CN102172884A - 一种轴承及精密机械用陶瓷球加工装置及方法 - Google Patents

一种轴承及精密机械用陶瓷球加工装置及方法 Download PDF

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罗唯力
吴连生
刘国成
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Abstract

本发明提供了一种轴承及精密机械用陶瓷球加工装置，包括支架，其特征在于：还包括：一浮动板，安装在所述支架上；一力发生装置，对所述浮动板产生一竖直向上的力；一下磨盘，安装在所述浮动板上；一上磨盘，固定在所述下磨盘的上方，并由第二变频电机驱动绕中心轴
Figure DEST_PATH_IMAGE002
旋转，该上磨盘与所述下磨盘的旋转方向相反，中心轴
Figure DEST_PATH_IMAGE004
与中心轴
Figure 64698DEST_PATH_IMAGE002
之间间隔一距离e。本发明还提供了采用上述装置的方法。本发明的优点是：可用来对陶瓷球进行坯球粗磨、半精磨及研磨。生产效率平均可提高5至8倍，更进一步，还能保证加工的均匀性。

Description

一种轴承及精密机械用陶瓷球加工装置及方法
技术领域
本发明涉及一种用于轴承及精密机械的陶瓷球的加工装置及方法。
背景技术
用先进陶瓷（                                                为主）作为球体，钢作为内外圈的混合轴承始于上世纪七十年代初期，现在已商业化生产。我国则从上世纪九十年代开始研制该混合轴承，现在亦步入一定规模的生产。由于陶瓷球具有高硬度、高强度、低比重以及耐高温、耐腐蚀和电气绝缘等优异性能，已越来越多用于制造高刚度和高转速轴承，并应用在各种不同的机械上。
近期由于大力发展风力发电成为我国发展新能源国策的重要内容，需要大批生产风力发电机。风力发电机的设计寿命一般为20-30年，但已发现在服役期内，大多风力发电机即出现风叶调整轴承过早磨损，齿轮箱轴承也出现针孔状损伤的情况。为了解释上述问题，使用带陶瓷球的混合轴承代替风力发电机原先使用的全钢轴承被认为是优先选项。在这样的背景推动下，市面对陶瓷球的需求，不论从数量或品种上都越来越大。
然而由于先进陶瓷的硬度很高，达1300-1600Hv，远远高出轴承钢的700Hv，磨削或研磨都相当困难。同时陶瓷球坯由烧结而成，毛坯精度较低，留有较大的加工余量，因此陶瓷球的加工相当费时。目前对陶瓷球的磨削、研磨以及精研，均沿用加工钢球的工艺和设备，只是在磨料方面有所不同，生产效率较低。
结合图1，现有的研磨陶瓷球的方法为：在固定盘1上加载压力P，在转动盘3上开有V型槽，在V型槽中放入待加工的陶瓷球2，磨料4分布于转动盘3、固定盘1和陶瓷球2之间，其中，固定盘1与转动盘3的轴心相重合，研磨时，转动盘3由电机驱动转动，电机的线速N一般控制在2.3米/秒以下，压力P则需要控制在20-40×103牛顿，磨盘材料通常采用合金铸铁材料，通过磨料对陶瓷球2进行切削，磨削直径7毫米陶瓷坯球，其研磨率只能达到0.2～0.3微米/分。同时，一些国外研究报导表明，用带V型槽的单盘驱动磨球时，球面与磨盘的接触轨迹为一个固定的圆环，这是一个很不理想结果。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种提高先进陶瓷球研磨效率的方法。本发明的另一个目的是提供一种能实现上述方法的装置。
为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供一种轴承及精密机械用陶瓷球加工装置，包括支架，其特征在于：还包括：
一浮动板，安装在所述支架上，并在其上可上下移动；
一力发生装置，对所述浮动板产生一竖直向上的力；
一下磨盘，安装在所述浮动板上，并由第一变频电机驱动绕中心轴
Figure 2011100780175100002DEST_PATH_IMAGE002
旋转；
一上磨盘，固定在所述下磨盘的上方，并由第二变频电机驱动绕中心轴旋转，该上磨盘与所述下磨盘的旋转方向相反，中心轴
Figure 483953DEST_PATH_IMAGE002
与中心轴
Figure 879162DEST_PATH_IMAGE003
之间间隔一距离e。
本发明的另一个技术方案是提供了一种轴承及精密机械用陶瓷球加工方法，其特征在于：步骤为：
将待研磨的陶瓷球置于上磨盘与下磨盘之间，下磨盘由第一变频电机驱动绕中心轴
Figure 880485DEST_PATH_IMAGE002
旋转，在上磨盘上加载压力或在下磨盘上加载拉力，将第一变频电机的线速度控制在至少5米/秒，将压力或拉力控制在40-100牛顿，其上下磨盘材料采用金刚石磨板（下同），从而完成对陶瓷球的研磨。
进一步，上磨盘同时由第二变频电机驱动绕中心轴
Figure 702947DEST_PATH_IMAGE003
旋转，该上磨盘的旋转方向与所述下磨盘的旋转方向相反，中心轴
Figure 969981DEST_PATH_IMAGE003
与所述中心轴
Figure 168881DEST_PATH_IMAGE002
之间间隔一距离e，将第二变频电机的线速度控制在至少5米/秒。
