专利名称：双盘自转偏心v形槽研磨机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及球形零件研磨装置，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/抛光加工装置，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(GCrl5)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)一抛光(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。
对于陶瓷球的研磨加工，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 公转轴的相对空伺方位固定，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。
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
为了克服己有球形零件研磨装置的不能兼顾加工精度效率和成本 的不足，本实用新型提供一种结构简单、制造成本低，同时具有较高 的加工精度和加工效率的双盘自转偏心V形槽研磨机。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是
一种双盘自转偏心V形槽研磨机，包括机架、安装在机架上的上 研磨盘和下研磨盘，所述上研磨盘安装在上研磨盘主轴上，所述上研 磨盘主轴连接上研磨盘驱动电机，所述下研磨盘连接下研磨盘驱动电 机，所述上研磨盘和下研磨盘上下布置，所述机架包括机体和上支架， 所述上支架可转动地安装在机体上端，所述上支架上安装上研磨盘，所述机体上安装下研磨盘，所述下研磨盘上表面开有至少三条以上供 放置球坯的V形槽，所述的各条V形槽为同心圆，所述同心圆的圆心 与下研磨盘的圆心重合，所述上研磨盘与下研磨盘相互偏心。
作为优选的一种方案所述上支架包括立柱和横梁，所述立柱固 定安装在机体上，所述横梁可转动地安装在立柱上端，所述横梁上安 装上研磨盘主轴。
作为优选的另一种方案所述横梁上安装加压装置，所述加压装 置下端连接可调节下压行程的加压杆，所述加压杆一端套装在上研磨 盘主轴上，所述加压杆一端压在内置蝶形弹簧的法兰盘上，所述法兰 盘套装在上研磨主轴上，所述法兰盘的下端与上研磨盘固定连接。
进一步，所述法兰盘连接测力计。
所述下研磨盘上开有三条V形槽，当然，V形槽的条数也可以为 3条、4条、5条、7条，甚至更多条，可以根据实际需要进行配置。
本实用新型的技术构思为双盘自转偏心V形槽研磨机采用上下 两块研磨盘构成研磨组件。上、下研磨盘各自由独立电机通过驱动轴 带动，转速可调。下研磨盘上端面开多道V形槽，与同轴三盘、磁流 体研磨方式相比，更适用于大批量生产。上研磨盘的回转主轴不经过 下研磨盘的V形槽的中心，即上下两研磨盘的回转中心不同轴，球坯 与上研磨盘的接触点将沿上盘径向移动。该种方式对上下研磨盘的中
心同轴要求不高，但能使研磨轨迹不断变化，与v形槽研磨方式相比，
能获得更好的球形偏差。上研磨盘和下研磨盘不同偏心距的设置通过 连接立柱的横梁的转动实现。加压装置(可以是液压、气压或机械加 压)安装于横梁中间。加压杆下端连接上研磨盘，加压杆可上下移动实现上研磨盘的升降。当上研磨盘与球坯接触后，加压杆把压力通过 内置蝶形弹簧的法兰盘传递至上研磨盘，对球坯施加加工载荷。通过 调整加压杆的下压行程条件加工载荷，压力值可以通过测力计显示。 上研磨盘的位置完全由加压杆的行程决定， 一旦行程定下来，上研磨 盘的位置就不动了，保证了稳定加压。本实用新型的有益效果主要表 现在1、上、下研磨盘各自由独立电机驱动，上研磨盘有一定的周向 转速，且上、下研磨盘存在偏心距可调，使得槽内球坯表面研磨轨迹 更加均匀性，能获得更好的球形偏差；2、下研磨盘可开多道V形槽，
球坯自转轴可在180。范围内摆动，且各槽内球坯的研磨方式均匀性相
同，加工一致性好，更适用于大批量生产；3、在加工精度、效率及机
械结构上具有明显的综合优势。
图1是本实用新型给出的其中一个实施实例的结构示意图，为研 磨装置整体图。
图2是本实用新型研磨机理图。
图3是本实用新型下精密球表面研磨迹线仿真示意图。 图4是加压装置的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述。
参照图1 图4， 一种双盘自转偏心V形槽研磨机，包括机架、 安装在机架上的上研磨盘12和下研磨盘13，所述上研磨盘12连接上 研磨盘主轴，所述上研磨盘主轴连接上研磨盘驱动电机8，所述下研 磨盘13连接下研磨盘主轴，所述下研磨盘主轴连接下研磨盘驱动电机1，所述上研磨盘12和下研磨盘13上下布置，所述机架包括机体2 和上支架，所述上支架可转动地安装在机体上端，所述上支架上安装
