CN102328269A - 一种用于微小球面的高精度研磨机及其研磨方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于微小球面的高精度研磨机及其研磨方法，所述研磨机包括工作台、工件夹持机构、工件微调机构、工件摆动机构、找正机构、研具夹持机构和研具微调机构，本发明还涉及一种微小球面的高精度研磨方法，经过装夹工件、高精度定位、涂抹研磨液、调整研磨压力、研磨等工序而加工成高精度的微小球面工件，该研磨机不仅可牢固夹持微小工件，而且可控制工件球心到摆动中心线的距离，并对此距离进行检测，达到高精度的定位，实现对微小球面的高转速高精度研磨，大大提高工件的研磨质量和研磨效率。

Description

一种用于微小球面的高精度研磨机及其研磨方法

技术领域

本发明属于球面研磨加工技术领域，特别是涉及一种用于研磨微小球面的高精度研磨机及其研磨方法。

背景技术

航天产品如惯导设备、导引头、伺服控制驱动等部件，都要求很高的精密部件，它们的加工精度高到亚微级甚至进入纳米量级，而且有的加工工件尺寸极小，给加工带来很大的困难，尤其是一些微小球面的高精度研磨加工，利用现有的加工设备存在操作难度大、加工效率低、加工质量不稳定等问题。

专利号为ZL200810303595.2的专利文献公开了一种柱状工件球面的研磨方法及研磨机，所述研磨机包括机架，机架上设有工作台，工作台的一端设有卡盘，工作台下方安装有调幅摆旋装置，调幅摆旋装置上的法兰盘固定在工作台上，调幅摆旋装置上的连轴伸出工作台与研具架连接，研具架上设有研磨头，上述研磨机只适于较大柱状工件的研磨，在用于微小球面研磨加工时，存在如下技术缺陷：(1)工作台上设置的卡盘只能用于夹持尺寸较大的工件，若夹持尺寸较小的工件，比如外径小于φ2的工件，由于夹持不够牢固，在研磨过程中随卡盘的高速转动工件会脱落，甚至有可能会损伤操作人员；(2)该研磨机中的调幅摆旋装置虽然可实现使研磨头精确地以球心垂线为轴定心变速往复摆旋，但结构复杂，操作也很繁琐，加工操作不够便利；(3)研磨机中没有设置用于检查工件球心定位偏差大小和偏差方向的机构，使加工质量大大降低，尤其是用于微小球面的高精度研磨时，不能实现高精度研磨，不能保证研磨质量。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于微小球面的高精度研磨机及其研磨方法，该研磨机不仅可牢固夹持微小工件，而且可控制工件球心到摆动中心线的距离，并对此距离进行检测，达到高精度的定位，实现对微小球面的高转速高精度研磨，大大提高工件的研磨质量和研磨效率。

本发明的技术方案为：所述研磨机包括工作台、工件夹持机构、工件微调机构、工件摆动机构、找正机构、研具夹持机构和研具微调机构，工作台的左侧固定有工件摆动机构，用于带动工件绕其摆动中心线摆动，工件摆动机构上设置有工件微调机构和找正机构，工件微调机构用于调节工件球心相对于其摆动中心线的位置，工件微调机构上安装有工件夹持机构，用于夹持工件并使其旋转，找正机构用于检测工件球心相对于其摆动中心线的距离，以便调节工件微调机构使工件球心逼近其摆动中心线，工作台的右侧固定有研具微调机构，研具微调机构与研具夹持机构相连。

