[发明专利]一种高精度球高效研磨/抛光加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种球形零件研磨/抛光加工方法，特别涉及高速、高精度陶瓷球轴承中高精度陶瓷球的精密研磨/抛光加工方法，属于高精度球形零件加工技术。

背景技术

高精度球是是圆度仪、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。特别是在球轴承中大量使用，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。与传统的轴承钢球材料(GCr15)相比，氮化硅等先进陶瓷材料具有耐磨、耐高温、耐腐蚀、无磁性、低密度(为轴承钢的40％左右)，热胀系数小(为轴承钢的25％)及弹性模量大(为轴承钢的1.5倍)等一系列优点，被认为是制造喷气引擎、精密高速机床、精密仪器中高速、高精度及特殊环境下工作轴承球的最佳材料。由于氮化硅等先进陶瓷属硬脆难加工材料，材料烧结后的陶瓷球毛坯主要采用磨削(粗加工)→研磨(半精加工)→抛光(精加工)的方法进行加工。对于陶瓷球的研磨/抛光工艺而言，加工过程采用游离磨料，在机械、化学效应的作用下，对陶瓷球坯表面材料进行微小的去除，以达到提高尺寸精度，提高表面完整性的目的。传统的陶瓷球研磨/抛光加工主要是在加工钢质轴承球的V形槽研磨设备上进行的，采用硬质、昂贵的金刚石磨料作为磨料，加工周期长(完成一批陶瓷球需要几周时间)。漫长的加工过程以及昂贵的金刚石磨料导致了高昂的制造成本，限制了陶瓷球的应用。随着仪器设备精度的不断提高，对陶瓷球等特殊材质球体的加工精度提出了更高的要求，同时需要提高加工效率和一致性以降低生产成本。

研磨/抛光方法对陶瓷球的研磨精度和效率有着重要的影响。研磨过程中，球坯和研具的研磨方式直接决定了球坯的研磨成球运动。研磨迹线能否均匀覆盖球面是高效研磨球坯，提高球度，获得高精密球的关键。

对于陶瓷球的研磨加工，国内外已有一些相应的加工方法，如：V形槽研磨加工、圆沟槽研磨加工、锥形盘研磨加工、自转角主动控制研磨、磁悬浮研磨加工等。V形槽研磨加工、圆沟槽研磨加工、锥形盘研磨加工等加工方法中，球坯只能作“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，球坯绕着一固定的自旋轴自转。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均匀研磨，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加工采用可独立转动的三块研磨盘，通过控制研磨盘转速变化来实现对球坯自旋轴方位的调整，使球坯作“变相对方位”研磨运动，球坯表面的研磨迹线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。但这种方法采用的加工装置动力源多，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。而且磁悬浮研磨加工所采用的加工装置和控制系统复杂，磁流体的成本也较高，具有一定的局限性。

因此，对于陶瓷球等难加工材料高精度球的加工，急需一种既能实现较高的加工精度和加工效率，又具备结构简单、制造成本较低的陶瓷球研磨/抛光加工方法。

发明内容

为了克服现有球形零件研磨/抛光加工方法的球度和加工效率低、加工一致性差、加工装置和控制复杂、成本高的不足，本发明提供一种既能实现较高的加工精度和加工效率，又具备加工装置结构简单、制造成本较低的高精度球高效研磨/抛光加工方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高精度球高效研磨/抛光加工方法，实现所述加工方法的加工设备中，由下研磨盘内盘外侧的锥面研磨面和下研磨盘外盘内侧的锥形研磨面构成V形槽结构，载荷加压装置通过上研磨盘作用于球坯，所述的V形槽结构和上研磨盘一起构成研磨球的三个加工接触点，所述上研磨盘、下研磨盘外盘和下研磨内盘具有相同的回转轴；在所述的上研磨盘、下研磨盘外盘和下研磨内盘中，其中两个盘的转轴分别由电机驱动；