CN115229666B - 微小球的超精密研磨及在线修锐方法和装置 - Google Patents
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Abstract
微小球的超精密研磨及在线修锐方法和装置，包括以下步骤：将待加工的微小球放入沟槽盘的V型沟槽中，手轮控制丝杠螺母转动，相应的，丝杆下移使非连续区域固着磨粒盘对待加工的微小球加压，同时，驱动结构带动沟槽盘做定轴匀速转动，进而带动待加工微小球在V型沟槽中滚动；非连续区域固着磨粒盘下端的固着磨粒块对待加工微小球表面进行研磨去除；沟槽盘上内侧和外侧的修整刷对固着磨粒块整个区域进行在线修锐，去除微小球研磨过程中嵌在固着磨粒块表面的微小球切屑和破碎磨粒，本发明通过非连续区域固着磨粒盘与沟槽盘的配合，以及选择固着磨粒块材料、加载压力的不同，适用于微小球高精度高一致性的批量加工。
Description
技术领域
本发明涉及到一种微小球超精密加工领域，尤其涉及到一种微小球的超精密研磨及在线修锐方法和装置。
背景技术
随着各领域的机电产品向小型化、精密化方向发展，如高精度微型铣床、汽车用防抱死刹车系统、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微型轴承来控制设备体积并保证其精度、性能、寿命和可靠性。而微小球是微型滚动轴承最关键的元件之一，其精度和一致性对微型滚动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。在微小球加工质量方面，我国与国外先进加工技术相比最大的不足在于加工精度低及一致性差，极大地影响了精密微型轴承、高精度微型滚珠丝杆等部件的整体精度和寿命。因此，球体的国家标准和国际标准对高精度微小球加工提出了严格的要求。
我国的微小球加工主要采用钢球磨球机，这是一种通过搅拌随机包络球面的成球加工方式，这种基于概率的成球方法在通常的加工时间内无法实现全部微小球面加工全包络，因此其批合格率一般低于30%，靠分选才能获得加工精度高的微小球，所以G3级、G5级微小球的产量极少。我国只能批量生产G5级精度以下的微小球，而国外少数企业可批量生产G3级和G5级精度的微小球。这导致了精密微型轴承、高精度微型滚珠丝杆等高端机械基础部件严重依赖于国外进口高精度微小球，制约了我国高端仪器及装备的发展。
发明内容
为了克服现有生产高精度微小球方法及装置的不足，本发明提供一种微小球的超精密研磨及在线修锐方法和装置，其批量加工的微小球的精度高，一致性也好，能满足精密微型轴承、高精度微型滚珠丝杆等部件的使用。
微小球的超精密研磨及在线修锐方法，包括以下步骤：
步骤A：将待加工的微小球放入沟槽盘的V型沟槽中，手轮控制丝杠螺母转动，相应的，丝杆下移使非连续区域固着磨粒盘对待加工的微小球加压，同时，驱动结构带动沟槽盘做定轴匀速转动，进而带动待加工微小球在V型沟槽中滚动；
步骤B：非连续区域固着磨粒盘下端的固着磨粒块对待加工微小球表面进行研磨去除；
步骤C：沟槽盘上内侧和外侧的修整刷对固着磨粒块整个区域进行在线修锐，去除微小球研磨过程中嵌在固着磨粒块表面的微小球切屑和破碎磨粒。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤B中非连续区域固着磨粒盘上间隔分布的固着磨粒块间歇性接触并加工微小球。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤B中的研磨包括粗研和精研，所述粗研和精研通过更换非连续区域固着磨粒盘的材料实现。
微小球的超精密研磨及在线修锐装置，包括基座，所述基座内安装驱动结构，所述驱动结构带动沟槽盘转动，所述沟槽盘上开设有俯视轨迹呈曲线的V型沟槽，所述V型沟槽内布设待加工微小球；所述沟槽盘上还开设若干长槽，所述长槽中内嵌有修整刷；所述基座两侧安装龙门架，龙门架包括两端的立柱以及龙门横梁，所述龙门横梁由上而下依次安装丝杠螺母、弹性连接件以及非连续区域固着磨粒盘；所述非连续区域固着磨粒盘上端对称布设有滑块，所述滑块面向龙门架的端部形成半环，所述半环与龙门架的立柱配合；所述非连续区域固着磨粒盘下端面与沟槽盘内待加工微小球的外表面相抵触；所述非连续区域固着磨粒盘下端面与沟槽盘内修整刷上的刷丝相抵触。
