本实用新型涉及一种陶瓷球研磨抛光装置及其抛光方法，特别涉及一种高速、高精度陶瓷球轴承中高精度陶瓷球的精密研磨抛光的加工装置，属于高精度球形零件加工技术。
背景技术：
随着工业水平的快速发展，对于机床设备和工作仪器的精度和可靠性要求越来越高。与传统的金属材料相比，高精度先进陶瓷具有强度高、弹性模量大、耐高温、耐高压、耐磨损、热膨胀系数低、热稳定性和化学稳定性好等特点，在球轴承中被大量地使用，是其关键的零件。同时，陶瓷球在球圆度仪、陀螺和精密测量仪器等精密仪器设备中有着非常重要的作用，需求量大，在航空航天、精密机械、国防军事、石油化工和汽车制造产业等方面具有十分重要的地位。
但是精密仪器中使用的陶瓷球对球形偏差、球直径变动量和表面粗糙度的要求极高，这些参数直接影响着球体的运动精度、工作噪声及寿命等技术指标，进而影响设备和仪器的性能。球体表面凹凸及裂纹等表面缺陷对轴承的运动精度和寿命有很大的影响。因此，要想达到高的表面质量要求，在最后抛光阶段，能否消除表面损伤是关键。
目前精密陶瓷球的研磨抛光加工方法主要有V形槽研磨加工法、圆沟槽研磨加工法、锥形盘研磨加工法、自转角主动控制研磨法、磁悬浮研磨加工方法等。现在最主要和最普遍的是采用V形槽研磨加工方法，该方法单次装球量较大，加工效率较高。但V形槽研磨加工方法也有很多缺点，其在研磨加工时，陶瓷球在加工过程中只能作“不变相对方位”的研磨运动，这样对陶瓷球的表面无法形成全包络的研磨，所以难以达到均匀研磨的效果。而在其它大部分的研磨方法中，很多研磨装置的动力源多，结构及控制系统复杂，并且对制造和装配精度都有较高的要求，加工成本高。
因此，对于氮化硅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，又具有装置结构简单和制造成本较低的陶瓷球研磨抛光加工装置，解决目前对陶瓷球抛光加工效率较低、加工一致性较差、成本较高的现状，实现陶瓷球的高精密研磨抛光加工。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于克服现有技术的加工效率低和成本高的缺点与不足，提供一种加工精度高、加工效率高和加工一致性高，同时装置结构简单、成本低廉、装配精度要求低的研磨抛光球体设备。
本实用新型所采用的技术方案：一种高效高精度陶瓷球的磁流变抛光装置，包括外圈筒(1)，所述外圈筒(1)的内部设有内圈套筒(2)，所述内圈套筒(2)内设有磁铁(6)，所述内圈套筒(2)的外径上设有若干保持架(4)，所述保持架(4)上设有球容纳结构(3)，所述外圈筒(1)与所述保持架(4)之间，所述内圈套筒(2)与所述保持架(4)之间均设有磁流变抛光液空间(10)，所述球容纳结构(3)与所述磁流变抛光液空间(10)贯通设置。
优选的，所述外圈筒(1)的底座为铁磁性材料，其内壁设有圆形凹槽，所述圆形凹槽与所述磁铁(6)相配合连接，使得所述磁铁(6)吸嵌在外圈底座上并随外圈一起转动。
优选的，所述外圈筒(1)的底座内壁还设有环形凹槽，所述环形凹槽与内圈套筒(2)相配合连接。
优选的，所述外圈筒(1)的底端设有外圈密封盖(7)。
优选的，所述外圈筒(1)与所述内圈套筒(2)的底端连接处设有密封毡圈(8)。
优选的，所述保持架(4)之间由垫圈(9)分隔。
优选的，所述外圈筒(1)由外圈密封盖(7)密封放置在球磨机上随球磨机的平行轴转动或由另外的驱动装置驱动。
优选的，所述内圈套筒(2)由螺栓固定在球磨机机架上。
优选的，所述保持架(4)与所述内圈套筒(2)同轴心设置。
