CN102554762A

CN102554762A - 一种精密球形零件的加工方法

Info

Publication number: CN102554762A
Application number: CN2012100314457A
Authority: CN
Inventors: 袁巨龙; 邓乾发; 吕冰海; 陈明; 赵萍
Original assignee: JIANGSU WISTATES PRECISION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JIANGSU WISTATES PRECISION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2012-02-13
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2032-02-13
Also published as: CN102554762B

Abstract

一种精密球形零件的加工方法，实现所述加工方法的加工设备包括上研磨盘和下研磨盘；上、下研磨盘之间放置保持架，保持架上开孔，待加工的球形零件放置在保持架的孔中；所述保持架由一个中心轮和一个内齿圈驱动，所述中心轮在中心，所述内齿圈在外侧；保持架内球形零件可实现公转与自转，所述上研磨盘和下研磨盘的转速由电机分别控制，所述中心轮和内齿圈的转轴由电机控制，保持架的公转和自转速度通过调节中心轮和内齿圈的转速、上下研磨盘的转速进行控制；载荷加压装置通过上研磨盘作用于球形零件，利用所述上研磨盘和下研磨盘的工作面对球形零件进行加工。本发明能够兼顾高精度和高一致性、成本较低。

Description

一种精密球形零件的加工方法

技术领域

本发明涉及一种精密球形零件的加工方法，特别涉及高速、高精度陶瓷球轴承用高精度陶瓷球的精密加工，属于高精度球形零件加工技术。

背景技术

高精度球是圆度仪、陀螺、轴承和精密测量中的重要元件，并常作为精密测量的基准，在精密设备和精密加工中具有十分重要的地位。精密球体是球轴承的关键零件，轴承球的精度(球形偏差、球直径变动量和表面粗糙度)直接影响着球轴承的运动精度、噪声及寿命等技术指标，进而影响设备、仪器的性能。

球体加工过程中，球坯和研具的研磨方式直接决定了球坯的研磨成球运动。而在保证毛坯球本身质量和其它加工条件(压力、速度、磨料)的前提下，研磨轨迹能否均匀覆盖球面是高效研磨球坯，是提高球度和获得高精度球的关键。对于精密球体的加工，国内外已有一些相应的加工装置，如V形槽研磨加工装置、圆沟槽研磨加工装置、锥形盘研磨加工装置、自转角主动控制研磨装置、磁悬浮研磨加工装置等。在V形槽研磨加工装置、圆沟槽研磨加工装置、锥形盘研磨加工装置等设备的加工过程中，球坯仅能作“不变相对方位”研磨运动，即球坯的自旋轴对公转轴的相对空间方位固定，球坯绕自旋轴自转。实践和理论分析都表明“不变相对方位”研磨运动对球的研磨是不利的，球坯与研磨盘的接触点在球坯表面形成的研磨轨迹线是一组以球坯自转轴为轴的圆环，研磨盘沿着三接触点的三个同轴圆迹线对球坯进行“重复性”研磨，不利于球坯表面迅速获得无效研磨，在实际加工中需要依靠球坯打滑、搅动等现象，使球坯的自旋轴与公转轴的相对工件方位发生缓慢变化，达到均匀研磨的目的，但这种自旋角的变化非常缓慢，是随机、不可控的，从而限制了加工的球度和加工效率。自转角主动控制研磨装置具有可独立转动的三块研磨盘，可以通过控制研磨盘转速变化来调整球坯的自旋轴的方位，球坯能作“变相对方位”研磨运动，球坯表面的研磨轨迹是以球坯自转轴为轴的空间球面曲线，能够覆盖大部分甚至整个球坯表面，有利于球坯表面获得均匀、高效的研磨，但装置动力源多，结构及控制系统复杂，对制造和装配精度都有较高的要求，加工成本高。陶瓷球磁悬浮研磨加工的主要特征是采用磁流体技术实现对球坯的高效研磨，除了对球坯的加压的方式不同外，其研磨运动方式同V形槽研磨加工和锥形盘研磨加工中的运动方式基本相同，因此，在其加工过程中球度同样受到了限制。磁悬浮研磨加工装置和控制复杂，磁流体的成本也较高。

