[发明专利]一种集群磁流变高效抛光加工高精度球的装置及抛光方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种球形零件抛光装置及抛光方法，特别涉及高速、高精度陶瓷球轴承中的高精度陶瓷球的集群磁流变高效抛光加工高精度球的装置及其方法，通过集群磁场产生的磁流变效应，进一步提高陶瓷球的表面质量，属于超精密加工技术领域。

背景技术

根据目前对于主轴转速的提高，对于轴承的要求也极大的提高。热等静压氮化硅(HIPSN)被认是制造诸如航空器引擎、高速主轴和精密机床中高速、高温精密轴承滚珠的首选材料。与传统的钢质滚珠相比，其具有密度更低，硬度更高，弹性模量更大(刚性更好)，热膨胀系数更小，热稳定性和化学稳定性更好等特点。同时具有较好的抗裂韧性，失效形式与轴承钢一样，是以具有先兆的剥落方式出现。对于轴承用的陶瓷球(Si₃N₄)，要求具有很高的形状精度、尺寸精度、表面质量等。由于陶瓷材料硬度高，与金属相比脆性较大，加工困难，加工时容易在表面产生裂纹等表面缺陷，从而导致轴承中的陶瓷球滚子在高速的运动下出现碎裂、点蚀、疲劳损伤等现象。致使轴承失效。所以在加工陶瓷球时最重要的是始终保持球体表面不出现表面损伤。只有在加工方法和工艺参数与陶瓷球材料特性相互匹配时，才能够保证陶瓷球的加工表面质量。氮化硅(Si₃N₄)陶瓷球材料的莫氏硬度为9～9.5,显微硬度为32.6GPa，是钢球硬度的两倍以上。因此，钢球的加工工艺和磨料不适于陶瓷球的加工。

对于球体的研磨加工，近百年来，国内外球体批量加工一直沿用“概率成球原理”。例如：V槽研磨加工、圆形沟槽研磨法、磁悬浮研磨法、锥形盘研磨加工等方法。但是这些方法在研磨加工过程中球坯自转角θ(球坯自转轴和公转轴的夹角)是恒定值。研磨时，球坯表面形成的轨迹是3个同轴的环带。人们通过球体循环进出研磨盘的沟槽和球坯的自转，随机改变各个球的自转角θ，从而使得球面各个部位都被加工到，但存在球面各个点的切削概率不等，难以获得球体精度的一致性。批合格率通常只有30％左右，限制了球的加工效率。

浙江工业大学袁巨龙等提出双自转角主动控制研磨加工方法，采用可独立转动的三块研磨盘，通过控制研磨盘转速变化来实现对球坯自旋轴方位的调整，使球坯作“变相对方位”研磨运动，球坯表面的研磨迹线是以球坯自转轴为轴的空间球面曲线，能够覆盖大部分甚至整个球坯表面，有利于球坯表面获得均匀、高效的研磨。但这种方法采用的加工装置动力源多，结构及控制系统复杂，对制造和装配精度都有较高的要求，加工成本高。另外，还有陶瓷球磁悬浮研磨加工方法，其主要特征是采用磁流体技术实现对球坯的高效研磨，除了对球坯的加压方式不同外，其研磨运动方式同传统V形槽研磨加工和锥形盘研磨加工中的运动方式基本相同，因此，在其加工过程中球度同样受到了限制，而且磁悬浮研磨加工所采用的加工装置和控制系统复杂，磁流体的成本也较高，具有一定的局限性。针对国内外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，迫切需要开发一种高效率、高一致性、低成本批量加工陶瓷球的研磨/抛光加工方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种集群磁流变高效抛光加工高精度球的装置及抛光方法，具有抛光效果好，效率高且不产生亚表面损伤等传统抛光方式不具备的优点。

本发明所采用的技术方案：一种集群磁流变高效抛光加工高精度球的装置，包括集群磁极偏心自转机构、上抛光盘公转机构和压力调节机构；所述集群磁极偏心自转机构包括有底板(1)，所述底板(1)上设有大齿轮轴电机(38)，所述大齿轮轴电机(38)的输出轴连接有大齿轮轴(42)，所述大齿轮轴(42)的上端连接大齿轮(27)，所述大齿轮(27)与若干小齿轮轴(13)上的齿轮啮合，所述小齿轮轴(13)上设有偏心距调节环(14)，所述偏心距调节环(14)设有永磁体(15)；所述下抛光盘公转机构包括设置在所述底板(1)上的空心轴电机(4)，所述空心轴电机(4)的输出轴连接皮带轮(6)，所述皮带轮(6)通过同步带(7)与空心轴(33)连接，所述空心轴(33)的上端连接有小齿轮轴安装板(10)，所述小齿轮轴安装板(10)的上设有支撑环(28)，所述支撑环(28)上端连接有下抛光盘(16)，所述下抛光盘(16)上加工有若干V型槽(18)；所述下抛光盘(16)上方设有上抛光盘(19)，所述上抛光盘(19)连接有压力调节机构。