作为本发明的一种优选方案，所述长槽的数目至少为2个，所述长槽位于沟槽盘的内侧和外侧。
作为本发明的一种优选方案，2个所述长槽为一组，分别对称布设在V型沟槽的内侧和外侧。
作为本发明的一种优选方案，所述非连续区域固着磨粒盘包括带槽铸铁盘以及若干固着磨粒块，所述固着磨粒块呈扇形间隔内嵌在带槽铸铁盘上；所述固着磨粒块由氧化铝或碳化碳烧结制成。
作为本发明的一种优选方案，所述V型沟槽的俯视轨迹呈曲线，该曲线由球体加工收敛效率而优化设计。
作为本发明的一种优选方案，所述沟槽盘由驱动结构带动做定轴匀速转动。
作为本发明的一种优选方案，所述丝杠螺母上安装手轮，所述手轮的转动控制丝杠螺母转动。
本发明的有益效果是：
1、本发明可对微小球进行超精密高一致性的批量加工，且设备简单、成本低维修方便。
2、本发明采用非连续区域固着磨粒盘来替代传统球体加工装备上的平研磨盘，非连续区域固着磨粒盘通过与沟槽盘的配合，通过固着磨粒块材料、加载压力的不同，适用于微小球高精度高一致性的批量加工。
3、本发明非连续区域固着磨粒盘上间隔分布的固着磨粒块使被加工微小球的自转运动姿态发生非周期性变化，对被加工微小球的研磨轨迹扩散并全包络整个球面，使被加工微小球的圆度进一步收敛。
4、本发明采用的修整刷及布置方式在加工时对全区域的非连续区域固着磨粒盘进行在线修锐，可维持非连续区域固着磨粒盘长时间的良好加工性能，提高微小球超精密批量生产的良品率和高效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明固着磨粒盘的结构示意图
图3是本发明沟槽盘的结构示意图；
图1中1-基座，2-驱动结构，3-沟槽盘，4-修整刷，5-微小球，6-非连续区域固着磨粒盘，7-弹性连接件，8-丝杆螺母，9-龙门架，10-手轮，11-滑块。
图2中12-固着磨粒块，13-带槽铸铁盘。
图3中14-长槽，15-V型沟槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明微小球的超精密研磨及在线修锐方法及装置进行详细地说明。
参照图1-图3，微小球的超精密研磨及在线修锐装置，包括基座1、龙门架9、非连续区域固着磨粒盘6、沟槽盘3、修整刷4、丝杠螺母8、弹性连接件7、手轮10、驱动结构2；基座1内安装驱动结构2，所述驱动结构2包括伺服电机及控制器，所述驱动结构2内的伺服电机带动沟槽盘3转动，所述沟槽盘3上开设有俯视轨迹呈曲线的V型沟槽15，所述V型沟槽15内布设待加工微小球5；所述沟槽盘3上还开设若干长槽14，所述长槽14中内嵌有修整刷4；所述基座1两侧安装龙门架9，龙门架9包括两端的立柱以及龙门横梁，所述龙门横梁由上而下依次安装丝杠螺母8、弹性连接件7以及非连续区域固着磨粒盘6，所述非连续区域固着磨粒盘6的上端对称布设有滑块11，所述滑块11面向龙门架9的端部形成半环，该半环与龙门架9的立柱配合，所述非连续区域固着磨粒盘6下端面与沟槽盘3内待加工微小球5的外表面相抵触；所述非连续区域固着磨粒盘6下端面与沟槽盘3内修整刷4上的刷丝相抵触。
具体的，丝杠螺母8旋转，丝杠螺母8内的丝杆下移，非连续区域固着磨粒盘6跟随丝杆下移，滑块11也沿龙门架9的立柱下移，非连续区域固着磨粒盘6下端面对沟槽盘3内待加工微小球5施加载荷，非连续区域固着磨粒盘6的固着磨粒块12对待加工微小球5表面进行研磨去除，同时，非连续区域固着磨粒盘6上间隔分布的固着磨粒块12使待加工微小球5的自转运动发生非周期性变化，即侧向摩擦力的突变使得待加工微小球5的自转方向发生突变，从而使待加工微小球5的研磨轨迹全包络整个球面，使待加工微小球5的圆度进一步收敛；而驱动结构2驱动沟槽盘3转动，沟槽盘3和非连续区域固着磨粒盘6配合，即通过调整固着磨粒块12的材料、非连续区域固着磨粒盘6对待加工微小球5的压力的调整，对待加工微小球5进行高精度高一致性加工。
