一种超精密圆球研抛机及研抛工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种超精密圆球研抛机，包括驱动机构、主轴、下磨盘、至少一个上磨盘和至少一个行星盘机构，主轴与驱动机构传动连接，主轴设有行星盘机构，包括金属齿圈和设置在金属齿圈内部的行星盘，每个行星盘机构的行星盘对应一个上磨盘，且行星盘设置在上磨盘与下磨盘之间，所述金属齿圈和上磨盘均与主轴传动连接。本发明还涉及一种超精密圆球研抛工艺。本发明球体工件在研磨时可以自由转动，使球体工件表面研磨均匀，加工效率高，成本低，精密度高。
【专利说明】
一种超精密圆球研抛机及研抛工艺
技术领域
[0001]本发明涉及一种超精密圆球研抛机及研抛工艺，属于高精度球体零件加工技术领域。
【背景技术】
[0002]高精度球体是圆度仪、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，轴承球的进度，直接影响着球轴承的运动精度、噪音及使用寿命等技术指标，进而影响设备、仪器的性能。
[0003]超精密圆球研抛机对球体工件的研磨精度和效率有这重要的影响。研磨过程中，球体工件的研磨方式直接影响成品的质量，研磨轨迹能否均匀覆盖球面是高效研磨球体工件，提高球度，获得高精密球体的关键。传统的超精密圆球研抛机有多种，比如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等，其球体工件只能作“不变相对方位”研磨运动，其球体工件的自旋轴对公转轴的相对空间方位固定，导致球体表面研磨不均匀，加工效率低。而磁悬浮研磨加工装置的控制复杂，成本高。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种球体工件在研磨时可以自由转动，使球体工件表面研磨均匀，加工效率高，成本低的超精密圆球研抛机。
[0005]为了达到上述目的，本发明的技术方案是:一种超精密圆球研抛机，其特征在于:包括驱动机构、主轴、下磨盘、至少一个上磨盘和至少一个行星盘机构，所述主轴与驱动机构传动连接，主轴设有行星盘机构包括金属齿圈和设置在金属齿圈内部的行星盘，每个行星盘机构的行星盘对应一个上磨盘，且行星盘设置在上磨盘与下磨盘之间，所述金属齿圈和上磨盘均与主轴传动连接，所述金属齿圈与下磨盘固定连接，主轴通过金属齿圈带动下磨盘转动;且上磨盘的转动方向与下磨盘转动方向相反，行星盘内设有工件盘孔;所述工件盘孔内设有内设有一个以上的工件盘，工件盘孔内设有多个工件容纳孔;所述行星盘中心固定连接有固定轴，所述上磨盘穿过固定轴而设置在行星盘上方。
[0006]优选的，所述行星盘机构还包括重量调节装置，所述重量调节装置而设置在上磨盘上方。所述重量调节装置用于调节上磨盘对待加工圆球的压力，从而调整上磨盘对待加工圆球的的摩擦力。重量调节装置可选用机械配重装置，也可选用液压装置或气动加压装置。
[0007]优选的，重量调节装置为配重盘，其中部设有圆孔，穿过固定轴而设置在行星盘上方;所述配重盘通过螺栓与上磨盘连接。配重盘设有不同的重量，可选用不同重量的配重盘而调整上磨盘对待加工圆球的的摩擦力。
[0008]优选的，所述主轴上设有下传动齿轮，所述下传动齿轮与金属齿圈啮合传动。
[0009]优选的，所述主轴上固定连接有上传动齿轮，上传动齿轮与上磨盘啮合传动。
[0010]优选的，所述工件盘为圆形或者圆环形。圆环形的工件盘旋转时阻力较小，研磨效果更佳。
[0011]优选的，所述上传动齿轮固定连接在上磨盘主轴上，上磨盘主轴设有中孔，主轴伸入中孔内，且主轴上固定连接有第一伞齿轮，中孔内设有与上磨盘主轴转动连接的第二伞齿轮，第二伞齿轮与第一伞齿轮啮合，且上磨盘主轴上固定连接有第三伞齿轮，第三伞齿轮与第二伞齿轮啮合。
