CN208262426U - 一种集群磁流变辅助v型槽高效高精度抛光陶瓷球的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集群磁流变辅助V型槽高效高精度抛光陶瓷球的装置，包括下抛光盘(2)，所述下抛光盘(2)连接有下抛光盘旋转轴(7)，所述下抛光盘(2)的上表面开设有数圈V形槽(9)，所述下抛光盘(2)的下表面内置有合适尺寸的磁铁(5)；所述下抛光盘(2)的上方设有上盘(1)，所述上抛光盘(1)连接有上盘旋转轴(6)以及装有磁铁(5)。陶瓷球在V型槽中被集群磁流变柔性抛光垫包覆，随着下抛光盘和上抛光盘的转动一边公转一边自转,在集群磁流变抛光垫的剪切力作用下，实现陶瓷球的快速高效超精密抛光。本实用新型结构简单紧凑，制造成本低廉，加工效率高，能够获得高表面质量和高形状精度的超精密陶瓷球。

Description

一种集群磁流变辅助V型槽高效高精度抛光陶瓷球的装置

技术领域

本实用新型涉及一种陶瓷球研磨抛光装置及其抛光方法，特别涉及一种高精度陶瓷球的高效研磨抛光的加工装置，属于高精度球形零件加工技术。

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。与传统的金属材料相比，高精度先进陶瓷具有强度高、弹性模量大、耐高温、耐高压、耐磨损、热膨胀系数低、热稳定性和化学稳定性好等特点，在球轴承中被大量地使用，是其关键的零件。同时，陶瓷球是应用最为广泛的结构陶瓷零件之一，在球圆度仪、陀螺和精密测量仪器等精密仪器设备中有着非常重要的作用，需求量大，在航空航天、精密机械、国防军事、石油化工和汽车制造产业等方面具有十分重要的地位。

但是精密仪器中使用的陶瓷球对球形偏差、球直径变动量和表面粗糙度的要求极高，这些参数直接影响着球体的运动精度、工作噪声及寿命等技术指标，进而影响设备和仪器的性能。球体表面凹凸及裂纹等表面缺陷对轴承的运动精度和寿命有很大的影响。因此，要想达到高的表面质量要求，在最后抛光阶段，能否消除表面损伤是关键。

目前国内精密陶瓷球的研磨抛光加工方法主要有四轴球体研磨加工法、V形槽研磨加工法、圆沟槽研磨加工法、锥形盘研磨加工法、自转角主动控制研磨法、磁悬浮研磨加工方法等。研磨压力是直接影响球度和尺寸精度的研磨压力是最重要也是最难控制的参数之一。对于磁悬浮研磨设备，是利用磁浮力作用向上浮起形成加工压力，由尼龙浮板的导向作用，带动被加工陶瓷球在磁流体和磨料的混合液中运动，从而实现陶瓷球的研磨加工。磁悬浮加压方式主要还是利用了磁流体的弹性加压，但是这种加工方法的研磨精度低、机械结构复杂、控制复杂而且过程不能精确控制，磁流体的成本也较高。而在其它大部分的研磨方法中，很多研磨装置的动力源多，结构及控制系统复杂，并且对制造和装配精度都有较高的要求，加工成本高。

对于目前氮化硅陶瓷球的加工现状，急需一种既有较高的加工精度和加工效率，又具有装置结构简单和制造成本较低的陶瓷球研磨抛光加工装置，解决目前对陶瓷球抛光加工效率较低、加工一致性较差、成本较高的现状，实现陶瓷球的高效高精度研磨抛光加工。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的加工效率低和成本高的缺点与不足，提供一种加工精度高、加工效率高和加工一致性高，同时装置结构简单、成本低廉、装配精度要求低的研磨抛光球体设备。

本实用新型所采用的技术方案：一种集群磁流变辅助V型槽高效高精度抛光陶瓷球的装置，包括下抛光盘(2)，所述下抛光盘(2)连接有下抛光盘旋转轴(7)，所述下抛光盘(2)的上表面开设有数圈V形槽(9)，所述下抛光盘(2)的下表面内置有合适尺寸的磁铁(5)；所述下抛光盘(2)的上方设有上抛光盘(1)，所述上抛光盘(1)连接有上盘旋转轴(6)以及装有磁铁(5)。

