一种变曲率沟槽球体加工设备的球体循环方法及装置与流程

[0001]
本发明涉及高精度球体加工设备，尤其是一种变曲率沟槽球体加工设备的球体循环方法及装置。


背景技术：

[0002]
球轴承的运动精度、噪声及寿命等技术指标受到轴承球的精度(球形偏差、球直径变动量和表面粗糙度)直接影响，进而影响设备、仪器的性能。
[0003]
对于轴承球的研磨加工，国内外已有一些相应的加工方法，如形槽研磨、圆沟槽研磨法、锥形盘研磨法、自转角主动控制研磨法、磁悬浮研磨法等。在形槽研磨加工、圆沟槽研磨加工、锥形盘研磨加工等加工过程中，轴承球只能作“不变相对方位”研磨运动，即轴承球的自旋轴对公转轴的相对空间方位固定，轴承球绕着一固定的自旋轴自转。实践和理论分析都表明“不变相对方位”研磨运动对球的研磨是不利的，轴承球与研磨盘的接触点在轴承球表面形成的研磨迹线是一组以轴承球自转轴为轴的圆环，研磨盘沿着三接触点的三个同轴圆迹线对轴承球进行“重复性”研磨，不利于轴承球表面迅速获得均匀研磨,在实际加工中需要依靠轴承球打滑、搅动等现象，使轴承球的自旋轴与公转轴的相对工件方位发生缓慢变化，达到均匀研磨的目的，但这种自旋角的变化非常缓慢，是随机、不可控的，从而限制了加工的球度和加工效率。而自转角主动控制研磨具有可独立转动的三块研磨盘，可以通过控制研磨盘转速变化来调整轴承球的自旋轴的方位，轴承球能作“变相对方位”研磨运动，轴承球表面的研磨迹线是以轴承球自转轴为轴的空间球面曲线，能够覆盖大部分甚至整个轴承球表面，有利于轴承球表面获得均匀、高效的研磨。上述多种方法中，就所需装置复杂程度而言，以传统形槽加工方法最为简便，磁悬浮研磨以及自转角主动控制加工方法相对复杂。
[0004]
双自转自转角主动控制加工方式虽然能够精确控制自转角的变化，但是必须在精确的研磨盘转速控制系统下进行，所需的机构也非常复杂。鉴于以上两种加工方式不足之处，提出了一种变曲率沟槽磨盘研磨球体的方法。该研磨方式的基本原理是：球体依序由磨盘中部沿沟槽(沟槽上任意一点相对于磨盘中心的曲率半径都不同，并且是连续变化的)逐渐向外作自旋角连续变化的研磨运动，在单个研磨周期(从磨盘入料口经过整个沟槽路径至磨盘出料口)内实现研磨轨迹在球面上的均匀包络，并可通过输送机构将球体从磨盘外沿的出料口依序送至磨盘中心的入料口进行循环加工的高精度球体高效高一致性批量加工新方法。
[0005]
变曲率沟槽磨盘不同于传统v形槽加工方法需要外力改变自转角的情况。加工球在磨盘中即可完成自转角的自我改变实现研磨轨迹在球面上的均匀全包络。但是加工球在磨盘内完成一次加工后，需要平稳从磨盘沟槽出口滚出，滚出后需要有与之配合的循环机构辅助加工球回到磨盘进行二次加工。同时，为避免类似传统v形槽在拨动区随机打乱加工的情况，循环加工系统需要保证加工球的加工顺序，以最大程度确保每粒球加工情况的统一性、加工效果的一致性，以及加工过程的可控性。但是目前变曲率沟槽球体加工设备还缺
少球体循环机构，导致球循环加工功能不完善、加工效率较低、加工路径控制准确性较差。


