[實用新型]基于偏心式變曲率V型溝槽盤的高精度球體加工設備

有效

• 申請號: 201420263583.2
• 申請日: 2014-05-21
• 公開（公告）號: CN203918689U
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 趙萍;李帆;袁巨龍;周芬芬;呂冰海;馮銘;傅宣琪;郭偉剛
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B24B11/06
• 分類號: B24B11/06;B24B37/025;B24B37/16;B24B41/02
• 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

本實用新型涉及一種高精度球體加工設備。

背景技術

高精度球是圓度儀、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型溝槽研磨、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型溝槽研磨加工、圓溝槽研磨加工、錐形盤研磨加工等加工過程中，球體只能作“不變相對方位”研磨運動，即球體的自旋軸對公轉軸的相對空間方位固定，球體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，球體與研磨盤的接觸點在球體表面形成的研磨跡線是一組以球體自轉軸為軸的圓環，研磨盤沿著三接觸點的三個同軸圓跡線對球體進行“重復性”研磨，不利于球體表面迅速獲得均勻研磨，在實際加工中需要依靠球體打滑、攪動等現象，使球體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。另外，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。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體的自旋軸的方位，球體能作“變相對方位”研磨運動，球體表面的研磨跡線是以球體自轉軸為軸的空間球面曲線，能夠覆蓋大部分甚至整個球體表面，有利于球體表面獲得均勻、高效的研磨。但其裝置動力源多，結構及控制系統復雜，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實現對球坯的高效研磨，除了對球坯的加壓的方式不同外，其研磨運動方式同V型溝槽研磨加工和錐形盤研磨加工中的運動方式基本相同，因此，在其加工過程中球度同樣受到了限制。同時，磁懸浮研磨加工裝置和控制復雜，磁流體的成本也較高。

綜上所述，如何通過較簡單的結構主動控制自轉角變化以獲得高精度球體的高效、高一致性加工，是國內外迫切需要解決的重大難題。

發明內容

為了克服已有球加工裝置的無法兼顧結構簡單和高效率高精度加工的不足，本實用新型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偏心式變曲率V型溝槽盤的高精度球加工設備。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于偏心式變曲率V型溝槽盤的高精度球體加工設備，包括機架、上研磨盤、下研磨盤和加載系統，所述上研磨盤周向固定地安裝在機架上，所述下研磨盤連接下研磨盤主軸，所述下研磨盤主軸可轉動地安裝在機架上，所述下研磨盤主軸與驅動機構連接，所述上研磨盤位于下研磨盤的正上方，所述加載系統位于所述上研磨盤上，所述上研磨盤的中心開有球體入口，所述球體入口附近開設加工液入口，所述下研磨盤的頂面開設變曲率V型溝槽，變曲率V型溝槽的起始點與下研磨盤中心存在偏心距，所述球體入口的下端與所述變曲率V型溝槽的入口連通，球坯循環系統的入口與所述變曲率V型溝槽的出口相連，所述球坯循環系統的出口與所述球體入口的上端相連。

進一步，所述變曲率V型溝槽的軌跡形狀為螺旋線或漸開線。當然，也可以采用其它類型的光滑連續變曲率曲線。

更進一步，所述變曲率V型溝槽的槽距為全等距、全變距或者等距變距同時存在。

所述機架包括床身、導柱和橫梁，所述床身上安裝導柱，兩個導柱的上端之間安裝橫梁，所述加載系統安裝于橫梁中間，所述上研磨盤安裝在所述導柱的中部，所述下研磨盤安裝在所述床身上。

本實用新型的技術構思為：由圖1所示的偏心式變曲率溝槽軌跡幾何關系可知：