CN103537981B - 一种高精度圆柱形零件外圆的超精加工方法 - Google Patents

Abstract

一种高精度圆柱形零件外圆的超精加工方法，实现该加工方法的加工装置，包括上研磨盘、保持架和下研磨盘，保持架位于上、下研磨盘之间，上研磨盘的转轴和下研磨盘的转轴呈同轴设置，保持架的轴心线和上、下研磨盘的转轴存在确定偏距，保持架与保持架驱动曲轴相连；上、下研磨盘、保持架、保持架驱动曲轴均可按各自速度独自转动；将待加工圆柱形零件放置在保持架的工位上，在保持架驱动曲轴的驱动下，保持架中心绕上下研磨盘的转轴做公转运动，同时保持架绕自身中心做自转运动；在保持架和上、下研磨盘驱动下，圆柱形零件做复杂的空间滚动和回转运动；通过上研磨盘对圆柱形零件施加加工载荷；通过上、下研磨盘平面配合磨料对圆柱形零件的外圆进行超精加工。本发明均匀性良好、加工一致性良好。

Description

一种高精度圆柱形零件外圆的超精加工方法

技术领域

本发明涉及圆柱形零件外圆加工方法，尤其是一种基于双平面研磨的圆柱形零件外圆加工方法。

背景技术

轴承是装备制造业中重要的、关键的基础零部件，直接决定着重大装备和主机产品的性能、质量和可靠性，被誉为装备制造的“心脏”部件。精密圆柱形零件作为轴承的关键零件，其精度和一致性对轴承的工作性能和使用寿命起到至关重要的作用。

目前，圆柱形零件的批量加工国内外普遍采用无心磨削的方式，它是一种工件不定中心的研磨加工，加工时不用对工件进行装夹定位，加工效率高，能很好地用于大批量的生产，但无心磨削最大的问题在于自身无法解决加工过程中零件运动轴线与主动轮和导轮的轴线时刻保持一致的问题，这就极大影响了加工件表面磨削的均匀性，从而无法保证加工一致性。近年来随着对设备仪器性能的不断提高，对圆柱滚子的精度和一致性提出了越来越高的要求，这就有必要开发一种高精度圆柱形零件外圆的批量加工方法。

发明内容

为了克服已有圆柱形零件外圆加工方法的均匀性较差、加工一致性较差的不足，本发明提供一种均匀性良好、加工一致性良好的高精度圆柱形零件外圆的超精加工方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高精度圆柱形零件外圆的超精加工方法，实现所述加工方法的加工装置，包括上研磨盘、保持架和下研磨盘，所述上研磨盘位于下研磨盘上方，所述保持架位于上研磨盘与下研磨盘之间，上研磨盘的转轴和下研磨盘的转轴呈同轴设置，所述保持架的轴心线和上、下研磨盘的转轴存在确定偏距，所述保持架与保持架驱动曲轴相连；上研磨盘、下研磨盘、保持架、保持架驱动曲轴均可按各自速度独自转动；

所述加工方法包括以下过程：将待加工圆柱形零件放置在所述保持架的工位上，在保持架驱动曲轴的驱动下，保持架中心绕上下研磨盘的转轴做公转运动，同时保持架绕自身中心做自转运动；在保持架和上、下研磨盘驱动下，圆柱形零件做复杂的空间滚动和回转运动；通过上研磨盘对圆柱形零件施加加工载荷；通过上、下研磨盘平面配合磨料对圆柱形零件的外圆进行超精加工。

进一步，加工时，采用固着磨料或游离磨料实现材料去除；

更进一步，加工时，研磨盘上粘贴抛光垫或者固着磨料。

再进一步，所述保持架驱动曲轴为折线形状的轴，所述曲轴上下两端的轴心线之间存在确定偏距，所述下研磨盘的转轴呈中空状，下研磨盘的中部开有通孔，所述曲轴穿过所述下研磨盘的转轴内腔和通孔。