优选的，所述上抛光盘(1)和下抛光盘(2)偏心放置；所述下抛光盘旋转轴(7)与所述上盘旋转轴(6)以非同轴心的方式设置。

优选的，所述磁铁(5)设置在所述V形槽(9)的下方或上方。

优选的，所述上抛光盘(1)选用耐磨非磁性材料，其下表面硬化处理，所述上抛光盘(1)与上盘旋转轴(6)采用卡槽式浮动连接固定。

优选的，所述下抛光盘(2)通过下表面的螺栓(8)与下抛光盘旋转轴(7)实现固定连接。

优选的，所述下抛光盘(2)为非磁性耐磨材料且表面经阳极氧化处理。

优选的，所述磁铁(5)为圆柱型磁铁，可单圈或多圈放置在所述下抛光盘(2)底部的圆柱型凹槽内，相邻两磁铁(5)采用极性相反的方向放置。

优选的，所述下抛光盘(2)的表面设有球体保持架(10)。

优选的，所述V形槽(9)内设有陶瓷球(4)。

优选的，所述下抛光盘(2)内放置有磁流变抛光液(3)。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：(1)本实用新型的抛光装置创新性地实现了传统V型槽式和集群磁流变方式抛光球体相结合，提高了加工效率，可以高效地得到尺寸精度和形状精度俱佳的高质量且均匀一致性好的陶瓷球表面。(2)本实用新型所采用的磁流变抛光加工装置结构简单，安装方便，通过上抛光盘与下抛光盘的偏心相对旋转，在集群磁流变抛光垫的剪切力作用下，可以使研磨轨迹线均布于球面，能实现全包络的抛光，提高了研磨抛光球体的加工一致性和稳定性；(3)本实用新型中的保持架能够精确地固定每一个陶瓷球，使其运动状态基本相同，减少了其他因素的干扰，从而进一步保证加工后陶瓷球的球度和粗糙度一致均匀。(4)经实验验证，使用本实用新型所述的装置和方法，抛光原始粗糙度55nm的陶瓷球坯3小时，其表面粗糙度下降到5nm以下，且球度和加工表面一致性保持良好。

附图说明

图1是集群磁流变辅助V型槽高效高精度抛光陶瓷球装置的结构示意图；

图2是集群磁流变辅助V型槽高效高精度抛光陶瓷球装置的下抛光盘轴测图；

图3是集群磁流变辅助V型槽高效高精度抛光陶瓷球装置的下抛光盘俯视图；

图4是集群磁流变辅助V型槽高效高精度抛光陶瓷球装置的下抛光盘仰视图；

图5是是集群磁流变辅助V型槽高效高精度抛光陶瓷球装置的球体保持架示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

结合图1-5所示，一种集群磁流变辅助V型槽高效高精度抛光陶瓷球的装置，包括下抛光盘(2)，所述下抛光盘(2)连接有下抛光盘旋转轴(7)，所述下抛光盘(2)的上表面开设有数圈V形槽(9)，所述V形槽(9)内设有陶瓷球(4)，具体地，所述陶瓷球(4)均匀地放置在V形槽(9)内，所述下抛光盘(2)的下表面内置有合适尺寸的磁铁(5)，所述磁铁(5)设置在所述V形槽(9)的下方或上方，具体的，所述下抛光盘(2)的下表面开有众多圆柱形槽，所述圆柱形槽内放置有圆柱磁铁(5)。所述下抛光盘(2)的上方设有上抛光盘(1)，所述上抛光盘(1)连接有上盘旋转轴(6)以及表面装有磁铁(5)，所述上盘旋转轴(6)可以沿垂直方向上下运动，并且可以顺时针或者逆时针旋转；所述上抛光盘(1)与上盘旋转轴(6)机械连接固定。

