一种用于平面局部高点去除的精密研磨装置及参数确定方法与流程

本发明属于精密加工技术领域，涉及一种用于平面局部高点去除的精密研磨装置及参数确定方法。

背景技术：

研磨加工是一种超精密加工工艺，主要用于加工平面、圆柱面和球面等由简单几何元素构成的面形的超精密加工；目前，平面研磨的平面度一般能达到0.2～0.5μm；圆柱面研磨的圆度一般能达到0.2～0.5μm，圆柱度一般能达到0.5～1μm。

在平面研磨过程中，由于研磨工艺、环境温度的变化及工件材料的不均匀性等因素的影响，工件表面加工到一定程度后平面度很难再提高。工件表面平坦化的过程也是局部高点逐渐去除的过程。采用基于测量的超精密逐点去除研磨工艺，如果控制不当，又会让高点变成低点，影响工件平面精度的提高。

技术实现要素：

为解决现有平面研磨技术中存在的问题，本发明提供了一种以工件表面高点周围较为平坦的区域为基准，通过研磨工艺去除平面局部高点的精密研磨装置。

本发明的具体技术方案为一种用于平面局部高点去除的精密研磨装置，包括外壳、隔振层、减速电机、连接壳、球形滚动体、压簧、传递块、t型密珠轴套、基准块、偏心研磨块和密封圈；

外壳为圆柱形，其上端设有电机开关和电源接线口，下端为法兰结构与连接壳螺纹固定连接；外壳的内壁设置隔振层，减速电机外周贴附隔振层，用于吸收减速电机的振动能量，减小振源对研磨加工的影响；减速电机下端与连接壳上表面通过螺纹连接固定，减速电机下端面与连接壳的上表面之间夹有隔振层；

所述连接壳为中空的圆柱形回转体，连接壳的下端内壁设有内螺纹与基准块的外螺纹装配连接，连接壳的最大外径与基准块的最大外径相同；

所述传递块为t型回转体，中心位置设有通孔，通孔靠近大圆柱端面一侧为d型孔，d型孔的深度为3～5mm，与减速电机的d型输出轴间隙配合，用于传递减速电机的转矩，通孔靠近小圆柱端面一侧为圆形光孔，用于放置压簧和球形滚动体；传递块小圆柱端的端面与偏心研磨块的大圆柱端通过螺纹固定连接；传递块大圆柱端的轴肩内端面为偏心研磨块的轴向定位基准，其平面度误差小于1μm，相对于偏心研磨块的小圆柱端圆周轴线的偏摆小于2μm，相对于装配后的偏心研磨块工作面的平行度误差小于1μm；

所述密珠轴套为t型中空回转体，壁厚小于所述球形滚动体直径1～2mm；密珠轴套的轴向和径向分别设有均布的直径大于所用球形滚动体直径0.1～0.2mm的球室，用于放置球形滚动体；其径向球室里的球形滚动体与传递块小圆柱面和基准块内孔壁面间的单边过盈量为1～3μm；

所述基准块为倒t型中空回转体，其内孔为偏心研磨块的径向基准，直径小的一端设有外螺纹与连接壳内螺纹装配连接，该端面为偏心研磨块的轴向限位基准；另一端面为基准块工作时的轴向定位基准；该定位基准面由四个均布的扇形环面组成，中间为宽度20～40mm的十字形间隙，基准块定位基准面的内外两侧设有环形槽，用于设置密封圈，防止研磨剂、灰尘等杂质污染基准快的定位面，影响基准块的定位精度；基准块上下两端面的高度等于偏心研磨块工作面与连接块大圆柱端的轴肩端面的高度减去密珠轴套轴向球形滚动体的直径；基准块的定位面与偏心研磨块的工作面共面；基准块的上下两端面的平面度为0.5μm，表面粗糙度小于ra0.2，其相对于基准块内孔轴线的垂直度小于1μm；

偏心研磨块为上下不同轴的t型回转体，大圆柱端与小圆柱端的轴线间偏心距离为2～5mm；偏心研磨块的小圆柱端面为研磨工作面；偏心研磨块的大圆柱端面为其轴向安装基准，平面度为1μm；偏心研磨块的大圆柱面与基准块的内壁为间隙配合，间隙量为0.02～0.03mm，即起到对密珠轴套的密封作用，又能防止游离磨料及研磨杂质进入密珠轴套中；偏心研磨块的研磨工作面的平面度小于0.5μm，上下两端面的平行度小于1μm，大圆柱面的圆柱度不大于5μm。

进一步地，基准块的内孔和上下两端面的硬度以及传递块的硬度不低于hrc60。

进一步地，所述的连接壳为40cr；所述的偏心研磨块为球墨铸铁材料；所述的球形滚动体为g5级以上材料。

进一步地，所述的密封圈为羊毛毡密封圈。

进一步地，减速电机的最大工作转速不超过90rpm。

上述用于平面局部高点去除的精密研磨装置的参数确定方法为：通过调整基准块的螺纹旋入的深度x0+x，调整研磨时的正压力，满足关系式f＝kx，其中，f表示正压力，k为压簧的弹性系数，x0为压簧变形前的螺纹旋入的深度，x为压簧的压缩量。

