CN106002605A - 一种超精密圆球研抛机及研抛工艺 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种超精密圆球研抛机及研抛工艺

技术领域

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

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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泵、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，水泵置于研磨液槽内，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。

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。

优选的，所述驱动机构（1）为电机。

本发明的第二目的在于提供一种超精密圆球研抛工艺。

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。

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

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。

图4是图2中I部传动示意图。

具体实施方式

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。

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1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。

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。

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。

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包括水泵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，水泵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。

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。

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啮合传动。

驱动机构1为电机，驱动机构1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。

本发明的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，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。

通过上述设备和方法加工的圆球真球度≤0.02μm，大大超过光纤中使用的玻璃圆球国际标准（≤0.04μm）。

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。

Claims (10)

1.一种超精密圆球研抛机，其特征在于：包括驱动机构（1）、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（1）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）啮合传动。

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）包括水泵（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，水泵（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（1），进行研抛。