所述研具夹持机构中设置有压力传感器，用于在线测量研磨压力。

本发明还涉及一种微小球面的高精度研磨方法，经过装夹工件、高精度定位、涂抹研磨液、调整研磨压力、研磨等工序而加工成高精度的微小球面工件。

与现有技术相比，本发明达到的技术效果为：(1)工件夹持机构中设置有弹簧夹头，弹簧夹头弹性限度范围大，可牢固地夹持小尺寸的工件，从而实现了微小球面在高转速下的研磨加工；(2)研磨机中设置有找正机构，可用于检查工件球心定位偏差大小和偏差方向的机构，大大提高了工件的研磨质量和研磨效率，尤其是用于微小球面时，可实现高精度研磨，加工后微小球面的粗糙度可稳定达到Ra0.02，球面的圆度可稳定达到0.2μm，球面与加工基准柄部同轴度稳定达到1μm；(3)工件微调机构用于调节工件球心相对于其摆动中心线的位置，其结构为简单的螺纹结构，不仅可准确地控制工件球心相对于其摆动中心线的位置，而且简化了操作，使研磨加工更为便利；(4)研磨机中同时设置有微调机构和找正机构以实现对零件的高精度定位，然后又采用柔性浮动结构，消除了定位误差对高精度研磨的影响；(5)研磨机中安装了压力传感器，实现对研磨压力的同步测量，使研磨压力可控可调，另外还可安装计时器和继电器对研磨过程进行控制。

附图说明

图1是本发明的结构简图；

图2是本发明中找正机构的结构放大图；

图3是本发明中工件微调机构主视放大图；

图4是本发明中工件微调机构俯视放大图；

图5是图4的A-A向剖面放大图；

图6是图4的C-C向剖面放大图；

图7是图4的B-B向剖面放大图；

图8是本发明中工件夹持机构剖面图。

图中：1-工作台，2-旋转摆动装置，3-研具夹持机构，4-摆动机构，5-工件微调机构，6-工件夹持机构，7-找正机构，8-研具微调机构，9-电机，10-联轴节，11-轴承组件，12-螺纹间隙消除组件，13-轴承，14-位移调节组件a，15-位移调节组件b，16-弹簧夹头，17-主轴，18-密封圈，19-前盖板，20-衬套，21-轴承支座，22-后盖板，23-上滑板，24-下滑板，25-压板a，26-挡块a，27-压板b，28-挡块b，30-下滑板支座，31-支座a，32-螺杆a，33-摆板支座，34-螺杆b，35-支座b，36-摆板，37-圆锥柄螺杆Ⅰ，38-圆锥柄螺杆Ⅱ，39-缝隙a，40-缝隙b，41-摆动轴，42-表架，43-千分表，44-压力传感器

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对本发明做任何限制的依据。

本发明的结构简图如图1所示，所述研磨机包括工作台1、工件夹持机构6、工件微调机构5、工件摆动机构4、找正机构7、研具夹持机构3和研具微调机构8，工作台1的左侧固定有工件摆动机构4，用于带动工件绕其摆动中心线摆动，工件摆动机构4上设置有工件微调机构5和找正机构7，工件微调机构5用于调节工件球心相对于其摆动中心线的位置，工件微调机构5上安装有工件夹持机构6，用于夹持工件并使其旋转，找正机构7用于检测工件球心相对于其摆动中心线的距离，以便调节工件微调机构5使工件球心逼近其摆动中心线，工作台1的右侧固定有研具微调机构8，研具微调机构8与研具夹持机构3相连，研具夹持机构3中设置有压力传感器44。

本发明中找正机构的结构如图2所示，所述找正机构7由千分表43、表架42及摆动轴41组成，摆动轴41设置在工件摆动机构上，摆动轴41上安装有表架42，所述表架42上装有千分表43，用于检测研具球心到摆动中心线的距离。

本发明中工件微调机构的结构如图3、图4所示，所述工件微调机构5包括上滑板23、下滑板24、挡块a26、压板a25、挡块b28、压板b27、位移调节组件a14、位移调节组件b15和螺纹间隙消除组件12，挡块b28和压板b27固定在所述工件摆动机构4的摆板36上，限制下滑板24只能沿一个方向运动，挡块a26和压板a25固定在下滑板24上，限制上滑板23只能沿与下滑板24运动方向不同的一个方向运动。

上述工件微调机构中位移调节组件a14的结构如图5所示，所述位移调节组件a14用于调节上、下滑板间的相对位移，包括下滑板支座30、支座a31和螺杆a32组成，下滑板支座30固定在下滑板24上，支座a31固定于上滑板23上，螺杆a32插入下滑板支座30和支座a31上开有的螺纹孔内，通过调节螺杆a32即可调节上、下滑板间的相对位移。

