qū)動，獨(dú)立轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速可調(diào)。
權(quán)利要求
1. 一種雙盤自轉(zhuǎn)偏心V形槽研磨機(jī)，包括機(jī)架、安裝在機(jī)架上的上研磨盤和下研磨盤，所述上研磨盤安裝在上研磨盤主軸上，所述上研磨盤主軸連接上研磨盤驅(qū)動電機(jī)，所述下研磨盤連接下研磨盤驅(qū)動電機(jī)，所述上研磨盤和下研磨盤上下布置，其特征在于所述機(jī)架包括機(jī)體和上支架，所述上支架可轉(zhuǎn)動地安裝在機(jī)體上端，所述上支架上安裝上研磨盤，所述機(jī)體上安裝下研磨盤，所述下研磨盤上表面開有至少三條以上供放置球坯的V形槽，所述的各條V形槽為同心圓，所述同心圓的圓心與下研磨盤的圓心重合，所述上研磨盤與下研磨盤相互偏心。
2、 如權(quán)利要求1所述的雙盤自轉(zhuǎn)偏心V形槽研磨機(jī)，其特征在于 所述上支架包括立柱和橫梁，所述立柱固定安裝在機(jī)體上，所述橫梁 可轉(zhuǎn)動地安裝在立柱上端，所述橫梁上安裝上研磨盤主軸。
3、 如權(quán)利要求2所述的雙盤自轉(zhuǎn)偏心V形槽研磨機(jī)，其特征在于 所述橫梁上安裝加壓裝置，所述加壓裝置下端連接可調(diào)節(jié)下壓行程的 加壓桿，所述加壓桿一端套裝在上研磨盤主軸上，所述加壓桿一端壓 在內(nèi)置蝶形彈簧的法蘭盤上，所述法蘭盤套裝在上研磨主軸上，所述 法蘭盤的下端與上研磨盤固定連接。
4、 如權(quán)利要求2所述的雙盤自轉(zhuǎn)偏心V形槽研磨機(jī)，其特征在于所述法蘭盤連接測力計。
5、 如權(quán)利要求4所述的雙盤自轉(zhuǎn)偏心V形槽研磨機(jī)，其特征在于所述下研磨盤上開有三條v形槽。
全文摘要
一種雙盤自轉(zhuǎn)偏心V形槽研磨機(jī)，包括機(jī)架、安裝在機(jī)架上的上研磨盤和下研磨盤，所述上研磨盤安裝在上研磨盤主軸上，所述上研磨盤主軸連接上研磨盤驅(qū)動電機(jī)，所述下研磨盤連接下研磨盤驅(qū)動電機(jī)，所述上研磨盤和下研磨盤上下布置，所述機(jī)架包括機(jī)體和上支架，所述上支架可轉(zhuǎn)動地安裝在機(jī)體上端，所述上支架上安裝上研磨盤，所述機(jī)體上安裝下研磨盤，所述下研磨盤上表面開有至少三條以上供放置球坯的V形槽，所述的各條V形槽為同心圓，所述同心圓的圓心與下研磨盤的圓心重合，所述上研磨盤與下研磨盤相互偏心。本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低，同時具有較高的加工精度和加工效率的雙盤自轉(zhuǎn)偏心V形槽研磨機(jī)。
文檔編號B24B11/00GK101279434SQ20081006146
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月4日
發(fā)明者呂冰海, 張克華, 王志偉, 袁巨龍, 苗 錢, 鋒 陳, 黎 陶 申請人:浙江工業(yè)大學(xué);湖南大學(xué)