CN107309714A - 一种用于同心圆v形槽球体研磨机上的变轨研磨方法及变轨装置 - Google Patents

一种用于同心圆v形槽球体研磨机上的变轨研磨方法及变轨装置 Download PDF

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一种用于同心圆V形槽球体研磨机上的变轨研磨方法，包括以下步骤：待加工球体在同心圆V形槽球体研磨机的V形槽圆轨道中运动的过程中，经过变轨装置的变轨挡块变轨后，使其从一个V形槽圆轨道滚入到相邻的内圈V形槽圆轨道；当从最外圈的V形槽圆轨道进入的待加工球体经过变轨装置的变轨挡块后，使其一圈圈递进到最内圈的V形槽圆轨道；当最内圈的V形槽圆轨道中的待加工球体经过变轨装置的变轨挡块后，使其直接进入到最外圈的V形槽圆轨道；在球体相邻两次进入最内圈的V形槽圆轨道时为一个研磨周期，待加工球体经过一个研磨周期后，完成变曲率研磨。本发明提供了一种可改变球体自转角、球体表面研磨均匀的用于同心圆V形槽球体研磨机上的变轨研磨方法及变轨装置。

Description

一种用于同心圆V形槽球体研磨机上的变轨研磨方法及变轨 装置
技术领域
本发明涉及球体超精密加工领域，尤其是涉及一种用于同心圆V形槽球体研磨机上的变轨研磨方法及变轨装置。
背景技术
随着各领域的机电产品向精密化方向发展，如高精度铣床、汽车用防抱死刹车系统(ABS)、计算机硬盘、数码相机、微型电机等，其旋转运动部件都需要采用高性能轴承来控制设备体积并保证其精度、性能、寿命和可靠性。
球体是滚动轴承最关键的元件，其精度(主要包括表面质量和球度)对轴承运动精度和使用寿命有至关重要的影响，是装备的重中之重基础元件。
目前国内外普遍采用的球体批量加工方式仍然是传统V形槽研磨法，V形槽研磨设备是由1个下V形槽铸铁磨盘与1个上铸铁磨盘组成，球坯在上下研磨盘之间的同心V形槽中处于三弧接触状态。
这种加工方法一次装球量大，效率高，但在加工时因球体始终处于同一条V形槽圆轨道内运动，自转角无法改变，研磨轨迹无法均匀地覆盖在整个球面表面，不利于球体表面均匀研磨。
发明内容
为了克服现有V形槽研磨法存在球体无法改变自转角、球体表面研磨不均的缺陷，本发明提供了一种可改变球体自转角、球体表面研磨均匀的用于同心圆V形槽球体研磨机上的变轨研磨方法及变轨装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于同心圆V形槽球体研磨机上的变轨研磨方法，包括以下步骤：待加工球体在同心圆V形槽球体研磨机的V形槽圆轨道中运动的过程中，经过变轨装置的变轨挡块变轨后，使其从一个V形槽圆轨道滚入到相邻的内圈V形槽圆轨道；
当从最外圈的V形槽圆轨道进入的待加工球体经过变轨装置的变轨挡块后，使其一圈圈递进到最内圈的V形槽圆轨道；
当最内圈的V形槽圆轨道中的待加工球体经过变轨装置的变轨挡块后，使其直接进入到最外圈的V形槽圆轨道；
在球体相邻两次进入最内圈的V形槽圆轨道时为一个研磨周期，待加工球体经过一个研磨周期后，完成变曲率研磨。
一种基于所述变轨研磨方法的变轨装置，包括变轨系统和用于变轨系统的位置调整的调整系统，所述变轨系统通过调整系统安装在上研磨盘上，所述变轨系统位于上研磨盘的安装缺口内并位于下研磨盘的上方，所述变轨系统包括变轨挡块和底盖，所述底盖安装于所述变轨挡块的底部，所述变轨挡块上设有与下研磨盘上的V形槽圆轨道数目相同的槽轨道，所述槽轨道包括用于待加工球体从下研磨盘上的外圈V形槽圆轨道进入到相邻的内圈V形槽圆轨道的顶面槽轨道以及用于待加工球体从下研磨盘上的最内圈V形槽圆轨道进入到最外圈的V形槽圆轨道的底面槽轨道，所述顶面槽轨道设置在所述变轨挡块的顶面上，所述底面槽轨道设置在所述变轨挡块的底面上，所述变轨挡块的顶面在顶面槽轨道入口一侧设为向顶面槽轨道出口端向上倾斜的入口斜面，所述变轨挡块的顶面在顶面槽轨道出口一侧设为向下研磨盘上的V形槽圆轨道向下倾斜的出口斜面。
