半球型动压轴承零件研磨工装及研磨方法
【专利摘要】本发明提供一种半球型动压轴承零件研磨工装及研磨方法，其中研磨工装包括传动座、工装主轴和定位块；传动座的四周均布有销子，销子的外侧设置有内六角螺钉；工装主轴的底端设置于传动座的中心，工装主轴的顶端设置有定位块；所述定位块上设置有用于放置钢球的喇叭口。研磨方法是：1)调整研磨机主轴回转中心的精度；2)调整研磨机摆轴与垂直主轴轴线重合的精度；3)调整研磨机主轴球心高度；4)研磨。本发明解决了半球型零件精密研磨的技术难题，与传统的手动研抛相比，具有较高的加工效率，同时在精密研磨过程中，加工状态稳定，可达到较高的加工质量，加工精度可达到0.02微米，满足动压轴承工作间隙要求。
【专利说明】
半球型动压轴承零件研磨工装及研磨方法
技术领域
[0001]本发明属于球面精密研磨应用领域，用于高精度、高硬度、高难加工的半球型动压轴承零件的超精密加工，涉及一种半球型动压轴承零件研磨工装及研磨方法。
【背景技术】
[0002]半球型动压轴承采用的是对置半球型结构，为陀螺电机的核心部件，由凸半球和凹半球组成，为增加零件表面的硬度、耐磨性和耐腐蚀性等物理和化学性能，凸半球球面喷镀氮化钛膜+类金刚石膜，凹半球球面喷镀氮化钛膜;为保证半球型动压轴承具有良好的动压效应和承载能力，动压轴承的工作间隙及尺寸精度均为微米级，半球零件不同方向的圆度不大于0.3微米；同时，动压轴承在启动和接触滑行过程中，轴承接触面存在磨擦磨损现象，为了降低材料的磨损，提高轴承的寿命，轴承的表面粗糙度要求不大于0.012微米，要满足如此高的精度指标，需要采取研磨的方法来完成。
[0003]本方法主要采用的设备是精密球面研磨机。主要从研磨机机理、研磨方法及研磨参数等方面进行开展。研磨过程中，垂直主轴带动零件绕Z轴在XY水平面内作旋转运动，与之同时Y向摆轴在预载拉簧的作用下经压杆通过钢珠传递带动研具柄上，沿研具轴线压力直指零件球心，研具随摆轴在ZY平面作设定角度的摆动，研具在零件旋转和摆轴的摆动的复合作用下与零件球面形成相对差速运动。在研具和零件间涂抹研磨砂，就实现了研磨零件球面的展成加工。
【发明内容】
[0004]本发明目的是提供一种半球型动压轴承零件研磨工装及研磨方法，其解决了半球型动压轴承零件精密研磨技术难题，确保半球零件不同方向的圆度不大于0.3微米，动压轴承的工作间隙及尺寸精度达到微米级要求。
[0005]本发明的技术解决方案:
[0006]该半球型动压轴承零件研磨工装，包括传动座、工装主轴和定位块;所述传动座的四周均布有销子，销子的外侧设置有内六角螺钉;所述工装主轴的底端设置于传动座的中心，工装主轴的顶端设置有定位块;所述定位块上设置有用于放置钢球的喇叭口。
[0007 ]上述销子和内六角螺钉的数量均为4个。
[0008]上述工装主轴的外侧套接有紧固装置。
[0009]该半球型动压轴承零件研磨方法，包括以下步骤:
[0010]I)调整研磨机主轴回转中心的精度:
[0011 ] 1.1)将工装的垂直主轴同心放置在传动座内；
[0012]1.2)将工装的传动座与研磨机主轴固定；
[0013]1.3)通过调节传动座内四个圆周均布的内六角螺钉来调节四个销子的相对位移，转动研磨机主轴；
[0014]1.4)用千分表检测垂直主轴上方的半球水平回转中心，如果回转中心的偏差在2um内，则结束调整，否则返回步骤1.3;
[0015]2)调整研磨机摆轴与垂直主轴轴线重合的精度:
[0016]2.1)将Φ 18标准钢珠放在步骤I调节后的垂直主轴的喇叭口内；
[0017]2.2)将十万分表安装在摆轴上，并对Φ 18标准钢珠表面进行垂直方向压表；
[0018]2.3)调整摆轴定位螺钉的间隙，然后转动研磨机主轴，同时驱动摆轴在ZY平面按设定的摆动角度的摆动；