[0012]优选的，所述超精密圆球研抛机还包括研磨液添加装置，研磨液添加装置包括水栗、输出管路和研磨液槽，所述下磨盘设有流通孔，且下磨盘的外沿设有环形的遮挡凸块，研磨液槽位于流通孔下方，水栗置于研磨液槽内，并与输出管路连接，输出管路的出口端位于下磨盘上方。研磨液可选用市售产品。
[0013]优选的，所述下磨盘的上表面和上磨盘的下表面设有可更换研磨层，可更换研磨层(7)为阻尼布。下磨盘的上表面和上磨盘的下表面可以设置不同的阻尼布，可在下磨盘的上表面和上磨盘的下表面形成不同的摩擦力，研磨效果更佳。
[0014]优选的，所述驱动机构(I)为电机。
[0015]本发明的第二目的在于提供一种超精密圆球研抛工艺。
[0016]为了达到上述目的，本发明的技术方案是:一种超精密圆球研抛工艺，包括如下步骤:
(1)根据待加工圆球选择合适的工件盘(56)和行星盘(51)，选择原则是待加工圆球的直径小于工件盘孔(511)的直径，工件盘(56)的直径小于工件盘孔(511)的直径；行星盘(51)和工件盘(56)的厚度相当于待加工圆球直径的70-80%;待加工圆球的直径小于工件盘孔的直径，在上磨盘和下磨盘的摩擦作用下，待加工圆球在工件盘孔中作无规则运动；同理，工件盘也在工件盘孔中作无规则运动，双重无规则运动的设计，能够实现待加工圆球更好的真球度；
(2)将选择好的行星盘(51)放入金属齿圈(55)中，然后将选择好的工件盘(56)放入行星盘(51)的工件盘孔(511)中，再将待加工圆球放入工件盘(56)的工件容纳孔(561)中；
(3)将上磨盘(4)穿过固定轴(52)而放置在行星盘(51)上方，并选择重量调节装置(54)穿过固定轴(52)而放置在上磨盘(4)的上方；
(4)打研磨液添加装置(6)，使得研磨液覆盖下磨盘(3)的表面，启动驱动机构(1)，进行研抛。
[0017]本发明采用简单的机械机构设计，通过主轴带动上磨盘与下磨盘实现相反的转动方向。而且在行星盘内设置工件盘孔，球体工件通过上磨盘和下磨盘的夹持，并且当上磨盘与下磨盘在研磨转动过程中带动球体工件转动，并且行星盘也处于自转过程中，球体工件在工件盘孔内实现自由转动，提高了球体工件的真球度；同时，不同的行星盘中可加工不同规格的工件，加工效率高，成本低。
【附图说明】
[0018]
图1是本发明的【具体实施方式】的结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图，并逆时针旋转90° ; 图3是图2中行星盘机构剖视图。
[0019]图4是图2中I部传动示意图。
【具体实施方式】
[0020]以下结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细的说明。
[0021 ] 参见图1所示，一种超精密圆球研抛机，包括驱动机构1、主轴2、下磨盘3、三个上磨盘4和三个行星盘机构5，主轴2与驱动机构I传动连接，主轴2设有行星盘机构5包括金属齿圈55和设置在金属齿圈55内部的行星盘51，行星盘51为塑料制成，其外径与金属齿圈55的内径相当；每个行星盘51对应一个上磨盘4，且行星盘51设置在上磨盘4与下磨盘3之间；主轴2上设有上传动齿轮8和下传动齿轮53，下传动齿轮53与金属齿圈55啮合传动，主轴2通过金属齿圈55带动下磨盘3转动;且上磨盘4与下磨盘3转动方向相反。
[0022]参见图1、2、3所示，行星盘51中心固定连接有固定轴52，固定轴52与行星盘相垂直，上磨盘4穿过固定轴52而设置在行星盘51上方;行星盘51的工件盘孔511内设有五个工件盘56，工件盘56孔内设有三个工件容纳孔561;工件盘56为圆形或者圆环形。
