CN104999356A - 一种陶瓷球毛坯修整装置 - Google Patents

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吕冰海
戴伟涛
翁海舟
邓乾发
林益波
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Zhejiang University of Technology ZJUT
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    • B24B41/00—Component parts such as frames, beds, carriages, headstocks
    • B24B41/06—Work supports, e.g. adjustable steadies

Abstract

一种陶瓷球毛坯修整装置，包括上压盘、保持架和下压盘，所述上压盘位于下压盘上方，所述保持架位于上压盘与下压盘之间，所述上压盘的上方设有用于提供加压载荷的加载装置，所述保持架的轴心线和下压盘的转轴呈同轴设置，所述保持架可转动地套装在所述下压盘的转轴上，所述上压盘的转轴与下压盘的转轴存在确定偏距，所述偏距大于上压盘或下压盘任意一盘的半径且小于上压盘和下压盘的半径之和。本发明提供一种加工效率高、加工一致性良好且成本较低的陶瓷球毛坯修整装置。

Description

一种陶瓷球毛坯修整装置
技术领域
本发明属于球坯修整技术，尤其是一种陶瓷球毛坯修整装置。
背景技术
氮化硅等先进陶瓷具有密度小、硬度高、刚度高、耐磨损、热膨胀系数低、热稳定性和化学稳定性好等极为优良的综合性能,被认为是目前制造高速、高精度轴承滚动体的最佳材料。陶瓷球粗研工序要完成陶瓷球毛坯95％的加工余量,一直是影响陶瓷球加工效率的瓶颈之一。主要原因一是氮化硅陶瓷材料硬度极高(可达到HV1600MPa),材料较难去除；二是刚烧结完成的毛坯球圆度误差较大(达到将近300μm),加工去除余量大。
陶瓷球是应用最为广泛的结构陶瓷零件之一，在其加工工艺中，陶瓷球毛坯的修整加工占有极其重要的地位，毛坯修整质量的好坏直接关系到后续的加工效率。在国内，传统的陶瓷球毛坯修整还停留在手工操作的基础上，其加工过程运用管状刀具以一定转速旋转，以去除加工余量，球坯在人手的操作下实现沿球面各个方向的进给，最终加工出比较理想的球体，但该方法加工效率低，质量更是难以保证。天津大学任成祖等提出了一种双砂轮修形方法，该方法相对传统方法提高了对陶瓷球毛坯的修整质量和效率，但是该方法仍旧只能每次对单个球坯加工，因此效率也不高，并且由于两个砂轮对陶瓷球进行挤压磨削，脆性材质的陶瓷球毛坯很容易被挤碎。浙江工业大学叶程等提出了一种陶瓷球毛坯摇摆式修整方法，该方法通过下盘旋转运动及上盘左右摆动来主动驱动陶瓷球毛坯进行修整，该方法虽然能保证球坯有较好的球度，但是由于保持架中不同圆周上的陶瓷球毛坯的线速度不同，从而导致直径一致性较差。为了解决研磨效率低下的问题,在国外现已开发出一种“近终形”陶瓷球毛坯成形烧结工艺,其圆度误差和直径变动量均较小,可直接进行研磨加工，但是这种工艺难度大，成本高，难以大规模推广应用。针对国内外对陶瓷球毛坯修整加工效率较低、加工一致性较差、成本较高的现状，迫切需要开发一种高效率、高一致性、低成本批量加工的陶瓷球毛坯修整装置。
发明内容
为了克服陶瓷球毛坯修整加工效率较低、加工一致性较差、成本较高的不足，本发明提供一种加工效率高、加工一致性良好且成本较低的陶瓷球毛坯修整装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种陶瓷球毛坯修整装置，包括上压盘、保持架和下压盘，所述上压盘位于下压盘上方，所述保持架位于上压盘与下压盘之间，所述上压盘的上方设有用于提供加压载荷的加载装置，所述保持架的轴心线和下压盘的转轴呈同轴设置，所述保持架可转动地套装在所述下压盘的转轴上，所述上压盘的转轴与下压盘的转轴存在确定偏距，所述偏距大于上压盘或下压盘任意一盘的半径且小于上压盘和下压盘的半径之和。
进一步，所述保持架呈圆盘状，所述保持架的盘面上开有供待加工零件放置的圆形加工槽。
更进一步，所述圆形加工槽呈放射状、同心圆状或栅格状分布。根据所要加工陶瓷球毛坯的直径大小可以选择合适的保持架。
所述上压盘的下底面圆周设有圆弧倒角。
再进一步，所述保持架中心为一个套筒，所述套筒套于下压盘转轴上。当然，也可以采用其他结构。