[0019]2.4)若摆轴在Φ 18标准钢珠表面的最大摆角所在点1、3所对应的十万分表表针值差在2um以内，圆柱销钉定位固紧摆轴，否则返回步骤2.3;
[0020]3)调整研磨机主轴球心高度:
[0021]3.1)调节垂直主轴下方的调节螺栓；
[0022]3.2)转动研磨机主轴，同时驱动摆轴在ZY平面作设定角度的摆动；
[0023]3.3)若摆轴在Φ 18标准钢珠表面的最大摆角所在点I或3以及Φ 18标准钢珠表面的最高点2所对应的十万分表表针值一致，则调节完毕，取下Φ 18标准钢珠，否则返回步骤3.1；
[0024]4)研磨:
[0025]4.1)将待研磨半球放入垂直主轴的喇叭口内并固定；
[0026]4.2)采用碳化硼研磨膏研磨半球一次，20分钟；
[0027]4.3)用研磨膏研磨，直至圆度检测合格；
[0028]4.4)清洗半球，入库。
[0029]还包括提高球面光洁度的步骤:对圆度检测合格的半球再次进行研磨，直至光洁度检测合格。
[0030]上述对圆度检测合格的半球再次进行研磨具体步骤如下:
[0031]用W0.25金刚石研磨膏研磨，研磨3次，20分钟/次。
[0032]上述步骤4.3的研磨参数如下:
[0033]研磨棒对半球的压紧力6N?20N;
[0034]研磨棒的摆动角度±45°;
[0035]往复引程频数57频/分钟。
[0036]上述步骤4.3具体如下:
[0037]先用白刚玉研磨膏或W14碳化硼研磨膏、W5金刚石研磨膏研磨半球一次，20分钟；再用Wl金刚石研磨膏研磨，前后研磨3?5次，20分钟/次，去除半精研磨的研磨痕；
[0038]上述步骤4.4具体如下:
[0039]汽油清洗后，超声波清洗干净，放入周转箱。
[0040]本发明的优点:
[0041]本发明解决了半球型零件精密研磨的技术难题，与传统的手动研抛相比，具有较高的加工效率，同时在精密研磨过程中，加工状态稳定，可达到较高的加工质量，加工精度可达到0.02微米，满足动压轴承工作间隙要求。
【附图说明】
[0042]图1是研磨机主轴回转调心示意图；
[0043]图2是研磨机主轴回转调心剖视图；
[0044]图3是Z轴球心高度调整示意图。
[0045]附图标记如下:
[0046]1-测头;2-传动座;3-销子;4-内六角螺钉;5-工装主轴;6_半球;7_定位块;8_标准钢球。
【具体实施方式】
[0047]如图1和图2所示的半球型动压轴承零件研磨工装，包括传动座2、工装主轴5和定位块7;传动座2的四周均布有四个销子3，四个销子3的外侧分别设置有四个内六角螺钉4;工装主轴5的底端设置于传动座2的中心，工装主轴5的顶端设置有定位块7;定位块7上设置有用于放置钢球的喇叭口，工装主轴的外侧套接有紧固装置。
[0048]该半球型动压轴承零件研磨方法，包括以下步骤:
[0049]I)调整研磨机主轴回转中心的精度:
[0050]1.1)将工装的垂直主轴同心放置在传动座2内；
[0051 ] 1.2)将工装的传动座2与研磨机主轴固定；
[0052]1.3)通过调节传动座2内四个圆周均布的内六角螺钉4来调节四个销子3的相对位移，转动研磨机主轴；
[0053]1.4)用千分表检测垂直主轴上方的半球6水平回转中心，如果回转中心的偏差在2um内，则结束调整，否则返回步骤1.3;
[0054]2)调整研磨机摆轴与垂直主轴轴线重合的精度:
[0055]2.1)将定位块7的垂直主轴同心放置在传动座内，将Φ 18标准钢珠8放在步骤I调节后的垂直主轴的喇叭口内；
[0056]2.2)将十万分表安装在摆轴上，并对Φ 18标准钢珠8表面进行垂直方向压表；
[0057]2.3)调整摆轴定位螺钉的间隙，然后转动研磨机主轴，同时驱动摆轴在ZY平面按设定的摆动角度的摆动；
[0058]2.4)若摆轴在Φ 18标准钢珠8表面的最大摆角所在点1、3所对应的十万分表表针值差在2um以内，圆柱销钉定位固紧摆轴，否则返回步骤2.3;