进一步，所述调整系统包括用于变轨系统周向运动的周向调节机构、用于变轨系统沿下研磨盘径向运动的横向调节机构和用于变轨系统垂直运动的竖向调节机构，所述周向调节机构包括两块支板和支板横条，所述支板横条位于上研磨盘的外周，两块支板的一端分别可微摆动的安装于上研磨盘的安装缺口的两侧，两块支板的另一端分别固定在所述支板横条上；
所述横向调节机构包括连接块、横导柱和横向调节螺钉，所述连接块位于支板横条的下方并布置在变轨挡块的外侧，所述连接块套装在横导柱并与横导柱形成径向运动副，所述横导柱的一端与变轨挡块螺纹连接，所述横向调节螺钉穿过连接块与变轨挡块螺纹连接，所述变轨挡块与连接块之间还设有横向弹簧，所述横向弹簧套装于所述横向调节螺钉上；
所述竖向调节机构包括提升块、竖导柱和竖向调节螺钉，所述提升块位于支板横条的上方，所述竖导柱的下端穿过支板横条与连接块螺纹连接，所述竖导柱的上端穿过竖向弹簧与提升块固定连接，所述竖向弹簧位于提升块与支板横条之间，所述支板横条与竖导柱形成垂直运动副，所述竖向调节螺钉自上而下穿过提升块顶触在支板横条上。
再进一步，所述底盖的底部设有用于对应嵌入到下研磨盘的V形槽圆轨道的齿牙结构，在变轨挡块的槽轨道的入口一侧的齿牙结构为便于待加工球体进入的上坡斜面结构，在变轨挡块的槽轨道的出口一侧的齿牙结构为便于待加工球体滚出的下坡斜面结构。
更进一步，所述底面槽轨道设有一条，下研磨盘上的V形槽圆轨道数目＝顶面槽轨道的数目+低面槽轨道的数目。
本发明的有益效果主要表现在：结构简单紧凑，生产成本低，操作简单；能够有效改变待加工球体运动过程中的自转角的变化情况，使研磨轨迹覆盖整个球体表面，从而提高加工后的球度和表面质量，并且不会影响加工效率。
附图说明
图1是本发明变轨装置的装配示意图。
图2是待加工球体远动过程示意图。
图3是变轨挡块的仰视图。
图4是变轨挡块底盖装配示意图。
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～图4，一种用于同心圆V形槽球体研磨机上的变轨研磨方法，所述方法包括以下步骤：待加工球体5在同心圆V形槽球体研磨机的V形槽圆轨道中运动的过程中，经过变轨装置的变轨挡块14变轨后，使其从一个V形槽圆轨道滚入变轨装置的变轨挡块14中，并出来之后落入相邻的内圈V形槽圆轨道；
当从最外圈的V形槽圆轨道进入的待加工球体经过变轨装置的变轨挡块14后，使其一圈圈递进到最内圈的V形槽圆轨道；
当最内圈的V形槽圆轨道中的待加工球体经过变轨装置的变轨挡块14后，使其直接进入到最外圈的V形槽圆轨道；
在球体相邻两次进入最内圈的V形槽圆轨道为一个研磨周期，在该研磨周期内所有待加工球体均经历了从在最小直径的最内圈V形槽圆轨道研磨到在最大直径的最外圈V形槽圆轨道上研磨的逐级有序变化，实现了循环有序且一致的变曲率研磨。
一种基于所述变轨研磨方法的变轨装置，包括变轨系统和用于变轨系统的位置调整的调整系统，所述变轨系统通过调整系统安装在上研磨盘12上，所述变轨系统位于上研磨盘12的安装缺口内并位于下研磨盘13的上方，所述变轨系统包括变轨挡块14和底盖，所述底盖安装于所述变轨挡块14的底部，所述变轨挡块14上设有与下研磨盘13上的V形槽圆轨道数目相同的槽轨道，所述槽轨道包括用于待加工球体5从下研磨盘13上的外圈V形槽圆轨道进入到相邻的内圈V形槽圆轨道的顶面槽轨道和用于待加工球体从下研磨盘13上的最内圈V形槽圆轨道进入到最外圈的V形槽圆轨道的底面槽轨道，所述顶面槽轨道设置在所述变轨挡块14的顶面上，所述底面槽轨道设置在所述变轨挡块14的底面上，所述变轨挡块14的顶面在顶面槽轨道入口一侧设为向顶面槽轨道出口端向上倾斜的入口斜面，所述变轨挡块14的顶面在顶面槽轨道出口一侧设为向下研磨盘13上的V形槽圆轨道向下倾斜的出口斜面。
进一步，所述调整系统包括用于变轨系统周向运动的周向调节机构、用于变轨系统沿下研磨盘13径向运动的横向调节机构和用于变轨系统垂直运动的竖向调节机构，所述周向调节机构包括两块支板15和支板横条9，所述支板横条9位于上研磨盘1的外周，两块支板15的一端分别可微摆动的安装于上研磨盘12的安装缺口的两侧，两块支板15的另一端分别固定在所述支板横条9上；
