[实用新型]一种轴偏心式变曲率沟槽加工高精度球体的装置

说明书

技术领域

本发明属于高精度球形零件加工技术，涉及一种高精度球体的加工装置，尤其是高速、高精度陶瓷球轴承中高精度陶瓷球的精密研磨/抛光加工装置。

背景技术

精密球是圆度仪、陀螺仪等精密测量仪器中的重要元件，并常作为精密测量(如主轴回转精度)的基准。精密球在精密工程领域占有十分重要的地位。轴承用球的精度(球形偏差和表面粗糙度)直接影响着轴承的运动精度及寿命，进而影响仪器、设备功能的发挥。与传统的轴承钢球材料(GCr15)相比，氮化硅等先进陶瓷材料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，因其具有耐磨、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。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，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/抛光装置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。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。因此，必须对研磨/抛光装置的运行过程及陶瓷球在研磨/抛光过程的运动状态进行深入分析，掌握影响精度和效率的原因，才能为陶瓷球的加工提供合理的设备和相应的加工工艺。

目前，国内外已有一些相应的方法加工高精度球体，这些方法主要分为研具加工方法和磨盘加工方法。研具加工方法加工效率低，精度高。磨盘研磨法加工效率高，但精度低，其包括V形槽研磨法、圆沟槽研磨法、锥形盘研磨法、自转角主动控制研磨法、磁悬浮研磨法等。在V形槽研磨加工、圆沟槽研磨加工、锥形盘研磨加工等加工过程中，球坯只能作“不变相对方位”研磨运动，即球坯的自转轴对公转轴的相对空间方位固定，球坯绕着一固定的自转轴自转。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。而自转角主动控制研磨法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。

综上所述，对于陶瓷球等难加工材料高精度球的加工，急需一种既有较高的加工精度和加工效率，又具有结构简单，制造成本较低的陶瓷球研磨/抛光加工设备。

发明内容

为了克服已有球度和加工效率低、加工装置、加工一致性差和控制复杂、成本高的不足，本发明提供一种加工精度与加工效率、加工一致性高，同时结构简单，加工和装配的精度要求低的轴偏心式变曲率沟槽加工高精度球体的装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：