[0059]3)调整研磨机主轴球心高度:
[0060]3.1)调节垂直主轴下方的调节螺栓；
[0061 ] 3.2)转动研磨机主轴，同时驱动摆轴在ZY平面作设定角度的摆动；
[0062]3.3)若摆轴在Φ 18标准钢珠8表面的最大摆角所在点I或3以及Φ 18标准钢珠8表面的最高点2所对应的十万分表表针值一致，则调节完毕，取下Φ 18标准钢珠8，否则返回步骤3.1;
[0063]4)研磨:
[0064]4.1)将待研磨半球6放入垂直主轴的喇叭口内并固定；
[0065]4.2)采用碳化硼研磨膏研磨半球6—次，20分钟；
[0066]4.3)用研磨膏研磨，直至圆度检测合格；
[0067]4.4)清洗半球6，入库。
[0068]还包括提高球面光洁度的步骤:对圆度检测合格的半球6再次进行研磨，直至光洁度检测合格。
[0069]对圆度检测合格的半球6再次进行研磨具体步骤如下:用W0.25金刚石研磨膏研磨，研磨3次，20分钟/次。
[0070]步骤4.3具体如下:先用白刚玉研磨膏或Wl4碳化硼研磨膏、W5金刚石研磨膏研磨半球6—次，20分钟;再用Wl金刚石研磨膏研磨，前后研磨3?5次，20分钟/次，去除半精研磨的研磨痕；
[0071 ]步骤4.4具体如下:汽油清洗后，超声波清洗干净，放入周转箱。
[0072]该半球型动压轴承零件研磨方法的具体工艺如下:
[0073]1、研磨机主轴回转中心精度的调整
[0074]根据车床四爪卡盘找正原理设计了四点调心工装，如图1所示，通过调整相互正交的四点，用千分表检测半球6水平回转中心，可以调整控制在2um以内；千分表对测头I进行测量。
[0075]2、研磨机摆轴与主轴轴线重合精度的确定
[0076]设计制造检测工装，采用Φ18标准钢珠进行研磨机水平回转工装主轴5和摆轴轴线在垂直方向相交的精度调整(如图2所示)，采用十万分表在垂直方向压表，调整摆轴定位螺钉间隙，测量并保证I，3点之间十万分表表针值在2um以内，此时摆轴轴线与主轴轴线重合，圆柱销钉定位固紧摆轴。
[0077]3、研磨机主轴球心高度的测量
[0078]如图2所示，采用十万分表检测半球6偏摆半径尺寸差，通过旋拧螺栓调整球心高度，保证1、2点之间十万分表表针值一致，此时工装球心与研磨机球心重合，计量工装总高度和钢珠半径，即可得出研磨机球心高度。零件研磨时，需要调整装夹工装的高度与研磨机球心高度重合。
[0079]4、研磨参数
[0080]白刚玉研磨膏、碳化硼研磨膏、金刚石研磨膏；
[0081 ]研磨棒对半制品的压紧力6N?20N;
[0082]研磨棒的的摆动角度±45°;
[0083]往复引程频数57频/分钟；
[0084]5、工艺流程
[0085]I)紧固半球6，用千分表测量半球6回转中心在0.002以内，采用碳化硼研磨膏研磨半球6，20分钟一次；
[0086]2)用金刚石研磨膏研磨，前后研磨3?5次，20分钟/次，去除半精研磨的研磨痕；
[0087]3)用精密金刚石研磨膏研磨，研磨3次，20分钟/次，提高球面的光洁度；
[0088]4)汽油清洗后，超声波清洗干净，放入半球6周转箱。
[0089]6、实施例
[0090]某型号左(右)半球6属于典型的半球型动压轴承零件，按此研磨方法可以解决加工技术难题，加工精度可以达到0.3um0
[0091]6.1研磨参数
[0092]--W14碳化硼研磨膏、W5、W1、W0.25金刚石研磨膏；
[0093]——研磨棒对半制品的压紧力8N;
[0094]一一研磨棒的的摆动角度±45° ;
[0095]一一往复引程频数57频/分钟；
[0096]6.2工艺流程
[0097]I)紧固半球6，用千分表测量半球6回转中心在0.002以内，先后采用W14碳化硼研磨膏、W5金刚石研磨膏研磨半球6，20分钟一次；