本发明的有益效果在于，本发明提供了一种以工件表面高点周围较为平坦的区域为基准，通过研磨工艺去除高点的平面精密研磨装置。该研磨装置中采用偏心研磨块作为磨头，有利于减小研磨块的非均匀磨损，提高研磨块工作面的精度；采用t型密珠轴套组成的轴承结构，实现了偏心研磨块高精度回转和轴向限位作用，防止高点区域的过度研磨；该研磨装置具有结构简单、偏心研磨块可更换、操作方便且研磨精度高等优点，能满足超高精度的平面的研磨需求，具有良好的市场应用前景与推广价值。

附图说明

图1局部高区域精密研磨装置。

图2基准块。

图3连接壳。

图4t型密珠轴套。

图5传递块。

图6偏心研磨块。

图中：1外壳；2隔振层；3减速电机；4连接壳；5球形滚动体；6压簧；7传递块；8t型密珠轴套；9基准块10偏心研磨块；11羊毛毡密封圈。

具体实施方式

(一)一种用于平面局部高点去除的精密研磨装置的装配

首先确保基准块两端面的高度等于偏心研磨块工作面与连接块大圆柱端的轴肩端面的高度减去密珠轴套轴向球形滚动体的直径；通过研磨基准块10的两端面、传递块8的小端面或偏心研磨块11的两端面来达到上述要求；

然后确定压簧8的高度，确保压簧在工作过程中产生1～2kg的压力，通过调整连接壳5旋入基准块中的深度，来控制压簧的工作压力。该装置的装配步骤如下：

(1)将减速电机3、外壳1和连接壳5装备到一起。

首先将将减速电机2和隔振垫圈4通过螺钉与连接壳5安装到一起，然后将隔振筒2套于减速电机3上，最后将壳体1套于隔振筒外，并通过螺钉连接，将壳体连接到连接壳5上；

(2)将传递块8、t型密珠轴套9和偏心研磨块11及球形滚动体6和压簧8装配到一起。

首先将传递块8大端面朝下放平，将球形滚动体6和压簧8以此放入传递块8的圆形孔中，然后将t型密珠轴套9的球室内填充低粘度的润滑脂，并将t型密珠轴套9套在传递块8的小圆柱上，最后将偏心研磨块11通过四个螺钉与传递块8固定到一起，并控制偏心研磨块大圆柱面的轴线相对于传递块的小圆柱轴线的同轴度误差不大于0.01mm，避免工作过程中偏心研磨块与基准块干涉，又起到密封的作用，防止研磨剂、研磨杂质等进入t型密珠轴套。

(3)将就上述(1)和(2)得到的组件与基准块11装配到一起。

将基准块10定位工作面朝下，上端面和内孔壁上涂少许低粘度的润滑脂，然后将步骤(2)得到的组件扣到基准块的上端，确保t型密珠轴套里的滚动体与基准快的上端面和内孔之间接触良好；最后将步骤(1)得到的组件通过螺纹装配到一起，装配时应先将减速电机输d型输出轴与传递块大圆柱端的d型孔对准，然后将步骤(1)得到的组件旋入基准块的螺纹上，控制旋入的深度即可控制压簧的工作压力；最后将合适高度和宽度的羊毛毡密封圈用胶粘到基准块定位面内外两侧的环槽中，置于高精度平板上，适当加压等胶水完全固化，以确保工作状态下羊毛毡密封圈密封面与基准块定位工作面共面。基准块的定位面上不小于1mm的倒角，使基准块与羊毛毡密封圈之间形成小的间隙，及定位面中间形成宽度20～40mm十字形间隙，可在工作过程中储存工件与基准块定位面上的杂质，确保该装置的定位精度。

(二)一种用于平面局部高点去除的精密研磨装置的使用方法：

使用前，调整连接壳旋入基准块外螺纹的深度，以控制研磨时的压簧的正压力；然后在高精度嵌砂样板上采用干研法对基准块的定位面和偏心研磨块的工作面进行修整，确保两者共面。研磨操作时，根据被加工平面高点的去除量，选择合适粒度的研磨剂及研磨工艺。为防止体温对研磨加工的影响，操作时要带隔热手套进行操作。

研磨加工前需要对被加工面的平面度进行测试，以便确定该面的高点区域，用油性记号笔将待加工平面的高点区域做好标记。对于局部高点区域，研磨过程中可手动转动或晃动基准块，配合偏心研磨块的自转运动，实现高点区域的平坦化；对于带状高点区域，要控制基准块的方位，使基准块的四个扇形定位面跨过高点带状区域，手持该研磨工作，沿高点区域移动，配合偏心研磨块的自转运动，实现高点区域的平坦化。

粗研时，可通过增大连接壳与基准块外螺纹的旋入深度，及用手辅助加压的方式提高偏心研磨块研磨时的正压力，从而加大被加工平面高点区域的去除量；精研时，可通过减小连接壳与基准块外螺纹的旋入深度，压簧回复自由状态而不产生任何压力，研磨块仅在传递块、偏心研磨块球形滚动体、压簧和偏心研磨块连接螺钉的自重作用下研磨，以提高被加工平面的研磨精度。