本发明提供的方法采用轻载高速代替沿用的重载低速进行研磨，磨削直径7毫米陶瓷坯球，其平均的粗磨效率可达6.45微米/分，精磨的效率可达2.03微米/分，大大提高了研磨效率。更进一步，本发明提供的方法用偏心安装的双盘驱动代替沿用的单盘驱动，可以避免加工不均匀的缺点。同时，本发明还提供了一种可以采用上述方法的设备。
综上所述，本发明的优点是：可用来对陶瓷球进行坯球粗磨、半精磨及研磨。生产效率平均可提高5至8倍，更进一步，还能保证加工的均匀性。
附图说明
图1为现有的研磨示意图；
图2为本发明提供的一种轴承及精密机械用陶瓷球加工方法示意图；
图3为原理说明图；
图4为本发明提供的一种轴承及精密机械用陶瓷球加工装置示意图。
附图标记说明
1  固定盘                      2   陶瓷球
3  转动盘                      4   磨料
5  上磨盘                      6   下磨盘
7  外围挡圈                    8   内围挡圈
9  循环水                      10  浮动板
11 第一变频电机                12  第二变频电机
13 上固定板                    14  底座
15 导向柱                      16  导向轴承
17 滑轮                        18  钢丝绳
19 平衡重                      20  砝码
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
结合图2，本发明提供的一种轴承及精密机械用陶瓷球加工方法，其步骤为：将待研磨的陶瓷球2置于上磨盘5与下磨盘6之间，下磨盘6由第一变频电机驱动绕中心轴
Figure 837760DEST_PATH_IMAGE002
旋转，在下磨盘6上加载拉力，上磨盘5同时由第二变频电机驱动绕中心轴
Figure 768807DEST_PATH_IMAGE003
旋转，该上磨盘5的旋转方向与所述下磨盘6的旋转方向相反，中心轴
Figure 523136DEST_PATH_IMAGE003
与所述中心轴
Figure 260148DEST_PATH_IMAGE002
之间间隔一距离e。若为磨削，则将第一变频电机的线速度及第二变频电机的线速度
Figure 783533DEST_PATH_IMAGE005
控制在6～8米/秒，将拉力控制在50～100牛，若为研磨，则将第一变频电机的线速度
Figure 400328DEST_PATH_IMAGE004
及第二变频电机的线速度
Figure 641954DEST_PATH_IMAGE005
控制在5～7米/秒，将拉力控制在40～80牛。
进一步，在下磨盘6的外缘及中部分别安装一圈外围挡圈7及内围挡圈8，外围挡圈7及内围挡圈8用于防止所述陶瓷球2外逸。
在外围挡圈7、内围挡圈8及下磨盘6共同形成的槽内加入循环水9，通过循环水9来清洗陶瓷磨屑。
其中，第一变频电机为分档调速，第二变频电机为连续调速。上磨盘5及下磨盘6为金刚石磨盘。
上述方法的第一个特征是用轻载高速代替原先的重载低速进行研磨，其原理是提高陶瓷球与磨盘接触处点的滑动速度以增加微切削作用，即提高研磨率。不论磨具如何，轻载高速的方法可以大大提高研磨效率。
其更进一步的特征是用偏心安装的双盘驱动代替沿用的单盘驱动。如图3所示，假设被加工陶瓷球从位置a转到与下磨盘轴线对称的位置b时，球中心与下磨盘轴线距离是相等的，即rda=rdb；而与上磨盘轴线距离不等，有rua＞rub。因而，以下磨盘驱动陶瓷球自旋的角速度向量，ωda与ωdb，在数值上是相等的。而以上磨盘驱动陶瓷球自旋的角速度向量ωua与ωub是不等的，因此，当球从位置a公转至位置b时，其合成的角速度向量发生不断的变化，也就是球在公转时其自转轴线位置不断改变，由此可知，球面与磨盘的接触轨迹不可能是一个圆环，而是不断地顺次展开，从而保证了加工的均匀性。
如图4所示，本发明还提供了一种采用上述方法的装置，包括支架，浮动板10，安装在支架上，并在其上可上下移动。力发生装置对所述浮动板10产生一竖直向上的力。下磨盘6安装在浮动板10上，并由第一变频电机11驱动绕中心轴
Figure 917077DEST_PATH_IMAGE002
旋转。上磨盘5固定在下磨盘6的上方，并由第二变频电机12驱动绕中心轴
Figure 560548DEST_PATH_IMAGE003
旋转，该上磨盘5与下磨盘6的旋转方向相反，中心轴
Figure 833398DEST_PATH_IMAGE002
与中心轴
Figure 562319DEST_PATH_IMAGE003
之间间隔一距离e。
支架包括上固定板13及底座14，在上固定板13与底座14之间固定有竖直的导向柱15，在导向柱15外套有导向轴承16，所述浮动板10的两端分别固定在一个导向轴承16上。
力发生装置包括位于所述支架底部的负重及固定在所述支架顶部的滑轮17，钢丝绳18的一端连接负重，另一端绕过滑轮17连接所述浮动板10。负重包括平衡重19及砝码20，浮动板10及安装于其上的所有部件，包括加入陶瓷坯球2后的所有重量，与平衡重19平衡，因而加载的拉力仅由加载的砝码20来决定，可以实现很轻的加载压力，最小砝码20的重量为5牛顿。
在下磨盘6的外缘及中部分别安装一圈外围挡圈7及内围挡圈8，外围挡圈7及内围挡圈8用于防止所述陶瓷球2外逸。