上述工件微调机构中位移调节组件b15的结构如图6所示，所述位移调节组件b15用于调节下滑板24与摆板36间的相对位移，包括摆板支座33、支座b35和螺杆b34，摆板支座33固定在摆板36上，支座b35固定于下滑板24上，螺杆b34插入摆板支座33和支座b35上开有的螺纹孔内，通过调节螺杆b34即可调节下滑板24与摆板36间的相对位移。

上述工件微调机构中螺纹间隙消除组件的结构如图7所示，所述螺纹间隙消除组件12由圆锥柄螺杆Ⅰ37和圆锥柄螺杆Ⅱ38组成，所述位移调节组件a14的支座a31上设置有两个圆锥孔，用于安装圆锥柄螺杆Ⅰ37和圆锥柄螺杆Ⅱ38，支座a31的螺纹孔径向开缝隙39将螺纹孔分为两段，调节圆锥柄螺杆Ⅰ37和圆锥柄螺杆Ⅱ38上的螺母时，圆锥柄螺杆Ⅰ37和圆锥柄螺杆Ⅱ38的圆锥面使支座a31的两段螺纹孔向相反的方向移动，消除支座a31螺纹孔与调节螺杆a32的螺纹间隙，所述螺纹间隙消除组件共有2个，分别用于消除位移调节组件a14和位移调节组件b15的螺纹间隙。

本发明中工件夹持机构的结构剖面图如图8所示，所述工件夹持机构6包括电机9、联轴节10、主轴17、轴承组件11和弹簧夹头16，电机9通过电机支座安装在微调机构5上，电机9上安装有联轴节10，联轴节10与主轴17的一端连接，主轴17通过轴承组件11固定在所述微调机构5上，主轴17与轴承组件11之间设置有衬套20，主轴17的另一端安装有弹簧夹头16，弹簧夹头16上夹持有工件，轴承组件11由轴承支座21、轴承13、密封圈18、前盖板19、后盖板22组成，轴承支座21安装在所述微调机构5上，轴承支座21的两端设置有前盖板19和后盖板22，轴承13安装于轴承支座21内，轴承13与轴承支座21间设置有密封圈18。

本发明中所述微小球面的高精度研磨方法具体步骤如下。

第一步：装夹工件，将微小球面工件装夹在工件夹持机构6的弹簧夹头16上。

第二步：高精度定位，对正工件球心相对于摆动轴线的位置，通过找正机构7的千分表43围绕摆动转轴的转动，检查出工件球心定位的偏差大小和偏差方向，再通过工件微调机构5和研具微调机构8进行微调至研磨要求的定位精度。

第三步：在微小球面工件的研磨部位涂抹研磨液。

第四步：调整研磨压力，通过研具夹持机构3上设置的压力传感器44检测施加到工件上的研磨压力，分别实现粗加工、半精加工和精加工时对不同研磨压力的调整和时间控制。

第五步：研磨，最后加工成高精度的微小球面工件。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (3)

1.一种用于微小球面的高精度研磨机，其特征在于：包括工作台(1)、工件夹持机构(6)、工件微调机构(5)、工件摆动机构(4)、找正机构(7)、研具夹持机构(3)和研具微调机构(8)，工作台(1)的左侧固定有工件摆动机构(4)，用于带动工件绕其摆动中心线摆动，工件摆动机构(4)上设置有工件微调机构(5)和找正机构(7)，工件微调机构(5)用于调节工件球心相对于其摆动中心线的位置，工件微调机构(5)上安装有工件夹持机构(6)，用于夹持工件并使其旋转，找正机构(7)用于检测工件球心相对于其摆动中心线的距离，以便调节工件微调机构(5)使工件球心逼近其摆动中心线，工作台(1)的右侧固定有研具微调机构(8)，研具微调机构(8)与研具夹持机构(3)相连。

2.根据权利要求1所述的一种用于微小球面的高精度研磨机，其特征在于：所述研具夹持机构(3)中设置有压力传感器(44)。

3.用于上述任一项研磨机的高精度研磨方法，其特征在于：经过装夹工件、高精度定位、涂抹研磨液、调整研磨压力、研磨等工序而加工成高精度的微小球面工件。

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