[0023]参见图4所示，所述上传动齿轮8固定连接在上磨盘主轴70上，上磨盘主轴70设有中孔71，主轴2伸入中孔71内，且主轴2上固定连接有第一伞齿轮72，中孔71内设有与上磨盘主轴70转动连接的第二伞齿轮73，第二伞齿轮73与第一伞齿轮72啮合，且上磨盘主轴70上固定连接有第三伞齿轮74，第三伞齿轮74与第二伞齿轮73啮合。在图4中可以看出，当主轴2转动，带动第一伞齿轮72转动，从而带动第二伞齿轮73转动，第二伞齿轮73带动第三伞齿轮74转动，最终实现主轴2与上磨盘主轴70相反方向转动，研磨效率大大提高。
[0024]参见图1所示，超精密圆球研抛机还包括研磨液添加装置6，研磨液添加装置6包括水栗62、输出管路63和研磨液槽64，所述下磨盘3设有流通孔31，且下磨盘3的外沿设有环形的遮挡凸块32，研磨液槽64位于流通孔31下方，水栗62置于研磨液槽64内，并与输出管路63连接，输出管路63的出口端位于下磨盘3上方。
[0025]参见图2所示，所述下磨盘3的表面设有可更换研磨层7，研磨层7为阻尼布。为了进一步降低使用成本，本发明的下磨盘3附着一层可更换研磨层7，可更换研磨层7属于消耗品，当可更换研磨层7的研磨作用下降，可以及时更换。如果下研磨盘3的上表面直接加工成研磨表面，如果研磨表面磨损严重，只能直接更换下研磨盘3，就会提高使用成本。同样的，上磨盘4上也设有可更换研磨层。
[0026]参见图1、2、3所示，行星盘机构5具有三组，且每组的行星盘机构5的金属齿圈55均与下传动齿轮53嗤合传动。
[0027]驱动机构I为电机，驱动机构I启动后，带动主轴2转动，主轴2同时带动下磨盘3、下传动齿轮53和上传动齿轮8转动。主轴2带动下磨盘3转动，上传动齿轮8带动上磨盘4转动，并且为了提高研磨效率和研磨精度，下磨盘3和上磨盘4的转动方向相反。工件盘56在行星盘51的带动下运动，并同时带动球体工件做不规则的自由转动，因此球体工件表面的研磨均匀，加工效率高，成本低。
[0028]本发明的超精密圆球研抛工艺，包括如下步骤:
(I)根据待加工圆球选择合适的工件盘56和行星盘51，选择原则是待加工圆球的直径小于工件盘孔511的直径，工件盘56的直径小于工件盘孔511的直径，在本发明的一个优选实施例中，待加工圆球的直径为5mm，工件盘孔511的直径为8mm，工件盘56直径为4cm，工件盘孔511的直径为5.5cm;行星盘51和工件盘56的厚度为3.9mm;待加工圆球的直径小于工件盘孔的直径，在上磨盘和下磨盘的摩擦作用下，待加工圆球在工件盘孔中作无规则运动；同理，工件盘也在工件盘孔中作无规则运动，双重无规则运动的设计，能够实现待加工圆球更好的真球度；
(2)将选择好的行星盘51放入金属齿圈55中，然后将选择好的工件盘(56)放入行星盘51的工件盘孔511中，再将待加工圆球放入工件盘56的工件容纳孔561中；
(3)将上磨盘4穿过固定轴52而放置在行星盘51上方，并选择重量调节装置54穿过固定轴52而放置在上磨盘4的上方；
(4)打研磨液添加装置6，使得研磨液覆盖下磨盘3的表面，启动电机，进行研抛。
[0029]通过上述设备和方法加工的圆球真球度<0.02μπι，大大超过光纤中使用的玻璃圆球国际标准(< 0.04μηι)。
