專利名稱：一種精密球形零件的加工方法
技術領域：
本發明涉及一種精密球形零件的加工方法，特別涉及高速、高精度陶瓷球軸承用高精度陶瓷球的精密加工，屬于高精度球形零件加工技術。
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。精密球體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。球體加工過程中，球坯和研具的研磨方式直接決定了球坯的研磨成球運動。而在保證毛坯球本身質量和其它加工條件(壓力、速度、磨料)的前提下，研磨軌跡能否均勻覆蓋球面是高效研磨球坯，是提高球度和獲得高精度球的關鍵。對于精密球體的加工，國內外已有一些相應的加工裝置，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備的加工過程中，球坯僅能作“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軌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無效研磨，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。自轉角主動控制研磨裝置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，球坯表面的研磨軌跡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，但裝置動力源多，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形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。 磁懸浮研磨加工裝置和控制復雜，磁流體的成本也較高。因此，對于先進陶瓷等難加工材料高精度球形零件的加工，迫切需要開發一種適合高精度、高一致性球形零件的高效、低成本的批量加工方法。
發明內容
為了克服現有球形零件的批量加工技術不能兼顧高精度和高一致性和成本的不足，本發明提供一種能夠兼顧高精度和高一致性、成本較低的精密球形零件的加工方法。本發明所采用的技術方案如下
一種精密球形零件的加工方法，實現所述加工方法的加工設備包括上研磨盤和下研磨盤；上、下研磨盤之間放置保持架，保持架上開孔，待加工的球形零件放置在保持架的孔中；所述保持架由一個中心輪和一個內齒圈驅動，所述中心輪在中心，所述內齒圈在外側；所述上研磨盤和下研磨盤的轉速、所述中心輪和內齒圈的轉軸由電機控制，保持架轉動方向及轉速通過調節中心輪和內齒圈的轉速進行控制，所述保持架內球形零件通過所述保持架、上研磨盤和下研磨盤轉動驅動可實現其公轉與自轉，載荷加壓裝置通過上研磨盤作用于球形零件，利用所述上研磨盤和下研磨盤的工作面對球形零件進行加工。進一步，所述保持架的孔為通孔，所述通孔在保持架表面的形狀和尺寸大小與一個或數個球形零件匹配。在單個保持架上，多個孔在保持架表面上呈放射狀、同心圓狀或柵格狀分布。所述的上研磨盤和下研磨盤為砂輪、金屬盤或拋光盤。所述載荷壓力的范圍llja IMPa，調整上、下研磨盤和保持架三者之間的轉速組合上研磨盤轉速范圍0 400r/Min ；下研磨盤轉速范圍10 400r/Min ；保持架轉速范圍10 400r/Min，驅動球形零件滾動并控制其公轉和自轉運動方向，使工件的球形表面上各點與研磨盤等概率接觸，實現零件球形表面均勻研磨。本發明的技術構思加工裝置的上研磨盤、下研磨盤與保持架構成平行平面，待加工球形零件放置于上研磨盤和下研磨盤之間。利用誤差勻化的原理，可以將一組按一定規律排列的球形零件最高點組成看做一個整體的平面工件，球形零件的外輪廓最高點構成一個虛擬平面工件外輪廓。加工過程中，球形零件滾動時，球形零件構成的相應虛擬平面工件外輪廓就會產變化，加工中由各球形零件外輪廓最高點構成的虛擬平面與上研磨盤、下研磨盤工作面趨于保持一致，最終會獲得一個與研磨盤工作面完全平行的理想的虛擬平面工件外輪廓，獲得一批高精度、高一致性的球形零件。通過施加合適的載荷壓力(IkPa IMPa)，調整上、下研磨盤和保持架三者之間的轉速組合(上研磨盤轉速范圍0 400r/Min ；下研磨盤轉速范圍10 400r/Min ；保持架轉速范圍10 400r/Min)驅動球形零件滾動并控制其公轉和自轉運動方向，使工件的球形表面上各點與研磨盤等概率接觸，實現零件球形表面均勻研磨；該方法能快速修正球形零件的形狀誤差，并將上、下研磨盤的高精度輪廓和表面形貌復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。本發明的有益效果主要表現在1.所采用的加工裝置結構較為簡單，能夠主動控制球形零件在研磨過程的運動狀態，提高了加工的一致性和穩定性；2.可以有效提高球形零件的研磨精度和研磨效率，實現批量生產，在加工精度、效率和機械結構上具有明顯的綜合優勢；3.本方法適用于各種材質、不同類型的球形零件，特別涉及鋼制和陶瓷材料的高精度球形零件，為高速、高精度滾珠軸承提供關鍵的基礎零件。