技术实现要素：

[0006]
为了完善变曲率沟槽球体加工设备的球体循环功能，本发明提供一种加工效率较高、加工路径控制准确性较好、加工一致性良好的变曲率沟槽球体加工设备的球体循环方法及装置。
[0007]
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0008]
一种变曲率沟槽球体加工设备的球体循环方法，实现该方法的装置包括入盘引导器、落球收集板、外部球体提升机构、入球滚道和出球滚道，轴承球从入球滚道落入落料桶，在漏斗形落料桶中集中于底部中心，后经弧形滚道的缓冲后落入下研磨盘的变曲率v形槽；轴承球在上研磨盘加压与下研磨盘转动的共同作用下，沿变曲率v形槽对轴承球进行研磨加工并使之逐渐移动至变曲率v形槽外圈，后由下研磨盘边沿掉落至落球板，最终经挡板出球口落向出球滚道；
[0009]
所述轴承球由出球滚道到达轮盘挡板底部，随之依次进入轮盘外圈底部的弧形齿内，由于轮盘挡板与轮盘的约束，轴承球随着轮盘转动而上升；当轴承球即将到达轮盘顶点时，以楔形挡块的方式，将轴承球逐渐推离轮盘并落入入球滚道。
[0010]
一种变曲率沟槽球体加工设备的球体循环装置，包括入盘引导器、落球收集板、外部球体提升机构、入球滚道和出球滚道，所述入盘引导器通过支架下研磨盘固定连接。所述落球收集板通过挡板固定在机架上。所述外部球体提升机构中轮盘挡板固定于挡板支架上，上滚道套筒与下滚道套筒分别固定于轮盘挡板的上下端，楔形挡块固定于轮盘挡板上端内侧，所述入球滚道与出球滚道分别套入上滚道套筒与下滚道套筒中。
[0011]
进一步，所述入盘引导器中落料桶随下研磨盘一起转动，轴承球从入球滚道落入落料桶，在漏斗形落料桶中集中于底部中心，后进入弧形滚道，经弧形滚道的缓冲后落入下研磨盘的变曲率v形槽。
[0012]
再进一步，所述落球收集板的落球板为倾斜板面，最低点位于挡板的出球口。轴承球自弧形滚道落入下研磨盘中间位置，在上研磨盘加压与下研磨盘转动的共同作用下，沿变曲率v形槽对轴承球进行研磨加工并使之逐渐移动至变曲率v形槽外圈，最终由下研磨盘边沿掉落至落球板。轴承球滚至落球板最低点，后经挡板出球口落向出球滚道。
[0013]
更进一步，所述外部球体提升机构中，轮盘为齿轮状，轮盘外圈齿形凹陷处用于在循环中承载轴承球由低处向高处移动，所述轮盘挡板为半圆形内凹套壳，用于在轮盘承载移动轴承球的过程中限制轴承球的相对运动，防止其掉落。轴承球由出球滚道经下滚道套筒到达轮盘挡板底部，随之依次进入轮盘外圈底部的弧形齿内，由于轮盘挡板与轮盘的约束，轴承球随着轮盘转动而上升直至顶部。
[0014]
优选的，当轴承球即将到达轮盘顶点时，以楔形挡块的方式，将轴承球逐渐推离轮盘并落入上滚道套筒，后进入入球滚道。
[0015]
本发明的技术构思为：循环机构采用单轨、单向输送，使加工球能依次进入回落收集机构并再次进入下研磨盘变曲率v形槽，重新开始下一轮加工。本发明利用带齿轮盘进行轴承球输送，使球与球之间下落时间间隔相同，保证了球在变曲率v形槽中均匀分布。球体回落收集机构的落料桶上半部分为空心圆柱，下半部分内部为漏斗形，轴承球可通过漏斗
部分集中至落料桶底部中心位置，弧形滚道为螺旋向下结构，有助于减轻轴承球下落过程的冲击。球体回落收集机构安装于下研磨盘上，会随下研磨盘一起转动，于是弧形滚道底部出口位置相对于下研磨盘保持不变，使轴承球每次能从同一位置进入下研磨盘表面变曲率v形槽进行加工。楔形挡块使轴承球即将到达轮盘顶点的过程中，被逐渐推离轮盘并落入上滚道套筒。落球坡道为倾斜滚道，最低点位于挡板的出球口，轴承球掉落后在落球坡道与挡板的双重作用下，滚向最低点即挡板的出球口。
[0016]
本发明的有益效果主要表现在：装置结构简单，能达到依次循环加工的状态，并使球之间间隔均匀。最终实现加工球高精度、高一致性的批量加工，对发展轴承球的超精密加工技术具有重要意义。