[0030]以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种超精密圆球研抛机，其特征在于:包括驱动机构(I)、主轴(2)、下磨盘(3)、至少一个上磨盘(4)和至少一个行星盘机构(5)，所述主轴(2)与驱动机构(I)传动连接，主轴(2)设有行星盘机构(5)包括金属齿圈(55)和设置在金属齿圈(55)内部的行星盘(51)，每个行星盘(51)对应一个上磨盘(4)，且行星盘(51)设置在上磨盘(4)与下磨盘(3)之间，所述金属齿圈(55)和上磨盘(4)均与主轴(2)传动连接，所述金属齿圈(55)与下磨盘(3)固定连接，主轴(2)通过金属齿圈(55)带动下磨盘(3)转动;且上磨盘(4)的转动方向与下磨盘(3)转动方向相反； 所述行星盘(51)内设有工件盘孔(511);所述工件盘孔(511)内设有内设有一个以上的工件盘(56)，工件盘(56)孔内设有多个工件容纳孔(561);所述行星盘(51)中心固定连接有固定轴(52)，所述上磨盘(4)穿过固定轴(52)而设置在行星盘(51)上方。2.根据权利要求1所述的超精密圆球研抛机，其特征在于:所述行星盘机构(5)还包括重量调节装置(54)，所述重量调节装置(54)而设置在上磨盘(4)上方。3.根据权利要求2所述的超精密圆球研抛机，其特征在于:所述重量调节装置(54)为配重盘，其中部设有圆孔，穿过固定轴(52)而设置在行星盘(51)上方;所述配重盘通过螺栓与上磨盘(4)连接。4.根据权利要求1所述的超精密圆球研抛机，其特征在于:所述主轴(2)上设有下传动齿轮(53)，所述下传动齿轮(53)与金属齿圈(55)嗤合传动。5.根据权利要求1所述的超精密圆球研抛机，其特征在于:所述主轴(2)上固定连接有上传动齿轮(8)，上传动齿轮(8)与上磨盘(4)啮合传动。6.根据权利要求1所述的超精密圆球研抛机，其特征在于:所述工件盘(56)为圆形或者圆环形。7.根据权利要求5所述的超精密圆球研抛机，其特征在于:所述上传动齿轮(8)固定连接在上磨盘主轴(70)上，上磨盘主轴(70)设有中孔(71)，主轴(2)伸入中孔(71)内，且主轴(2)上固定连接有第一伞齿轮(72)，中孔(71)内设有与上磨盘主轴(70)转动连接的第二伞齿轮(73)，第二伞齿轮(73)与第一伞齿轮(72)啮合，且上磨盘主轴(70)上固定连接有第三伞齿轮(74)，第三伞齿轮(74)与第二伞齿轮(73)啮合。8.根据权利要求1-7任一项所述的超精密圆球研抛机，其特征在于:还包括研磨液添加装置(6)，研磨液添加装置(6)包括水栗(62)、输出管路(63)和研磨液槽(64)，所述下磨盘(3)设有流通孔(31)，且下磨盘(3)的外沿设有环形的遮挡凸块(32)，研磨液槽(64)位于流通孔(31)下方，水栗(62)置于研磨液槽(64)内，并与输出管路(63)连接，输出管路(63)的出口端位于下磨盘(3)上方。9.根据权利要求1所述的超精密圆球研抛机，其特征在于:所述下磨盘(3)的上表面和上磨盘(4)的下表面设有可更换研磨层(7)，所述可更换研磨层(7)为阻尼布。10.一种超精密圆球研抛工艺，其特征在于包括如下步骤: (1)根据待加工圆球选择合适的工件盘(56)和行星盘(51)，选择原则是待加工圆球的直径小于工件盘孔(511)的直径，工件盘(56)的直径小于工件盘孔(511)的直径；行星盘(51)和工件盘(56 )的厚度相当于待加工圆球直径的70-80%; (2)将选择好的行星盘(51)放入金属齿圈(55)中，然后将选择好的工件盘(56)放入行星盘(51)的工件盘孔(511)中，再将待加工圆球放入工件盘(56)的工件容纳孔(561)中； (3)将上磨盘(4)穿过固定轴(52)而放置在行星盘(51)上方，并选择重量调节装置(54)穿过固定轴(52)而放置在上磨盘(4)的上方； (4)打开研磨液添加装置(6)，使得研磨液覆盖下磨盘(3)的表面，启动驱动机构(I)，进行研抛。
【文档编号】B24B37/025GK106002605SQ201610586347
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月22日
【发明人】蔡志明, 蔡舒
【申请人】常州市润昌光电科技有限公司