优选的，所述外圈筒(1)与所述保持架(4)之间，所述内圈套筒(2)与所述保持架(4)之间的磁流变抛光液空间(10)填充有磁流变抛光液，所述磁铁(6)与所述内圈套筒(2)之间有一定间隙且同轴心设置；当外圈筒(1)带动所述磁铁(6)旋转时，内圈套筒(2)固定在机架上不动，从而形成动磁场并在所述外圈筒(1)与所述保持架(4)之间，所述内圈套筒(2)与所述保持架(4)之间的磁流变抛光液产生可以自锐更新磨粒的磁流变抛光垫(5)，以此打磨抛光所述保持架(4)中的陶瓷球。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：(1)本实用新型所采用的磁流变抛光加工装置结构简单，安装方便，通过驱动轴精确控制外圈筒的转速及内外圈筒之间的间隙，可以主动控制球坯在研磨抛光过程中的运动状态，让球坯的自转角θ不断变化，使研磨轨迹线均布于球面能实现全包络的抛光，提高了研磨抛光球体的加工一致性和稳定性；(2)本实用新型保持架能够精确地固定每一个陶瓷球，使其运动状态基本相同，减少了其他因素的干扰，从而进一步保证加工后陶瓷球的球度和粗糙度一致均匀；(3)本实用新型的抛光装置创新性地实现了在动态磁场作用下的磁流变抛光，由于圆柱形磁铁随着外圈筒不停地转动，磁场不断地在内圈筒外壁发生变化，磁流变抛光垫中的磨粒可以实现自锐更新，实现抛光垫的自锐修复，提高了加工效率，可以高效地得到尺寸精度和形状精度俱佳的高质量且光滑的陶瓷球表面。
附图说明
图1是本实用新型一种高效高精度陶瓷球的磁流变抛光装置的水平剖视图；
图2是本实用新型一种高效高精度陶瓷球的磁流变抛光装置的右视示意图；
图3是本实用新型一种高效高精度陶瓷球的磁流变抛光装置的垂直剖视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。
如图1-3所示，一种高效高精度陶瓷球的磁流变抛光装置，包括外圈筒(1)，所述外圈筒(1)的内部设有内圈套筒(2)，所述内圈套筒(2)内设有磁铁(6)，所述内圈套筒(2)的外径上设有若干保持架(4)，所述保持架(4)上设有球容纳结构(3)，所述外圈筒(1)与所述保持架(4)之间，所述内圈套筒(2)与所述保持架(4)之间均设有磁流变抛光液空间(10)，所述球容纳结构(3)与所述磁流变抛光液空间(10)贯通设置。
在本实用新型的具体技术方案中，所述外圈筒(1)的底座为铁磁性材料，其内壁设有圆形凹槽，所述圆形凹槽与所述磁铁(6)相配合连接，使得所述磁铁(6)吸嵌在外圈底座上并随外圈一起转动；所述外圈筒(1)的底座内壁还设有环形凹槽，所述环形凹槽与内圈套筒(2)相配合连接。
进一步的，所述外圈筒(1)的底端设有外圈密封盖(7)，所述外圈筒(1)与所述内圈套筒(2)的底端连接处设有密封毡圈(8)，这样的设置使得所述外圈筒(1)实现了完全的密封，在具体使用时防止抛光液外泄并排除了外界的干扰；所述保持架(4)之间由垫圈(9)分隔，使得保持架(4)相互独立；所述外圈筒(1)由外圈密封盖(7)密封放置在球磨机上随球磨机的平行轴转动或由另外的驱动装置驱动，所述内圈套筒(2)由螺栓固定在球磨机机架上。
进一步的，所述保持架(4)与所述内圈套筒(2)同轴心设置；所述外圈筒(1)与所述保持架(4)之间，所述内圈套筒(2)与所述保持架(4)之间的磁流变抛光液空间(10)填充有磁流变抛光液，所述磁铁(6)与所述内圈套筒(2)之间有一定间隙且同轴心设置；当外圈筒(1)带动所述磁铁(6)旋转时，内圈套筒(2)固定在机架上不动，从而形成动磁场，并在所述外圈筒(1)与所述保持架(4)之间，所述内圈套筒(2)与所述保持架(4)之间的磁流变抛光液产生可以自锐更新磨粒的磁流变抛光垫(5)，以此打磨抛光所述保持架(4)中的陶瓷球。