所述横向调节机构包括连接块16、横导柱7和横向调节螺钉6，所述连接块16位于支板横条9的下方并布置在变轨挡块14的外侧，所述连接块16套装在横导柱7并与横导柱7形成径向运动副，所述横导柱7的一端与变轨挡块14螺纹连接，所述横向调节螺钉6穿过连接块16与变轨挡块14螺纹连接，所述变轨挡块14与连接块16之间还设有横向弹簧，所述横向弹簧套装于所述横向调节螺钉6上；
所述竖向调节机构包括提升块10、竖导柱8和竖向调节螺钉11，所述提升块10位于支板横条9的上方，所述竖导柱8的下端穿过支板横条9与连接块16螺纹连接，所述竖导柱8的上端穿过竖向弹簧与提升块10固定连接，所述竖向弹簧位于提升块与支板横条9之间，所述支板横条9与竖导柱8形成垂直运动副，所述竖向调节螺钉11自上而下穿过提升块10顶触在支板横条9上。
再进一步，所述底盖的底部设有用于对应嵌入到下研磨盘13的V形槽圆轨道的齿牙结构，在变轨挡块14的槽轨道的入口一侧的齿牙结构为便于待加工球体进入的上坡斜面结构，在变轨挡块14的槽轨道的出口一侧的齿牙结构为便于待加工球体5滚出的下坡斜面结构。
更进一步，所述底面槽轨道设有一条，下研磨盘13上的V形槽圆轨道数目＝顶面槽轨道的数目+低面槽轨道的数目。当然底面槽轨道可根据实际情况可设多条。
如图1和图2所示，变轨挡块14主要实现V形槽圆轨道中球体从外圈轨道进入到相邻的内圈轨道以及从最内圈V形槽圆轨道进入到最外圈V形槽圆轨道的一个循环过程，而调整系统主要实现变轨挡块14相对于下研磨盘13的空间位置在周向即相切于V形槽圆轨道、径向即指向下研磨盘13圆心和垂向即竖直方向的三个方向上的调整，支板15通过螺钉固定在下研磨盘13上，支板15上的装配孔加工的较宽，可以在一定范围内实现支板横条9在水平面内的摆动，进而带动整个变轨挡块装置在水平面内的摆动，分别可通过横向调节螺钉6、竖向调节螺钉11来实现变轨挡块14在径向和垂向上的直线位移，通过这些调节，以实现变轨挡块14上各槽轨道进出口与下研磨盘13上各对应轨道的一个精确配合。
如图3所示，在变轨挡块14表面上开有与下研磨盘V形槽圆轨道数目相同的槽轨道，图中为四条，待加工球体5逆时针运动，变轨挡块14的顶面上开有三条，底面上开有一条，变轨挡块14的顶面三条槽轨道从内到外分别入口对应下研磨盘13的V形槽圆轨道2、3、4，而出口对应V形槽圆轨道1、2、3；而其底面上的槽轨道入口对应下研磨盘13上的最内圈的V形槽圆轨道2，而其出口则对应下研磨盘13上的最内V形槽圆轨道4；变轨挡块14左右两侧分别是斜面上升和下降，实际轨道条数及形状可根据实际加工中下研磨盘13上的V形槽圆轨道具体设计。
如图4所示，底盖通过螺钉安装在变轨挡块14的底部，一是可以封盖变轨挡块14底面上的底面槽轨道，二是底盖两边设有可以对应嵌入到下研磨盘V形槽圆轨道的齿牙结构，结构上是待加工球体从下研磨盘13上的V形槽圆轨道进入到变轨挡块14或从变轨挡块14进入到下研磨上的V形槽圆轨道的一个斜面结构。
如图1所示，横导柱7与变轨挡块14通过螺纹固定连接；连接块16与横导柱7属于直线运动副连接，可相对做直线运动，亦可通过紧定螺钉将其固定；横向调节螺钉6与连接块16通过螺纹做可动连接，尾部旋入变轨挡块14上的螺纹孔中；连接块16与横导柱7通过螺纹固定连接，与变轨挡块14通过横向弹簧维持相对位置关系，横向弹簧穿插在横向调节螺钉6；竖导柱8与提升块10通过紧定螺钉固定连接，与支板横条9属于直线运动副连接，可相对做直线运动，亦可通过紧定螺钉将其固定；竖向调节螺钉11与支板横条9通过螺纹做可动连接，尾部顶在支板横条9顶面上；提升块10与支板横条9通过竖向弹簧维持相对位置关系，竖向弹簧穿插在竖导柱8上。
本发明的工作过程为：
将整个变轨挡块装置如图1所示安装好，然后分别通过支板15的摆动、旋转横向调节螺钉6和竖向调节螺钉11来实现变轨挡块14在周向上的摆动以及径向和垂向上的直线位移，达到变轨挡块14上各槽轨道出入口与下研磨盘13上各对应轨道的一个精确配合，最后将待加工球体放入直至充满整个下研磨盘13的V形槽圆轨道。