需要说明的是，所述上抛光盘(1)和下抛光盘(2)偏心放置；所述下抛光盘旋转轴(7)与所述上盘旋转轴(6)以非同轴心的方式设置。所述上抛光盘(1)的上盘旋转轴(6)与下抛光盘(2)的下抛光盘旋转轴(7)之间的偏心距可以根据实际加工情况调整。所述上抛光盘的旋转轴(6)与下抛光盘的旋转轴(7)分别由不同的电机带动旋转。这样的设置使得上抛光盘(1)与下抛光盘(2)能偏心相对旋转，在进行陶瓷球(4)抛光时，可以使研磨轨迹线均布于球面，能实现全包络的抛光，提高了研磨抛光球体的加工一致性和稳定性；

进一步的，所述上抛光盘(1)选用耐磨非磁性材料，其下表面硬化处理，所述上抛光盘(1)与上盘旋转轴(6)采用卡槽式浮动连接固定，使得所述上抛光盘(1)固定在上盘旋转轴(6)上并随之一起转动和上下运动。所述下抛光盘(2)通过下表面的螺栓(8)与下抛光盘旋转轴(7)实现固定连接；具体的，所述定位螺栓(8)将下抛光盘旋转轴(7)与下抛光盘(2)固定连接，所述下研磨盘旋转轴(7)由电机带动旋转。

进一步的，所述下抛光盘(2)为非磁性耐磨材料且有较高的硬度，表面经阳极氧化处理。所述磁铁(5)为圆柱型磁铁，可单圈或多圈放置在所述下抛光盘(2)底部的圆柱型凹槽内，相邻两磁铁(5)采用极性相反的方向放置。所述下抛光盘(2)的表面设有球体保持架(10)。在下抛光盘(2)的表面设置球体保持架(10)，更能够精确地固定每一个陶瓷球，使各球的运动状态基本相同，从而进一步保证加工一致性。

所述下抛光盘(2)的上表面开有一圈V形槽(9)；所述下抛光盘(2)内放置有适量的磁流变抛光液(3)，在具体使用时，所述磁流变抛光液(3)在圆柱磁铁(5)的磁力作用下会在V形槽(9)表面形成磁流变抛光垫；所述上抛光盘(1)通过上盘旋转轴(6)向下的作用力把陶瓷球(4)约束在V形槽(9)内；所述上抛光盘(1)和下抛光盘(2)偏心放置，并且加工时可正反方向旋转。陶瓷球在V型槽中被集群磁流变柔性抛光垫包覆，随着下抛光盘和上抛光盘的运动一边自转一边公转,在旋转过程中受到集群磁流变抛光垫的剪切力作用，实现陶瓷球的高效超精密抛光。

实施例一

如图1-5所示，一种集群磁流变辅助V型槽高效高精度抛光陶瓷球的装置，包括上抛光盘(1)、下抛光盘(2)、磁流变液(3)、陶瓷球(4)、圆柱磁铁(5)、上盘旋转轴(6)、下抛光盘旋转轴(7)和定位螺栓(8)；所述上抛光盘(1)与上盘旋转轴(6)机械连接固定以及表面装有磁铁(5)；所述上盘旋转轴(6)可以沿垂直方向上下运动，并且可以顺时针或者逆时针旋转；所述下抛光盘(2)的下表面开有众多圆柱形槽；所述圆柱形槽内放置有圆柱磁铁(5)，所述下抛光盘(2)的表面设有球体保持架(10)；所述定位螺栓(8)将下研磨盘旋转轴(7)与下抛光盘(2)固定连接；所述下研磨盘旋转轴(7)由电机带动旋转；所述下抛光盘(2)的上表面开有一圈V形槽(9)；所述陶瓷球4均匀地放置在V形槽(9)内；所述下抛光盘(2)内放入适量的磁流变抛光液(3)；所述磁流变抛光液(3)在圆柱磁铁(5)的磁力作用下会在V形槽(9)表面形成磁流变抛光垫；所述上抛光盘(1)通过上盘旋转轴(6)向下的作用力把陶瓷球(4)约束在V形槽(9)内，所述下抛光盘(2)的表面设有球体保持架(10)，更能够精确地固定每一个陶瓷球，使各球的运动状态基本相同，从而进一步保证加工一致性。所述上抛光盘(1)和下抛光盘(2)偏心放置，并且加工时可正反方向旋转。