因此，对于先进陶瓷等难加工材料高精度球形零件的加工，迫切需要开发一种适合高精度、高一致性球形零件的高效、低成本的批量加工方法。

发明内容

为了克服现有球形零件的批量加工技术不能兼顾高精度和高一致性和成本的不足，本发明提供一种能够兼顾高精度和高一致性、成本较低的精密球形零件的加工方法。

本发明所采用的技术方案如下：

一种精密球形零件的加工方法，实现所述加工方法的加工设备包括上研磨盘和下研磨盘；上、下研磨盘之间放置保持架，保持架上开孔，待加工的球形零件放置在保持架的孔中；所述保持架由一个中心轮和一个内齿圈驱动，所述中心轮在中心，所述内齿圈在外侧；所述上研磨盘和下研磨盘的转速、所述中心轮和内齿圈的转轴由电机控制，保持架转动方向及转速通过调节中心轮和内齿圈的转速进行控制，所述保持架内球形零件通过所述保持架、上研磨盘和下研磨盘转动驱动可实现其公转与自转，载荷加压装置通过上研磨盘作用于球形零件，利用所述上研磨盘和下研磨盘的工作面对球形零件进行加工。

进一步，所述保持架的孔为通孔，所述通孔在保持架表面的形状和尺寸大小与一个或数个球形零件匹配。

在单个保持架上，多个孔在保持架表面上呈放射状、同心圆状或栅格状分布。

所述的上研磨盘和下研磨盘为砂轮、金属盘或抛光盘。

所述载荷压力的范围：1kPa～1MPa，调整上、下研磨盘和保持架三者之间的转速组合：上研磨盘转速范围：0～400r/Min；下研磨盘转速范围：10～400r/Min；保持架转速范围：10～400r/Min，驱动球形零件滚动并控制其公转和自转运动方向，使工件的球形表面上各点与研磨盘等概率接触，实现零件球形表面均匀研磨。

本发明的技术构思：加工装置的上研磨盘、下研磨盘与保持架构成平行平面，待加工球形零件放置于上研磨盘和下研磨盘之间。利用误差匀化的原理，可以将一组按一定规律排列的球形零件最高点组成看做一个整体的平面工件，球形零件的外轮廓最高点构成一个虚拟平面工件外轮廓。加工过程中，球形零件滚动时，球形零件构成的相应虚拟平面工件外轮廓就会产变化，加工中由各球形零件外轮廓最高点构成的虚拟平面与上研磨盘、下研磨盘工作面趋于保持一致，最终会获得一个与研磨盘工作面完全平行的理想的虚拟平面工件外轮廓，获得一批高精度、高一致性的球形零件。

通过施加合适的载荷压力(1kPa～1MPa)，调整上、下研磨盘和保持架三者之间的转速组合(上研磨盘转速范围：0～400r/Min；下研磨盘转速范围：10～400r/Min；保持架转速范围：10～400r/Min)驱动球形零件滚动并控制其公转和自转运动方向，使工件的球形表面上各点与研磨盘等概率接触，实现零件球形表面均匀研磨；该方法能快速修正球形零件的形状误差，并将上、下研磨盘的高精度轮廓和表面形貌复制到零件的球形表面上，提高了球形零件的研磨加工效率和加工精度。

本发明的有益效果主要表现在：1.所采用的加工装置结构较为简单，能够主动控制球形零件在研磨过程的运动状态，提高了加工的一致性和稳定性；2.可以有效提高球形零件的研磨精度和研磨效率，实现批量生产，在加工精度、效率和机械结构上具有明显的综合优势；3.本方法适用于各种材质、不同类型的球形零件，特别涉及钢制和陶瓷材料的高精度球形零件，为高速、高精度滚珠轴承提供关键的基础零件。