附图说明
[0017]
图1是变曲率沟槽球体加工设备的球体循环装置简图。
[0018]
图2是球体循环装置的外部循环机构的正视图简图。
[0019]
图3是图2的左视图。
[0020]
图4是球体循环装置的外部循环机构中楔形挡块作用示意图。
[0021]
图5是球体循环装置中落球坡道正视图简图。
[0022]
图6是球体循环装置中球体收集机构正视图简图。
[0023]
图7是变曲率沟槽球体加工设备中下研磨盘的三维示意图。
具体实施方式
[0024]
下面结合附图对本发明作进一步描述。
[0025]
参照图1～图7，一种变曲率沟槽球体加工设备的球体循环方法，实现该方法的装置包括入盘引导器5～7、落球收集板1～2、外部球体提升机构9～17、入球滚道8和出球滚道18，轴承球从入球滚道落入落料桶，在漏斗形落料桶中集中于底部中心，后经弧形滚道的缓冲后落入下研磨盘的变曲率v形槽；轴承球在上研磨盘加压与下研磨盘转动的共同作用下，沿变曲率v形槽对轴承球进行研磨加工并使之逐渐移动至变曲率v形槽外圈，后由下研磨盘边沿掉落至落球板，最终经挡板出球口落向出球滚道；
[0026]
所述轴承球由出球滚道到达轮盘挡板底部，随之依次进入轮盘外圈底部的弧形齿内，由于轮盘挡板与轮盘的约束，轴承球随着轮盘转动而上升；当轴承球即将到达轮盘顶点时，以楔形挡块的方式，将轴承球逐渐推离轮盘并落入入球滚道。
[0027]
一种变曲率沟槽球体加工设备的球体循环装置，包括入盘引导器5～7、落球收集板1～2、外部球体提升机构9～17、入球滚道8和出球滚道18，所述入盘引导器通过支架5下研磨盘3固定连接，所述落球收集板通过挡板2固定在机架上，所述外部球体提升机构中轮盘挡板10固定于挡板支架21上，上滚道套筒9与下滚道套筒17分别固定于轮盘挡板10的上下端，楔形挡块11固定于轮盘挡板10上端内侧，所述入球滚道8与出球滚道18分别套入上滚道套筒9与下滚道套筒17中。
[0028]
进一步，所述入盘引导器中落料桶7随下研磨盘3一起转动，轴承球从入球滚道8落入落料桶7，在漏斗形落料桶中集中于底部中心，后进入弧形滚道6，经弧形滚道6的缓冲后落入下研磨盘3的变曲率v形槽。
[0029]
再进一步，所述落球收集板的落球板1为倾斜板面，最低点位于挡板2的出球口。轴承球19自弧形滚道6落入下研磨盘3中间位置，在上研磨盘4加压与下研磨盘3转动的共同作用下，沿变曲率v形槽对轴承球19进行研磨加工并使之逐渐移动至变曲率v形槽外圈，最终由下研磨盘3边沿掉落至落球板1。轴承球19滚至落球板1最低点，后经挡板2出球口落向出球滚道18。
[0030]
更进一步，所述外部球体提升机构中，轮盘12为齿轮状，轮盘12外圈齿形凹陷处用于在循环中承载轴承球23由低处向高处移动，所述轮盘挡板10为半圆形内凹套壳，用于在轮盘12承载移动轴承球的过程中限制轴承球22的相对运动，防止其掉落。轴承球23由出球滚道18经下滚道套筒17到达轮盘挡板10底部，随之依次进入轮盘12外圈底部的弧形齿内，由于轮盘挡板10与轮盘12的约束，轴承球随着轮盘12转动而上升直至顶部。
[0031]
当轴承球20即将到达轮盘12顶点时，以楔形挡块11的方式，将轴承球20逐渐推离轮盘12并落入上滚道套筒6，后进入入球滚道8。
[0032]
加工的磨料选择固着磨料或游离磨料，所述待加工陶瓷轴承球在上、下研磨盘工作面，在定载荷和磨料的作用下得到均匀研磨，并通过循环系统进行多轮研磨。
[0033]
利用本发明装置，加工氮化硅陶瓷轴承球,加工条件如表1：
[0034][0035][0036]
表1
[0037]
表2列出的是成品陶瓷球的检测结果。从检测结果看：加工出的陶瓷球的精度水平已达到钢球的g3精度。
[0038][0039]
表2。

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