所述加工方法如下：首先将数颗圆柱型磁铁(5)均匀地放置在下抛光盘(2)底部表面的圆柱形槽内，再将三颗定位螺栓(8)拧在下抛光盘(2)底端的螺栓孔内，然后根据定位螺栓(8)的位置将下抛光盘(2)与下抛光盘的旋转轴(7)连接固定。接下来在下抛光盘(2)上端表面的V形槽(9)上方放保持架，保持架的圆孔内放置数颗待加工的陶瓷球(4)，使球坯均匀地分布在保持架中。将上抛光盘(1)固定在上抛光盘的旋转轴(6)上，然后在上表面装入磁铁(5)，然后在下抛光盘(2)内加入配制好的磁流变抛光液(3)，这时磁流变抛光液(3)因受抛光盘底部磁铁(5)的磁力作用，会在V形槽(9)的表面附近形成磁流变抛光垫。通过抛光机控制面板设定上抛光盘的位置以及上下抛光盘的转速和转动方向，设置加工时间，调整上抛光盘(1)的转轴(6)与下抛光盘(2)的转轴(7)之间的偏心距，最后启动设备，进行陶瓷球的超精密高效磁流变抛光。

实施例二

参见图1-5，一种集群磁流变辅助V型槽高效高精度抛光陶瓷球的装置，包括上抛光盘(1)、下抛光盘(2)、磁流变液(3)、陶瓷球(4)、圆柱磁铁(5)、上盘旋转轴(6)、下抛光盘旋转轴(7)和定位螺栓(8)；所述上抛光盘(1)与上盘旋转轴(6)机械连接固定，然后在上表面装入磁铁(5)；所述上盘旋转轴(6)可以沿垂直方向上下运动，并且可以顺时针或者逆时针旋转；所述下抛光盘(2)的下表面开有众多圆柱形槽；所述圆柱形槽内放置有圆柱磁铁(5)；所述定位螺栓(8)将下研磨盘旋转轴(7)与下抛光盘(2)固定连接；所述下研磨盘旋转轴(7)由电机带动旋转；所述下抛光盘(2)的上表面开有一圈V形槽(9)；所述陶瓷球4均匀地放置在V形槽(9)内；所述下抛光盘(2)内放入适量的磁流变抛光液(3)；所述磁流变抛光液(3)在圆柱磁铁(5)的磁力作用下会在V形槽(9)表面形成磁流变抛光垫；所述上抛光盘(1)通过上盘旋转轴(6)向下的作用力把陶瓷球(4)约束在V形槽(9)内，所述下抛光盘(2)的表面设有球体保持架(10)，更能够精确地固定每一个陶瓷球，使各球的运动状态基本相同，从而进一步保证加工一致性；所述上抛光盘(1)和下研磨盘(2)偏心放置，并且加工时可正反方向旋转。陶瓷球在V型槽中被集群磁流变柔性抛光垫包覆，随着下抛光盘和上抛光盘的运动一边自转一边公转,在旋转过程中受到集群磁流变抛光垫的剪切力作用，实现陶瓷球的高效超精密抛光。本实用新型结构简单紧凑，生产成本低，加工效率高，能够获得高表面质量和形状精度且无亚表面损伤的超精密陶瓷球。

本实施例的工作过程为：具体加工时，首先将数颗圆柱型磁铁(5)均匀地放置在下抛光盘(2)底部表面的圆柱形槽内，再将三颗定位螺栓(8)拧在下抛光盘(2)底端的螺栓孔内，然后根据定位螺栓(8)的位置将下抛光盘(2)与下抛光盘的旋转轴(7)连接固定。接下来在下抛光盘(2)上端表面的V形槽(9)上方放保持架，保持架的圆孔内放置数颗待加工的陶瓷球(4)，使球坯均匀地分布在保持架中。将上抛光盘(1)固定在上抛光盘的旋转轴(6)上，接着在上表面装入磁铁(5)，然后在下抛光盘(2)内加入配制好的磁流变抛光液(3)，这时磁流变抛光液(3)因受抛光盘底部磁铁(5)的磁力作用，会在V形槽(9)的表面附近形成磁流变抛光垫。此时通过抛光机控制面板设定上抛光盘的位置以及上下抛光盘的转速和转动方向，设置加工时间，调整上抛光盘(1)的转轴(6)与下抛光盘(2)的转轴(7)之间的偏心距，最后启动设备，进行陶瓷球的超精密高效磁流变抛光。下抛光盘(2)在下盘电机的带动下匀速转动，上抛光盘(1)在上盘电机的带动下一边旋转一边向下运动直到距离陶瓷球(4)表面上方的设定位置，然后在设定压力下开始对陶瓷球(4)进行高效磁流变抛光。待加工设定时间到达后，关闭设备电源，上抛光盘会自动升起来。先取出保持架，再取出加工后的陶瓷球进行清洗和检测。将磁流变抛光液倒入废液桶，清洗上抛光盘和下抛光盘完成实验。