长槽14的数目至少为2个，所述长槽14位于沟槽盘3的内侧和外侧，2个所述长槽14为一组，分别对称布设在沟槽盘3的内侧和外侧，若干个长槽14配合沟槽盘3的转动能实现非连续区域固着磨粒盘6各个区域的在线修锐。
沟槽盘3上端面在V型沟槽15的内侧和外侧开设长槽，修整刷4分别内嵌在沟槽盘3的内侧和外侧槽内，修整刷4上的刷丝材料可为尼龙、PVC、铜丝等，根据固着磨粒块12材料、待加工微小球5材料和修锐要求选用不同的刷丝材料，加工微小球5时修整刷4对固着磨粒块12进行全区域在线修锐，可维持非连续区域固着磨粒盘6长时间的良好加工性能，提高微小球5超精密批量生产的良品率和高效率。
非连续区域固着磨粒盘6包括带槽铸铁盘13以及若干固着磨粒块12，所述固着磨粒块12呈扇形间隔内嵌在带槽铸铁盘13上；所述固着磨粒块12可为氧化铝或碳化碳或金刚石等磨粒和陶瓷或金属或树脂等结合剂所烧结的砂轮块，所述固着磨粒块12可根据待加工微小球5表面质量和精度要求更换不同材料型号的固着磨粒块12。
非连续区域固着磨粒盘6的上端对称布设有滑块11，所述滑块11面向龙门架9的端部形成半环，该半环与龙门架9的立柱配合，非连续区域固着磨粒盘6上下移动时，滑块11也沿龙门架9的立柱上下滑动。
V型沟槽15俯视轨迹呈曲线，该曲线函数由球体加工收敛效率而优化设计，图3中是一个示例，V型沟槽15在沟槽盘3上俯视轨迹呈偏心圆，V型沟槽15的直径和偏心距可根据实际情况调整，当然，V型沟槽15的俯视图轨迹也可设定为其它特定曲线，俯视轨迹呈曲线的V型沟槽15的曲率半径发生突变有利于微小球5的高精度研磨，同时也避免传统微小球加工装置中微小球5加工时聚集挤压影响其精度。
沟槽盘3由驱动结构2带动做定轴匀速转动，保证沟槽盘3中的待加工微小球5稳定地滚动。
丝杠螺母8上安装手轮10，基于丝杠螺母8与龙门架9通过轴承连接，所述手轮10的转动控制丝杠螺母8转动，同时，由于丝杠螺母8下端被龙门架9限位，因此丝杠螺母8发生转动的同时不发生上下动作，丝杠螺母8转动时，丝杠下降进一步控制非连续区域固着磨粒盘6对被加工球体4施加压力，实现微小球5的粗研和精研不同要求加工。
微小球的超精密研磨及在线修锐方法，包括以下步骤：
步骤A：将待加工微小球5放入沟槽盘3的V型沟槽15中，手轮10控制丝杠螺母8转动，相应的，丝杆下移使非连续区域固着磨粒盘6对待加工微小球5加压，同时，驱动结构2带动沟槽盘3做定轴匀速转动，进而带动待加工微小球5在V型沟槽15中滚动；
步骤B：非连续区域固着磨粒盘6的固着磨粒块12对待加工微小球5表面进行研磨去除；非连续区域固着磨粒盘6上间隔分布的固着磨粒块12使待加工微小球5的自转运动发生非周期性变化，即侧向摩擦力的突变使得待加工微小球5的自转方向发生突变，从而使待加工微小球5的研磨轨迹全包络整个球面，使待加工微小球5的圆度进一步收敛。
步骤C：沟槽盘3上内侧和外侧的修整刷4对非连续区域固着磨粒盘6上的固着磨粒块12进行全区在线修锐，去除嵌在固着磨粒块12表面的微小球切屑和破碎磨粒。
步骤B中非连续区域固着磨粒盘6上间隔分布的固着磨粒块12间歇性接触待加工微小球5。
步骤B中的研磨包括粗研和精研，所述粗研和精研通过更换非连续区域固着磨粒盘6的材料实现。
下面结合本发明的一个具体实施例对本发明作进一步说明：
本实施例在上述图1所示微小球的非连续区域固着磨粒加工装置中对微小球5进行加工。
本实施例中，微小球5材料为轴承钢，直径为1.0mm，数量为40个，其初始精度为G16。微小球5的加工分为粗研和精研两道工序，粗研所采用非连续区域固着磨粒盘6上的固着磨粒块12是1000目的氧化铝磨料，所采用的沟槽盘3上的沟槽曲线为直径100毫米偏心距15毫米的偏心圆，修整刷4采用尼龙材料刷丝；粗研加工时，转动手轮10使非连续区域固着磨粒盘6下压对待加工微小球5加载，平均加载压力为1.2牛/球，沟槽盘3在粗研时以30rpm的转速匀速转动，加工10小时后，被加工球体5的圆度下降到0.14μm。