需要具体说明的是，所述外圈筒(1)的底座由铁磁材料制作，底座内壁开有圆形凹槽和环形凹槽各一个，外圈筒(1)的开口端由外圈密封盖(7)及密封毡圈(8)密封；所述圆柱形的磁铁(6)嵌入外圈筒(1)底座的圆形凹槽内，外圈筒(1)底座端与圆柱形磁铁(6)相吸成为一体，即一个运动单元；所述圆柱形磁铁(6)也同时置于内圈套筒(2)中，磁铁(6)与内圈套筒(2)之间有一定间隙且同轴心，所述外圈筒(1)与所述保持架(4)之间，所述内圈套筒(2)与所述保持架(4)之间均设有磁流变抛光液空间(10)，用于在使用时，容纳磁流变抛光液；所述内圈套筒(2)的一端穿过外圈密封盖(7)由螺栓固定在机架上，另一端插入到外圈筒(1)的底座端的环形凹槽内，阻断磁铁(6)直接与磁流变抛光液接触；所述陶瓷球保持架(4)中放置待加工的陶瓷球，保持架(4)用垫圈分隔，均匀地套于内圈套筒(2)外壁，与内圈套筒(2)同轴心放置，所述球容纳结构(3)与所述磁流变抛光液容纳结构贯通设置。
所述加工方法如下：将圆柱形磁铁(6)吸附在外圈筒(1)底座端的圆形凹槽内，将内圈套筒(2)穿过外圈盖(7)之后倒立起来，数个保持架(4)使用垫圈(9)分隔定位，均匀地放置于内圈套筒(2)的外圆柱面上，将被加工的陶瓷球放置入保持架(4)的球容纳结构(3)中；将外圈筒(1)垂直套在内圈套筒(2)的外面，内圈套筒(2)的顶端恰好插入外圈底座端的环形凹槽内；再将整个装置翻转180度，将所述外圈筒(1)内向磁流变抛光液空间(10)装入适量磁流变抛光液，所述内圈套筒(2)内有吸附在外圈底座端的圆柱形磁铁(6)，在内圈套筒(2)的外表面会形成磁流变抛光垫(5)；当外圈筒(1)旋转时，圆柱形磁铁(6)随外圈筒(1)旋转，而内圈套筒(2)通过螺栓连接固定在机架上会与磁铁有一个相对转速，因此形成具有自锐修复能力的动态磁场磁流变柔性抛光垫(5)；所述磁流变抛光垫(5)与保持架(4)内的陶瓷球柔性接触；所述外圈筒(1)由外圈盖(7)密封后直接放置在球磨机上随平行轴转动或者由专门的驱动装置驱动外圈筒(1)旋转，通过调节内圈套筒(2)和外圈筒(1)之间的相对间隙及转速，可以主动控制陶瓷球坯在研磨抛光过程中的运动状态及自转角。该装置可以同时加工多个陶瓷球，并且各陶瓷球在抛光时互相隔离不会发生碰撞挤压，避免了碎裂和表面的碰撞损伤，从而抛光加工出高质量的无亚表面损伤的超精密陶瓷球。
所述高效高精度陶瓷球的磁流变抛光装置的抛光效果可通过调节驱动轴的转速，即外圈筒(1)的转速，外圈筒(1)、内圈套筒(2)与保持架(4)之间的间隙，磁流变抛光液成分配比和内圈套筒(2)中的圆柱形磁铁(6)的磁场强度来进行控制。进一步的，所述的外圈筒(1)旋转为匀速旋转或非匀速旋转；所述内圈套筒(2)通过螺栓连接固定在球磨机机架上，也可以与一个弹簧或者球阀之类的柔性零件相连；所述的动力系统为球磨机或其他能带动外圈筒(1)旋转的装置；陶瓷球经过抛光加工后球面的表面粗糙度能够得到很好地改善并且不会产生碎裂和亚表面损伤；同时由于保持架(4)的作用，陶瓷球的形状精度基本不会受到影响，从而达到所要的高精度高效率抛光效果。
实施例：