所述加工方法的原理为：当下抛光盘上表面V型加工槽内的磁流变抛光液在磁铁磁力作用下会产生磁流变效应，在V形槽(9)表面形成磁流变抛光垫。V形槽(9)内的陶瓷球受到上下抛光盘面上集群磁流变抛光垫剪切力的共同作用，随着上抛光盘和下抛光盘的旋转，会一边在V型槽中自转一边绕着下抛光盘公转。加工一定时间后可以形成全包络的抛光轨迹，从而实现陶瓷球的高效超精密研磨抛光加工。

本实用新型结构简单紧凑，生产成本低，加工效率高，能够获得高表面质量和形状精度且无亚表面损伤的超精密陶瓷球。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集群磁流变辅助V型槽高效高精度抛光陶瓷球的装置，其特征在于：包括下抛光盘(2)，所述下抛光盘(2)连接有下抛光盘旋转轴(7)，所述下抛光盘(2)的上表面开设有数圈V形槽(9)，所述下抛光盘(2)的下表面内置有合适尺寸的磁铁(5)；所述下抛光盘(2)的上方设有上抛光盘(1)，所述上抛光盘(1)连接有上盘旋转轴(6)以及装有磁铁(5)。

2.根据权利要求1所述的一种集群磁流变辅助V型槽高效高精度抛光陶瓷球的装置，其特征在于：所述上抛光盘(1)和所述下抛光盘(2)偏心放置；所述下抛光盘旋转轴(7)与所述上盘旋转轴(6)以非同轴心的方式设置。

3.根据权利要求1所述的一种集群磁流变辅助V型槽高效高精度抛光陶瓷球的装置，其特征在于：所述磁铁(5)设置在所述V形槽(9)的下方或上方。

4.根据权利要求1所述的一种集群磁流变辅助V型槽高效高精度抛光陶瓷球的装置，其特征在于：所述上抛光盘(1)选用非磁性材料，所述上抛光盘(1)与上盘旋转轴(6)采用卡槽式浮动连接固定。

5.根据权利要求1所述的一种集群磁流变辅助V型槽高效高精度抛光陶瓷球的装置，其特征在于：所述下抛光盘(2)通过下表面的螺栓(8)与下抛光盘旋转轴(7)实现固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种集群磁流变辅助V型槽高效高精度抛光陶瓷球的装置，其特征在于：所述下抛光盘(2)为非磁性耐磨材料。

7.根据权利要求1所述的一种集群磁流变辅助V型槽高效高精度抛光陶瓷球的装置，其特征在于：所述磁铁(5)为圆柱型磁铁，可单圈或多圈放置在所述下抛光盘(2)底部的圆柱型凹槽(11)内，相邻两磁铁(5)采用极性相反的方向放置。

8.根据权利要求1所述的一种集群磁流变辅助V型槽高效高精度抛光陶瓷球的装置，其特征在于：所述下抛光盘(2)的表面设有球体保持架(10)。

9.根据权利要求1所述的一种集群磁流变辅助V型槽高效高精度抛光陶瓷球的装置，其特征在于：所述V形槽(9)内设有陶瓷球(4)。

10.根据权利要求1所述的一种集群磁流变辅助V型槽高效高精度抛光陶瓷球的装置，其特征在于：所述下抛光盘(2)内放置有磁流变抛光液(3)。