附图说明

图1是本发明中圆柱形零件超精密加工装置的结构示意图。

图2是本发明中图1的俯视图。

图3是上研磨盘、下研磨盘和保持架速度的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图3，一种精密圆柱形零件的加工方法，实现所述加工方法的加工设备中，包括上研磨盘1和下研磨盘2，在上研磨盘1和下研磨盘2之间放置保持架4；保持架4上开通孔，待加工的球形零件5放置在保持架4的孔中，置于上研磨盘1和下研磨盘2中间；载荷加压装置通过上研磨盘1作用于球形零件5，利用所述上研磨盘1和下研磨盘2工件表面对球形零件进行加工。

所述上研磨盘1和下研磨盘2由电机控制转速。

所述保持架4由中心轮7和内齿圈6驱动，所述中心轮7在中心，所述内齿圈6在外侧；所述中心轮7和内齿圈6转速由电机控制；所述保持架4转向和转速，通过调节中心轮7和内齿圈6的转速来控制；保持架内球形零件的公转和自转速度通过调节保持架4的转速、上研磨盘1和下研磨盘2的转速进行控制。

通过调整所述的上研磨盘1、下研磨盘2和保持架4的转速，上研磨盘1转速范围：0～400r/Min；下研磨盘2转速范围：10～400r/Min；保持架4转速范围：10～400r/Min，使研磨轨迹均匀分布在零件的球形表面上，实现对零件球形表面的均匀研磨。

所述保持架4上的槽为通孔，所述通孔在保持架表面的形状和尺寸大小与一个或数个球形零件5匹配；所述槽的侧壁与保持架表面垂直或形成斜角；在单个保持架4上，所述槽的数量为多个，多个所述槽在保持架表面上呈放射状、同心圆状或栅格状等分布。

待加工的球形零件5安装在所述保持架4上的槽内；研磨过程中，在加工面间注入冷却液(或研磨液)3；所述上研磨盘1和下研磨盘2可为砂轮、金属盘或抛光垫等非金属材料。

实例：利用本发明方法加工硬质合金材料球形零件。实验条件如下：

初始球形零件尺寸：直径20.5±0.01mm，

初始球形零件圆度：0.021mm

磨料：1000# Al₂O₃

研磨液浓度：30wt％

研磨液流速：3L/Min

载荷：100kPa

加工时间：120Min

上研磨盘、下研磨盘和保持架速度方案如图3所示，加工结果如下：

球形零件尺寸：20.255-0.0005mm

球形零件圆度：0.0005mm。

Claims

1.一种精密球形零件的加工方法，其特征在于：实现所述加工方法的加工设备包括上研磨盘和下研磨盘；上、下研磨盘之间放置保持架，保持架上开孔，待加工的球形零件放置在保持架的孔中；所述保持架由一个中心轮和一个内齿圈驱动，所述中心轮在中心，所述内齿圈在外侧；所述上研磨盘和下研磨盘的转速、中心轮和内齿圈的转轴由电机控制，保持架转动方向及转速通过调节中心轮和内齿圈的转速进行控制，所述保持架内球形零件通过所述保持架、上研磨盘和下研磨盘转动驱动可实现其公转与自转；载荷加压装置通过上研磨盘作用于球形零件，利用所述上研磨盘和下研磨盘的工作面对球形零件进行加工。

2.如权利要求1所述的精密球形零件的加工方法，其特征在于：所述保持架的孔为通孔，所述通孔在保持架表面的形状和尺寸大小与一个或数个球形零件匹配。

3.如权利要求1所述的精密球形零件的加工方法，其特征在于：在单个保持架上，多个孔在保持架表面上呈放射状、同心圆状或栅格状分布。

4.如权利要求1～3所述的精密球形零件的加工方法，其特征在于：所述的上研磨盘和下研磨盘为砂轮、金属盘或抛光盘。

5.如权利要求1所述的精密球形零件的加工方法，其特征在于：所述载荷压力的范围：1kPa～1MPa，调整上、下研磨盘和保持架三者之间的转速组合：上研磨盘转速范围：0～400r/Min；下研磨盘转速范围：10～400r/Min；保持架转速范围：10～400r/Min，驱动球形零件滚动并控制其公转和自转运动方向，使工件的球形表面上各点与研磨盘等概率接触，实现零件球形表面均匀研磨。