上研磨盘12，所述机体2上安装下研磨盘13，所述下研磨盘13上表 面开有至少三条以上供放置球坯的V形槽，所述的各条V形槽为同心 圆，所述同心圆的圆心与下研磨盘的圆心重合，所述上研磨盘12与下 研磨盘13相互偏心。
所述上支架包括立柱3和横梁6，所述立柱3固定安装在机体2 上，所述横梁6可转动地安装在立柱3上端，所述横梁6上安装上研 磨盘主轴。
所述横梁6上安装加压装置7，所述加压装置7下端连接可调节 下压行程的加压杆4，所述加压杆4 一端套装在上研磨盘主轴上，所 述加压杆一端压在内置蝶形弹簧的法兰盘11上，所述法兰盘11的下 端与上研磨盘12连接，所述法兰盘11的上端与上研磨盘主轴9固定 连接，所述法兰盘套装在上研磨主轴上，所述法兰盘的下端与上研磨 盘固定连接。
所述下研磨盘主轴14通过传动皮带15与下研磨盘驱动电机1的 输出轴连接。
法兰盘11连接测力计10。法兰盘11包括上法兰盘和下法兰盘， 中间放了碟形弹簧， 一起组成一个整体传递力的机构；其中下法兰盘 固定在上研磨盘上，上法兰盘位于弹簧上面，与加压杆紧密接触。
所述下研磨盘13上开有三条V形槽，当然，V形槽的条数也可 以为3条、4条、5条、7条，甚至更多条，可以根据实际需要进行配 置。如图l所示，本实用新型给出的其中一种双自转研磨盘高效陶瓷 球研磨装置包括有上研磨盘、下研磨盘、研磨盘主轴、立柱、加压装
置、传动机构、驱动电机等组成。上研磨盘12通过横梁6与立柱3 连接。横梁6可以转动，带动上研磨盘12的转动，实现上研磨盘12 与下研磨盘13的偏心。加压装置7下端连接加压杆4。加压杆4 一端 套装在上研磨盘主轴上，所述加压杆一端压在法兰盘ll的上法兰盘 上，上研磨盘12安装在法兰盘11的下法兰盘的下端，通过加压杆4 的上下移动来实现上研磨盘12的升降。当上研磨盘12与球坯接触后， 加压杆4把压力通过内置蝶形弹簧的法兰盘传递至上研磨盘12，对球 坯施加加工载荷。通过调整加压杆4的下压行程给出加工载荷，压力 值可以通过测力计10显示。上研磨盘的位置完全由加压杆4的行程决 定， 一旦行程定下来，上研磨盘的位置就不动了，保证了稳定加压。 研磨盘13开多道V行槽，用于放置批量球坯。上、下研磨盘分别由 电机通过驱动带驱动，独立转动，转速可调。
权利要求1、一种双盘自转偏心V形槽研磨机，包括机架、安装在机架上的上研磨盘和下研磨盘，所述上研磨盘安装在上研磨盘主轴上，所述上研磨盘主轴连接上研磨盘驱动电机，所述下研磨盘连接下研磨盘驱动电机，所述上研磨盘和下研磨盘上下布置，其特征在于所述机架包括机体和上支架，所述上支架可转动地安装在机体上端，所述上支架上安装上研磨盘，所述机体上安装下研磨盘，所述下研磨盘上表面开有至少三条以上供放置球坯的V形槽，所述的各条V形槽为同心圆，所述同心圆的圆心与下研磨盘的圆心重合，所述上研磨盘与下研磨盘相互偏心。
2、 如权利要求1所述的双盘自转偏心V形槽研磨机，其特征在于 所述上支架包括立柱和横梁，所述立柱固定安装在机体上，所述横梁 可转动地安装在立柱上端，所述横梁上安装上研磨盘主轴。
3、 如权利要求2所述的双盘自转偏心V形槽研磨机，其特征在于 所述横梁上安装加压装置，所述加压装置下端连接可调节下压行程的 加压杆，所述加压杆一端套装在上研磨盘主轴上，所述加压杆一端压 在内置蝶形弹簧的法兰盘上，所述法兰盘套装在上研磨主轴上，所述 法兰盘的下端与上研磨盘固定连接。
4、 如权利要求2所述的双盘自转偏心V形槽研磨机，其特征在于所述法兰盘连接测力计。
5、 如权利要求4所述的双盘自转偏心V形槽研磨机，其特征在于所述下研磨盘上开有三条v形槽。
专利摘要一种双盘自转偏心V形槽研磨机，包括机架、安装在机架上的上研磨盘和下研磨盘，所述上研磨盘安装在上研磨盘主轴上，所述上研磨盘主轴连接上研磨盘驱动电机，所述下研磨盘连接下研磨盘驱动电机，所述上研磨盘和下研磨盘上下布置，所述机架包括机体和上支架，所述上支架可转动地安装在机体上端，所述上支架上安装上研磨盘，所述机体上安装下研磨盘，所述下研磨盘上表面开有至少三条以上供放置球坯的V形槽，所述的各条V形槽为同心圆，所述同心圆的圆心与下研磨盘的圆心重合，所述上研磨盘与下研磨盘相互偏心。本实用新型提供一种结构简单、制造成本低，同时具有较高的加工精度和加工效率的双盘自转偏心V形槽研磨机。
文档编号B24B11/06GK201227764SQ200820086568
公开日2009年4月29日 申请日期2008年5月4日 优先权日2008年5月4日
发明者吕冰海, 张克华, 王志伟, 袁巨龙, 苗 钱, 锋 陈, 黎 陶 申请人:浙江工业大学;湖南大学