参见图1、图2和图3，一种高效高精度陶瓷球的磁流变抛光装置，包括外圈筒(1)、内圈套筒(2)，球容纳结构(3)、保持架(4)、磁流变抛光垫(5)、环形磁铁(6)、外圈密封盖(7)、密封毡圈(8)、垫圈(9)和磁流变抛光液空间(10)。所述外圈筒(1)可由外圈密封盖(7)密封，内圈套筒(2)可由螺栓固定在球磨机机架上；所述圆柱形磁铁(6)放置于外圈筒(1)底端的圆柱沟槽内，并且两者相吸成为一体；将内圈套筒(2)穿过外圈盖(7)之后倒立起来，数个保持架(4)使用垫圈(9)分隔定位，均匀地放置于内圈套筒(2)的外圆柱面上，将被加工的陶瓷球放置入保持架(4)的球容纳结构(3)中；将外圈筒(1)垂直套在内圈套筒(2)的外面，内圈套筒(2)的顶端恰好插入外圈底座端的环形凹槽内；再将整个装置翻转180度，将所述外圈筒(1)的磁流变抛光液空间(10)内装入适量磁流变抛光液，所述内圈套筒(2)内有吸附在外圈底座端的圆柱形磁铁(6)，在内圈套筒(2)的外表面会形成磁流变抛光垫(5)；当外圈筒(1)旋转时，圆柱形磁铁(6)随外圈筒(1)旋转，而内圈套筒(2)通过螺栓连接固定在机架上会与磁铁有一个相对转速，因此形成具有自锐修复能力的动态磁场磁流变柔性抛光垫(5)；所述磁流变抛光垫与保持架(4)内的陶瓷球柔性接触；所述外圈筒(1)由外圈盖(7)密封后直接放置在球磨机上随平行轴转动或者由专门的驱动装置驱动外圈筒旋转，通过调节内圈套筒和外圈筒之间的相对间隙及转速，可以主动控制陶瓷球坯在研磨抛光过程中的运动状态及自转角。
本实施例的工作过程为：具体加工时，先将圆柱形磁铁(6)置入外圈筒(1)的底端圆柱槽内，将内圈套筒(2)穿过外圈盖(7)之后倒立起来，数个保持架(4)使用垫圈(9)分隔定位，均匀地放置于内圈套筒(2)的外圆柱面上，将被加工的陶瓷球放置入保持架(4)的球容纳结构(3)中；将外圈筒(1)垂直套在内圈套筒(2)的外面，内圈套筒(2)的顶端恰好插入外圈底座端的环形凹槽内；再将整个装置翻转180度，将所述外圈筒(1)内装入适量磁流变抛光液(10)，最后用外圈密封盖(7)密封外圈筒(1)。将外圈筒(1)放置于球磨机的平行轴或专门的驱动装置上，然后将内圈套筒(2)通过螺栓联接与机架固定。打开球磨机或驱动轴开关，外圈筒(1)带着圆柱形磁铁(6)随着驱动轴转动，内圈套筒(2)由于固定在机架上会与磁铁(6)有一个相对转速，内圈套筒(2)的表面因此形成动磁场作用下的磁流变抛光垫(5)。通过调节内圈套筒(2)和外圈筒(1)之间的相对转速，可以实现主动控制陶瓷球坯在研磨抛光过程中的运动状态，从而得到高效率高精度的抛光。该装置可以同时加工多个陶瓷球，并且各陶瓷球在抛光时互相隔离不会发生碰撞挤压，避免了碎裂和表面的碰撞损伤，从而抛光加工出高质量的无亚表面损伤的超精密陶瓷球。
所述加工方法的原理为：所述外圈筒(1)与所述保持架(4)之间，所述内圈套筒(2)与所述保持架(4)之间均设有磁流变抛光液空间(10)，装入适量磁流变抛光液(10)，抛光液在内圈套筒(2)的外表面形成磁流变抛光垫(5)，抛光液在外圈筒(1)的内表面形成磁流变抛光垫(5)；所述磁流变抛光垫(5)与保持架(4)内的陶瓷球柔性接触，当整个装置在旋转动力源的平行轴上旋转并精确控制内外圈筒的相对转速时，待加工的陶瓷球会在保持架中充分地自转并公转，从而实现陶瓷球表面的全包络均匀抛光。本实用新型结构简单紧凑，生产成本低，加工效率高，能够获得高表面质量和形状精度且无亚表面损伤的超精密陶瓷球。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。