[0098]2)用Wl金刚石研磨膏研磨，前后研磨3?5次，20分钟/次，去除半精研磨的研磨痕；
[0099]3)用W0.25金刚石研磨膏研磨，研磨3次，20分钟/次，提高球面的光洁度；
[0100]4)汽油清洗后，超声波清洗干净，放入半球6周转箱，检测周转。
【主权项】
1.一种半球型动压轴承零件研磨工装，其特征在于:包括传动座、工装主轴和定位块；所述传动座的四周均布有销子，销子的外侧设置有内六角螺钉;所述工装主轴的底端设置于传动座的中心，工装主轴的顶端设置有定位块;所述定位块上设置有用于放置钢球的喇叭口。2.根据权利要求1所述的半球型动压轴承零件研磨工装，其特征在于:所述销子和内六角螺钉的数量均为4个。3.根据权利要求2所述的半球型动压轴承零件研磨工装，其特征在于:所述工装主轴的外侧套接有紧固装置。4.一种半球型动压轴承零件研磨方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)调整研磨机主轴回转中心的精度: 1.1)将定位工装的垂直主轴同心放置在传动座内； 1.2)将传动座与研磨机主轴固定； 1.3)通过调节传动座内四个圆周均布的内六角螺钉来调节四个销子的相对位移，转动研磨机主轴； 1.4)用千分表检测垂直主轴上方的半球水平回转中心，如果回转中心的偏差在2um内，则结束调整，否则返回步骤1.3; 2)调整研磨机摆轴与垂直主轴轴线重合的精度: 2.1)将定位块的垂直主轴同心放置在传动座内，Φ18标准钢珠放在步骤I调节后的喇叭口内； 2.2)将十万分表安装在摆轴上，并对Φ18标准钢珠表面进行垂直方向压表； 2.3)调整摆轴定位螺钉的间隙，然后转动研磨机主轴，同时驱动摆轴在ZY平面按设定的摆动角度的摆动； 2.4)若摆轴在Φ18标准钢珠表面的最大摆角所在点1、3所对应的十万分表表针值差在2um以内，圆柱销钉定位固紧摆轴，否则返回步骤2.3; 3)调整研磨机主轴球心高度: 3.1)调节垂直主轴下方的调节螺栓； 3.2)转动研磨机主轴，同时驱动摆轴在ZY平面作设定角度的摆动； 3.3)若摆轴在Φ 18标准钢珠表面的最大摆角所在点I或3以及Φ 18标准钢珠表面的最高点2所对应的十万分表表针值一致，则调节完毕，取下Φ 18标准钢珠，否则返回步骤3.1; 4)研磨: 4.1)将待研磨半球放入垂直主轴的喇叭口内并固定； 4.2)采用碳化硼研磨膏研磨半球一次，20分钟； 4.3)用研磨膏研磨，直至圆度检测合格； 4.4)清洗半球，入库。5.根据权利要求4所述半球型动压轴承零件研磨方法，其特征在于:还包括提高球面光洁度的步骤:对圆度检测合格的半球再次进行研磨，直至光洁度检测合格。6.根据权利要求5所述半球型动压轴承零件研磨方法，其特征在于:所述对圆度检测合格的半球再次进行研磨具体步骤如下: 用W0.25金刚石研磨膏研磨，研磨3次，20分钟/次。7.根据权利要求4或5或6所述半球型动压轴承零件研磨方法，其特征在于:所述步骤4.3的研磨参数如下: 研磨棒对半球的压紧力6N?20N; 研磨棒的摆动角度±45°; 往复引程频数57频/分钟。8.根据权利要求7所述半球型动压轴承零件研磨方法，其特征在于: 所述步骤4.3具体如下: 先用白刚玉研磨膏或W14碳化硼研磨膏、W5金刚石研磨膏研磨半球一次，20分钟；再用Wl金刚石研磨膏研磨，前后研磨3?5次，20分钟/次，去除半精研磨的研磨痕； 所述步骤4.4具体如下: 汽油清洗后，超声波清洗干净，放入周转箱。
【文档编号】B24B37/34GK105834885SQ201610284160
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月29日
【发明人】鲁军, 韩健, 赵娟莉, 李京宏, 邓金刚, 孟华, 陈雨沼, 郭宇帆
【申请人】西安航天精密机电研究所