精研所采用非连续区域固着磨粒盘5上的固着磨粒块15是2000目的氧化铝磨料，修整刷4采用尼龙材料刷丝；所采用的沟槽盘上的沟槽曲线为直径100毫米偏心距13毫米的偏心圆。加载压力为0.8牛/球，沟槽盘3在精研时以20rpm的转速匀速转动，加工8小时后，被加工微小球体5的圆度下降到至0.08μm左右且趋于稳定。
上述对本发明中涉及的发明的一般性描述和对其具体实施例的描述不应理解为是对该发明技术方案构成的限制。本领域所属技术人员根据本发明的公开，可以在不违背所涉及的发明构成要素的前提下，对上述一般性描述或/和实施例中的公开技术特征进行增加、减少或组合，形成属于本发明保护范围之内的其它的技术方案。
Claims (9)
1.微小球的超精密研磨及在线修锐装置，其特征在于：包括基座（1），所述基座（1）内安装驱动结构（2），所述驱动结构（2）带动沟槽盘（3）转动，所述沟槽盘（3）上开设有俯视轨迹呈曲线的V型沟槽（15），V型沟槽（15）在沟槽盘（3）上俯视轨迹呈偏心圆，所述V型沟槽（15）内布设待加工微小球（5）；所述沟槽盘（3）上还开设若干长槽（14），所述长槽（14）中内嵌有修整刷（4）；所述基座（1）两侧安装龙门架（9），龙门架（9）包括两端的立柱以及龙门横梁，所述龙门横梁由上而下依次安装丝杠螺母（8）、弹性连接件（7）以及非连续区域固着磨粒盘（6），所述非连续区域固着磨粒盘（6）包括带槽铸铁盘（13）以及若干固着磨粒块（12），所述固着磨粒块（12）呈扇形间隔内嵌在带槽铸铁盘（13）上；所述非连续区域固着磨粒盘（6）上端对称布设有滑块（11），所述滑块（11）面向龙门架（9）的端部形成半环，所述半环与龙门架的立柱配合；所述非连续区域固着磨粒盘（6）下端面与沟槽盘（3）内待加工微小球（5）的外表面相抵触；所述非连续区域固着磨粒盘（6）下端面与沟槽盘（3）内修整刷（4）上的刷丝相抵触。
2.根据权利要求1所述的微小球的超精密研磨及在线修锐装置，其特征在于：所述长槽（14）的数目至少为2个，所述长槽（14）位于沟槽盘（3）的内侧和外侧。
3.根据权利要求2所述的微小球的超精密研磨及在线修锐装置，其特征在于：所述固着磨粒块（12）由氧化铝或金刚石烧结制成。
4.根据权利要求3所述的微小球的超精密研磨及在线修锐装置，其特征在于：2个所述长槽（14）为一组，分别对称布设在V型沟槽（15）的内侧和外侧。
5.根据权利要求1所述的微小球的超精密研磨及在线修锐装置，其特征在于：所述沟槽盘（3）由驱动结构（2）带动做定轴匀速转动。
6.根据权利要求1所述的微小球的超精密研磨及在线修锐装置，其特征在于：所述丝杠螺母（8）上安装手轮（10），所述手轮（10）的转动控制丝杠螺母（8）转动。
7.微小球的超精密研磨及在线修锐方法，其特征在于采用如权利要求1-6任一项所述的装置：
包括以下步骤：
步骤A：将待加工的微小球（5）放入沟槽盘（3）的V型沟槽（15）中，手轮（10）控制丝杠螺母（8）转动，相应的，丝杆下移使非连续区域固着磨粒盘（6）对待加工的微小球（5）加压，同时，驱动结构（2）带动沟槽盘（3）做定轴匀速转动，进而带动待加工微小球（5）在V型沟槽（15）中滚动；
步骤B：非连续区域固着磨粒盘（6）下端的固着磨粒块（12）对待加工微小球（5）表面进行研磨去除；
步骤C：沟槽盘（3）上内侧和外侧的修整刷（4）对固着磨粒块（12）整个区域进行在线修锐，去除微小球（5）研磨过程中嵌在固着磨粒块（12）表面的微小球切屑和破碎磨粒。
8.根据权利要求7所述的微小球的超精密研磨及在线修锐方法，其特征在于：所述步骤B中非连续区域固着磨粒盘（6）上间隔分布的固着磨粒块（12）间歇性接触并加工微小球（5）。
9.根据权利要求7所述的微小球的超精密研磨及在线修锐方法，其特征在于：所述步骤B中的研磨包括粗研和精研，所述粗研和精研通过更换非连续区域固着磨粒盘（6）的材料实现。
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