[發明專利]基于變曲率溝槽研磨的高精度陶瓷球加工設備

無效

• 申請號: 201310470402.3
• 申請日: 2013-10-10
• 公開（公告）號: CN103567855A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 袁巨龍;趙萍;郭偉剛
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B24B37/025
• 分類號: B24B37/025;B24B37/27;B24B37/34
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

技術領域

本發明涉及一種高精度陶瓷球加工設備。

背景技術

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，在精密設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動精度、噪聲及壽命等技術指標，進而影響設備、儀器的性能。與傳統的軸承鋼球材料（GCr15）相比，氮化硅等先進陶瓷材料具有耐磨、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）等一系列優點，被認為是制造噴氣引擎、精密高速機床、精密儀器中高速、高精度及特殊環境下工作軸承球的最佳材料。

對于陶瓷球的研磨加工，國內外已有一些相應的加工方法，如：V形槽研磨、圓溝槽研磨法、錐形盤研磨法、自轉角主動控制研磨法、磁懸浮研磨法等。在V形槽研磨加工、圓溝槽研磨加工、錐形盤研磨加工等加工過程中，球坯只能作“不變相對方位”研磨運動，即球坯的自旋軸對公轉軸的相對空間方位固定，球坯繞著一固定的自旋軸自轉。實踐和理論分析都表明“不變相對方位”研磨運動對球的研磨是不利的，球坯與研磨盤的接觸點在球坯表面形成的研磨跡線是一組以球坯自轉軸為軸的圓環，研磨盤沿著三接觸點的三個同軸圓跡線對球坯進行“重復性”研磨，不利于球坯表面迅速獲得均勻研磨，在實際加工中需要依靠球坯打滑、攪動等現象，使球坯的自旋軸與公轉軸的相對工件方位發生緩慢變化，達到均勻研磨的目的，但這種自旋角的變化非常緩慢，是隨機、不可控的，從而限制了加工的球度和加工效率。而自轉角主動控制研磨具有可獨立轉動的三塊研磨盤，可以通過控制研磨盤轉速變化來調整球坯的自旋軸的方位，球坯能作“變相對方位”研磨運動，球坯表面的研磨跡線是以球坯自轉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。上述多種方法中，就所需裝置復雜程度而言，以傳統V形槽加工方法最為簡便，磁懸浮研磨以及自轉角主動控制加工方法相對復雜。

綜上所述，如何控制陶瓷球加工中自轉角的變化同時能配以最簡便的機構成為獲得高精度球的重要研究內容。

發明內容

為了克服已有高精度陶瓷球加工的無法兼顧對裝置要求較低和加工精度、效率的不足，本發明提供了一種既能實現較高的加工精度和加工效率、又對裝置要求較低的基于變曲率溝槽研磨的高精度陶瓷球加工設備。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于變曲率溝槽研磨的高精度陶瓷球加工設備，包括加載系統、上研磨盤和下研磨盤；所述上研磨盤和下研磨盤分別與驅動裝置連接，所述加載裝置位于上研磨盤上，所述上研磨盤上開有變曲率溝槽，所述溝槽結構和另一研磨盤一起構成研磨待加工球坯的三個加工接觸點；所述設備還包括工件循環系統，所述變曲率溝槽的入口與所述工件循環系統出口連接，所述工件循環系統的入口與所述變曲率溝槽的出口相接，所述變曲率溝槽的入口位于所述下研磨盤的中心。

進一步，所述變曲率溝槽中，變曲率溝槽的線距為全等距、全變距或者等距變距同時存在。

更進一步，所述變曲率曲線為螺旋線、漸開線；也可以選用其他變曲率線。

本發明采用上、下研磨盤以及下研磨盤上的螺旋線V形槽構成研磨結構，與陶瓷球構成三點接觸進行研磨，下研磨盤作為原動件就完全可以實現球坯在兩個自由度方向上的旋轉運動，球體沿著螺旋線軌跡槽運動，實現“變相對方位”研磨運動，使研磨軌跡均勻分布在球的表面上，實現對陶瓷球表面的均勻研磨。加壓裝置對球坯施加彈性載荷，能使較大的球受到較大的載荷，從而在加工過程中始終能保證較好的磨削尺寸選擇性——磨大球，不磨或少磨小球；磨球坯的長軸，不磨或少磨短軸，因此能快速修正球形偏差。加工初始，待加工球依次通過工件循環系統于上研磨盤中心進入V形槽入口處，球體在上、下研磨盤之間且于V形槽內運動，并在V形槽出口處重新進入工件循環系統。在壓力和磨料的作用下，經過長時間加工后，各個零件的精度誤差和尺寸誤差充分勻化，最終可獲得高精度和高一致性的球體。根據下研磨盤配置不同螺旋線V形槽，該新型研磨方法可采用數種結構形式，其設計思想和工作原理相同。

根據附圖1的示意，溝槽軌跡6，根據理論推導，得到公式：