圖1是本發明中圓柱形零件超精密加工裝置的結構示意圖。圖2是本發明中圖1的俯視圖。圖3是上研磨盤、下研磨盤和保持架速度的示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步描述。參照圖1 圖3，一種精密圓柱形零件的加工方法，實現所述加工方法的加工設備中，包括上研磨盤1和下研磨盤2，在上研磨盤1和下研磨盤2之間放置保持架4 ；保持架 4上開通孔，待加工的球形零件5放置在保持架4的孔中，置于上研磨盤1和下研磨盤2中間；載荷加壓裝置通過上研磨盤1作用于球形零件5，利用所述上研磨盤1和下研磨盤2工件表面對球形零件進行加工。所述上研磨盤1和下研磨盤2由電機控制轉速。所述保持架4由中心輪7和內齒圈6驅動，所述中心輪7在中心，所述內齒圈6在外側；所述中心輪7和內齒圈6轉速由電機控制；所述保持架4轉向和轉速，通過調節中心輪7和內齒圈6的轉速來控制；保持架內球形零件的公轉和自轉速度通過調節保持架4的轉速、上研磨盤1和下研磨盤2的轉速進行控制。通過調整所述的上研磨盤1、下研磨盤2和保持架4的轉速，上研磨盤1轉速范圍 0 400r/Min ；下研磨盤2轉速范圍10 400r/Min ；保持架4轉速范圍10 400r/Min， 使研磨軌跡均勻分布在零件的球形表面上，實現對零件球形表面的均勻研磨。所述保持架4上的槽為通孔，所述通孔在保持架表面的形狀和尺寸大小與一個或數個球形零件5匹配；所述槽的側壁與保持架表面垂直或形成斜角；在單個保持架4上，所述槽的數量為多個，多個所述槽在保持架表面上呈放射狀、同心圓狀或柵格狀等分布。待加工的球形零件5安裝在所述保持架4上的槽內；研磨過程中，在加工面間注入冷卻液(或研磨液)3 ；所述上研磨盤1和下研磨盤2可為砂輪、金屬盤或拋光墊等非金屬材料。實例利用本發明方法加工硬質合金材料球形零件。實驗條件如下初始球形零件尺寸直徑20. 5士0. Olmm,初始球形零件圓度0. 021mm磨料1000#Al2O3研磨液濃度30wt%研磨液流速3L/Min載荷IOOkPa加工時間120Min上研磨盤、下研磨盤和保持架速度方案如圖3所示，加工結果如下球形零件尺寸20.255-0. 0005mm球形零件圓度0. 0005mm。
權利要求
1.一種精密球形零件的加工方法，其特征在于實現所述加工方法的加工設備包括上研磨盤和下研磨盤；上、下研磨盤之間放置保持架，保持架上開孔，待加工的球形零件放置在保持架的孔中；所述保持架由一個中心輪和一個內齒圈驅動，所述中心輪在中心，所述內齒圈在外側；所述上研磨盤和下研磨盤的轉速、中心輪和內齒圈的轉軸由電機控制，保持架轉動方向及轉速通過調節中心輪和內齒圈的轉速進行控制，所述保持架內球形零件通過所述保持架、上研磨盤和下研磨盤轉動驅動可實現其公轉與自轉；載荷加壓裝置通過上研磨盤作用于球形零件，利用所述上研磨盤和下研磨盤的工作面對球形零件進行加工。
2.如權利要求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為通孔，所述通孔在保持架表面的形狀和尺寸大小與一個或數個球形零件匹配。
3.如權利要求1所述的精密球形零件的加工方法，其特征在于在單個保持架上，多個孔在保持架表面上呈放射狀、同心圓狀或柵格狀分布。
4.如權利要求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盤和下研磨盤為砂輪、金屬盤或拋光盤。
5.如權利要求1所述的精密球形零件的加工方法，其特征在于所述載荷壓力的范圍 IkPa IMPa，調整上、下研磨盤和保持架三者之間的轉速組合上研磨盤轉速范圍0 400r/Min ；下研磨盤轉速范圍10 400r/Min ；保持架轉速范圍10 400r/Min，驅動球形零件滾動并控制其公轉和自轉運動方向，使工件的球形表面上各點與研磨盤等概率接觸， 實現零件球形表面均勻研磨。
全文摘要
一種精密球形零件的加工方法，實現所述加工方法的加工設備包括上研磨盤和下研磨盤；上、下研磨盤之間放置保持架，保持架上開孔，待加工的球形零件放置在保持架的孔中；所述保持架由一個中心輪和一個內齒圈驅動，所述中心輪在中心，所述內齒圈在外側；保持架內球形零件可實現公轉與自轉，所述上研磨盤和下研磨盤的轉速由電機分別控制，所述中心輪和內齒圈的轉軸由電機控制，保持架的公轉和自轉速度通過調節中心輪和內齒圈的轉速、上下研磨盤的轉速進行控制；載荷加壓裝置通過上研磨盤作用于球形零件，利用所述上研磨盤和下研磨盤的工作面對球形零件進行加工。本發明能夠兼顧高精度和高一致性、成本較低。
文檔編號B24B37/025GK102554762SQ20121003144
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月13日 優先權日2012年2月13日
發明者呂冰海, 袁巨龍, 趙萍, 鄧乾發, 陳明 申請人:江蘇智邦精工科技有限公司