本发明的技术构思为：待加工的陶瓷球毛坯工件以一定的排列方式放置在上、下压盘之间的保持架中，上、下压盘与保持架构成平行平面。在加工载荷的作用下，加工区域的球坯工件与上、下压盘接触；上、下压盘驱动开启后，球坯工件在上、下压盘的摩擦力作用下驱动保持架转动，球坯绕着保持架中心公转的同时自身滚动，作复杂空间运动。由于上、下压盘具有相同的转速以及相同转向，使保持架中不同圆周上的球坯与上、下压盘的相对速度方向虽然不一致，但大小相同，从而使在加工区域的所有球坯与上、下压盘接触位置的材料去除率相同。另外，球坯工件作复杂的空间运动，球坯上的各点与上、下压盘交替接触，从而使球坯外圆得到均匀材料去除。本装置可保证工件加工条件的一致性，使各球坯工件的外圆获得均匀修整；同时，可以通过调节上、下盘转速提高加工效率，最终实现对陶瓷球毛坯工件的高效率、高一致性加工。
本发明的有益效果主要体现在：(1)一次可批量加工多个工件，每个工件的加工条件都是一致的，可实现对陶瓷球毛坯工件的高效率修整加工，大幅度提高陶瓷球毛坯的球度以及直径与圆度一致性；(2)该种加工装置通过保持架将球分隔，消除了球与球之间的碰撞，避免了不必要的损伤；(3)装置机构简单，易于操作，成本低。
附图说明
图1是种陶瓷球毛坯修整装置的示意图。
图2是图1的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1和图2，一种陶瓷球毛坯修整装置，包括上压盘2、保持架4和下压盘5，所述上压盘2位于下压盘5上方，所述保持架4位于上压盘2与下压盘5之间，所述上压盘的上方设有用于提供加压载荷的加载装置，所述保持架4的轴心线7和下压盘5的转轴呈同轴设置，所述保持架4可转动地套装在下压盘5转轴上，所述上压盘2的转轴与下压盘5的转轴存在确定偏距，，所述偏距大于上压盘或下压盘任意一盘的半径且小于上压盘和下压盘的半径之和。
进一步，所述保持架4呈圆盘状，所述保持架4的盘面上开有供待加工零件放置的圆形加工槽。
所述圆形加工槽呈放射状、同心圆状或栅格状分布。根据所要加工陶瓷球毛坯工件3的直径大小可以选择合适的保持架。
再进一步，所述上压盘2的下底面圆周设有圆弧倒角，为了保证保持架4中不在加工区域的球坯都能平稳的进入加工区域。
所述保持架4中心为一个套筒，所述套筒套于下压盘5转轴上。
更进一步，加工时，加载装置通过所述上压盘2作用于陶瓷球毛坯工件3，通过所述上压盘2与下压盘5平面对陶瓷球毛坯工件3进行修整。所述上、下压盘的转速相同，转向一致。
所述上压盘2、保持架4与下压盘5的材料可以为纯金属、合金、陶瓷、树脂中的一种。
本实施例中，所述上压盘2、下压盘5材料为纯金属、合金、陶瓷、树脂或其他非金属材料的一种；上压盘驱动轴1、下压盘驱动轴6和分别由两个电机分别驱动，上压盘驱动轴1、下压盘驱动轴6分别驱动上压盘2、下压盘5；工件在上、下压盘的摩擦力作用下驱动保持架4按一定的方向转动；上压盘的轴心线8与下压盘、保持架的轴心线7存在一定的偏心距，且偏心距可调。
上压盘、下压盘由两个电机通过传动系统分别驱动，转速、转向可以任意调节，在本装置中，ω1为上压盘的转速，ω2为保持架的转速，ω3为下压盘的转速。在本装置中，上压盘的转速ω1与下压盘的转速ω3相同，转向也一致，保持架的转速ω2由上、下压盘的转速以及加工载荷所决定。
加工时，将一批平均直径为10mm的氮化硅陶瓷球毛坯工件3放在同心圆状的保持架4的槽中，并调整上压盘驱动轴1、下压盘驱动轴6的转速为60rpm以及上压盘的轴心线8与下压盘、保持架的轴心线7的偏心距600mm，并通过加压装置对上压盘2施加一定的压力，并在上、下压盘之间加入适当的水和防锈油作为冷却液，对一批陶瓷球毛坯工件3的外圆同时进行加工1h后，材料去除率达到1.21mm/h，球坯的圆度误差从235μm快速的修正到了低于5μm，最好达到低于1μm，并且具有良好的直径和圆度一致性，误差分别不超过10μm和2μm。

Claims (5)

1.一种陶瓷球毛坯修整装置，包括上压盘、保持架和下压盘，所述上压盘位于下压盘上方，所述保持架位于上压盘与下压盘之间，所述上压盘的上方设有用于提供加压载荷的加载装置，其特征在于：所述保持架的轴心线和下压盘的转轴呈同轴设置，所述保持架可转动地套装在所述下压盘的转轴上，所述上压盘的转轴与下压盘的转轴存在确定偏距，所述偏距大于上压盘或下压盘任意一盘的半径且小于上压盘和下压盘的半径之和。
2.如权利要求1所述的陶瓷球毛坯修整装置，其特征在于：所述保持架呈圆盘状，所述保持架的盘面上开有供待加工零件放置的圆形加工槽。
3.如权利要求2所述的陶瓷球毛坯修整装置，其特征在于：所述圆形加工槽呈放射状、同心圆状或栅格状分布。
4.如权利要求1～3之一所述的陶瓷球毛坯修整装置，其特征在于：所述上压盘的下底面圆周设有圆弧倒角。
5.如权利要求1～3之一所述的陶瓷球毛坯修整装置，其特征在于：所述保持架中心为一个套筒，所述套筒套于下压盘转轴上。
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