Claims (10)

1.一种轴承及精密机械用陶瓷球加工装置，包括支架，其特征在于：还包括：
一浮动板（10），安装在所述支架上，并在其上可上下移动；
一力发生装置，对所述浮动板（10）产生一竖直向上的力；
一下磨盘（6），安装在所述浮动板（10）上，并由第一变频电机（11）驱动绕中心轴                                               旋转；
一上磨盘（5），固定在所述下磨盘（6）的上方，并由第二变频电机（12）驱动绕中心轴
Figure 2011100780175100001DEST_PATH_IMAGE004
旋转，该上磨盘（5）与所述下磨盘（6）的旋转方向相反，中心轴与中心轴
Figure 374571DEST_PATH_IMAGE004
之间间隔一距离e。
2.如权利要求1所述的一种轴承及精密机械用陶瓷球加工装置，其特征在于：所述支架包括上固定板（13）及底座（14），在上固定板（13）与底座（14）之间固定有竖直的导向柱（15），在导向柱（15）外套有导向轴承（16），所述浮动板（10）的两端分别固定在一个导向轴承（16）上。
3.如权利要求1所述的一种轴承及精密机械用陶瓷球加工装置，其特征在于：所述力发生装置包括位于所述支架底部的负重及固定在所述支架顶部的滑轮（17），钢丝绳（18）的一端连接负重，另一端绕过滑轮（17）连接所述浮动板（10）。
4.如权利要求1所述的一种轴承及精密机械用陶瓷球加工装置，其特征在于：在所述下磨盘（6）的外缘及中部分别安装一圈外围挡圈（7）及内围挡圈（8），外围挡圈（7）及内围挡圈（8）用于防止所述陶瓷球（2）外逸。
5.一种轴承及精密机械用陶瓷球加工方法，其特征在于：步骤为：
将待研磨的陶瓷球（2）置于上磨盘（5）与下磨盘（6）之间，下磨盘（6）由第一变频电机驱动绕中心轴旋转，在上磨盘（5）上加载压力或在下磨盘（6）上加载拉力，将第一变频电机的线速度控制在至少5米/秒，将压力或拉力控制在40-100牛，从而完成对陶瓷球（2）的研磨。
6.如权利要求5所述的一种轴承及精密机械用陶瓷球加工方法，其特征在于：上磨盘（5）同时由第二变频电机驱动绕中心轴
Figure 745827DEST_PATH_IMAGE004
旋转，该上磨盘（5）的旋转方向与所述下磨盘（6）的旋转方向相反，中心轴
Figure 583333DEST_PATH_IMAGE004
与所述中心轴之间间隔一距离e，将第二变频电机的线速度控制在至少5米/秒。
7.如权利要求6所述的一种轴承及精密机械用陶瓷球加工方法，其特征在于：所述第一变频电机为分档调速，所述第二变频电机为连续调速。
8.如权利要求5所述的一种轴承及精密机械用陶瓷球加工方法，其特征在于：在所述下磨盘（6）的外缘及中部分别安装一圈外围挡圈（7）及内围挡圈（8），外围挡圈（7）及内围挡圈（8）用于防止所述陶瓷球（2）外逸。
9.如权利要求8所述的一种轴承及精密机械用陶瓷球加工方法，其特征在于：在所述外围挡圈（7）、内围挡圈（8）及下磨盘（6）共同形成的槽内加入循环水（9），通过循环水（9）来清洗陶瓷磨屑。
10.如权利要求5所述的一种轴承及精密机械用陶瓷球加工方法，其特征在于：所述上磨盘（5）及下磨盘（6）为金刚石磨盘。
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