本发明可以使待加工球体5有规律的在下研磨盘13的不同轨道之间进行切换，就可以改变待加工球体运动过程中的自转角，使研磨轨迹覆盖整个球体表面，从而提高加工后的球度和表面质量，并且不会影响加工效率。
上述实施例只是本发明的一种实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利申请的权利保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于同心圆V形槽球体研磨机上的变轨研磨方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：待加工球体在同心圆V形槽球体研磨机的V形槽圆轨道中运动的过程中，经过变轨装置的变轨挡块变轨后，使其从一个V形槽圆轨道滚入到相邻的内圈V形槽圆轨道；
当从最外圈的V形槽圆轨道进入的待加工球体经过变轨装置的变轨挡块后，使其一圈圈递进到最内圈的V形槽圆轨道；
当最内圈的V形槽圆轨道中的待加工球体经过变轨装置的变轨挡块后，使其直接进入到最外圈的V形槽圆轨道；
在球体相邻两次进入最内圈的V形槽圆轨道时为一个研磨周期，待加工球体经过一个研磨周期后，完成变曲率研磨。
2.一种基于权利要求1所述的变轨研磨方法的变轨装置，其特征在于：所述装置包括变轨系统和用于变轨系统的位置调整的调整系统，所述变轨系统通过调整系统安装在上研磨盘上，所述变轨系统位于上研磨盘的安装缺口内并位于下研磨盘的上方，所述变轨系统包括变轨挡块和底盖，所述底盖安装于所述变轨挡块的底部，所述变轨挡块上设有与下研磨盘上的V形槽圆轨道数目相同的槽轨道，所述槽轨道包括用于待加工球体从下研磨盘上的外圈V形槽圆轨道进入到相邻的内圈V形槽圆轨道的顶面槽轨道以及用于待加工球体从下研磨盘上的最内圈V形槽圆轨道进入到最外圈的V形槽圆轨道的底面槽轨道，所述顶面槽轨道设置在所述变轨挡块的顶面上，所述底面槽轨道设置在所述变轨挡块的底面上，所述变轨挡块的顶面在顶面槽轨道入口一侧设为向顶面槽轨道出口端向上倾斜的入口斜面，所述变轨挡块的顶面在顶面槽轨道出口一侧设为向下研磨盘上的V形槽圆轨道向下倾斜的出口斜面。
3.如权利要求2所述的一种用于同心圆V形槽球体研磨机上的变轨挡块装置，其特征在于：所述调整系统包括用于变轨系统周向运动的周向调节机构、用于变轨系统沿下研磨盘径向运动的横向调节机构和用于变轨系统垂直运动的竖向调节机构，所述周向调节机构包括两块支板和支板横条，所述支板横条位于上研磨盘的外周，两块支板的一端分别可微摆动的安装于上研磨盘的安装缺口的两侧，两块支板的另一端分别固定在所述支板横条上；
所述横向调节机构包括连接块、横导柱和横向调节螺钉，所述连接块位于支板横条的下方并布置在变轨挡块的外侧，所述连接块套装在横导柱并与横导柱形成径向运动副，所述横导柱的一端与变轨挡块螺纹连接，所述横向调节螺钉穿过连接块与变轨挡块螺纹连接，所述变轨挡块与连接块之间还设有横向弹簧，所述横向弹簧套装于所述横向调节螺钉上；
所述竖向调节机构包括提升块、竖导柱和竖向调节螺钉，所述提升块位于支板横条的上方，所述竖导柱的下端穿过支板横条与连接块螺纹连接，所述竖导柱的上端穿过竖向弹簧与提升块固定连接，所述竖向弹簧位于提升块与支板横条之间，所述支板横条与竖导柱形成垂直运动副，所述竖向调节螺钉自上而下穿过提升块顶触在支板横条上。
4.如权利要求2或3所述的一种用于同心圆V形槽球体研磨机上的变轨挡块装置，其特征在于：所述底盖的底部设有用于对应嵌入到下研磨盘的V形槽圆轨道的齿牙结构，在变轨挡块的槽轨道的入口一侧的齿牙结构为便于待加工球体进入的上坡斜面结构，在变轨挡块的槽轨道的出口一侧的齿牙结构为便于待加工球体滚出的下坡斜面结构。
5.如权利要求4所述的一种用于同心圆V形槽球体研磨机上的变轨挡块装置，其特征在于：所述底面槽轨道设有一条，下研磨盘上的V形槽圆轨道数目＝顶面槽轨道的数目+低面槽轨道的数目。
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