所述保持架的中心孔与保持架驱动曲轴相连。

所述保持架呈圆盘状，所述保持架的盘面上开有供待加工零件放置的加工槽，呈放射状、同心圆状或栅格状分布。

本发明的技术构思为：待加工的圆柱形工件以一定的排列方式放置在上、下研磨盘之间的保持架中，上、下研磨盘与保持架构成平行平面。在加工载荷的作用下，工件与上、下研磨盘接触；上、下研磨盘以及保持架可按各自的转速转动，保持架在保持架驱动轴的驱动下可做自转加偏心公转运动；圆柱形工件在上、下研磨盘和保持架的作用下绕保持架中心公转同时自身滚动，作复杂空间运动。通过调整研磨盘和保持架之间的转速比，各个圆柱形工件的外圆与研磨盘上的各点交替接触，以平面零件双面研磨的方式，对一批圆柱形工件的外圆同时进行加工；可保证各工件加工条件的一致性，使各圆柱形工件的外圆获得均匀研磨；同时，由于误差匀化的原理，单个工件的形状误差以及一批工件间的尺寸误差充分匀化，从而获得高精度、高一致性的圆柱形零件。由于采用了研磨和抛光工艺，使得圆柱形工件的外圆具备纳米级镜面的表面质量，较少的表面损伤和残余应力。

本发明的有益效果主要表现在：1.每个圆柱形工件的加工条件都是一致的，实现一批工件尺寸精度和形状精度的一致化；2.采用了研磨和抛光工艺，使得圆柱形零件的外圆具备纳米级镜面的表面质量，较少的表面损伤和残余应力。3.应用“进化加工原理”，加工精度对设备精度的依赖度相对较小，能够制造出加工精度远超设备精度的零件，制造成本低；4.适用于各种材质、类型的圆柱形零件加工，尤其是钢制和陶瓷材料的轴承用精密圆柱滚子加工。

附图说明

图1是本发明中基于保持架偏心转摆式双平面研磨的圆柱形零件外圆加工装置示意图。

图2是本发明中图1的俯视图。

图3是本发明中一种保持架的开槽形状和布局图。

图4是本发明中另一种保持架的开槽形状和布局图。

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4，一种高精度圆柱形零件外圆的超精加工方法，实现所述加工方法的加工装置，包括上研磨盘2、保持架4和下研磨盘5，所述上研磨盘2位于下研磨盘5上方，所述保持架4位于上研磨盘2与下研磨盘5之间，上研磨盘2的转轴和下研磨盘5的转轴呈同轴设置，所述保持架4的轴心线和上、下研磨盘的转轴存在确定偏距，所述保持架4与保持架驱动曲轴7相连，上研磨盘、下研磨盘、保持架、保持架驱动曲轴均可按各自速度独自转动；

所述加工方法包括以下过程：将待加工圆柱形零件3放置在所述保持4架的工位上，在保持架驱动曲轴7的驱动下，保持架中心绕上下研磨盘的转轴6做公转运动，同时保持架4绕自身中心做自转运动；在保持架4和上研磨盘2、下研磨盘5驱动下，圆柱形零件3做复杂的空间滚动和回转运动，通过上研磨2对圆柱形零件施加加工载荷；通过上研磨盘2和下研磨盘5的平面配合磨料对圆柱形零件3的外圆进行超精加工。

进一步，加工时，采用固着磨料或游离磨料实现材料去除；

更进一步，加工时，研磨盘上粘贴抛光垫或者固着磨料。

再进一步，所述保持架驱动曲轴7为折线形状的轴，所述曲轴上下两端的轴心线之间存在确定偏距，所述下研磨盘的转轴6呈中空状，下研磨盘5的中部开有通孔，所述曲轴穿过所述下研磨盘的转轴内腔和通孔。

更进一步，所述保持架4的中心孔与保持架驱动曲轴4相连。

再进一步，所述保持架4呈圆盘状，所述保持架4的盘面上开有供待加工零件3放置的加工槽，呈放射状、同心圆状或栅格状分布。

所述上、下研磨盘的转轴的轴心线8，所述保持架的的中心孔所在轴心线9。

如图1和2所示，保持架驱动曲轴7为一折线形状的轴，轴两端的轴心线之间存在确定偏心量，且偏心量可调，一般偏心量不能少于圆柱形工件3的轴向长度。保持架驱动曲轴7一端与传动***相连，它的轴心线与上研磨盘2和驱动轴1、下研磨盘5和驱动轴6的轴心线同轴；保持架驱动曲轴7另一端与保持架4的中心孔相连，两者之间可安装滑动轴承或滚动轴承；保持架4放置在上研磨盘2和下研磨盘5之间，保持架4上开槽，待加工的工件3放置在保持架4的槽中；上研磨盘、下研磨盘、保持架驱动曲轴由三个电机通过传动***分别独立驱动，转速可以任意调节，ω1为上研磨盘的转速，ω2为保持架的转速，ω3为下研磨盘的转速。

如图3、4所示，保持架包含两个部分：10.基体；11.孔槽。保持架的基体10呈圆盘状，基体10上开有多个孔槽11，孔槽11为通孔，用来约束圆柱工件的运动，成放射状、同心圆状或栅格状分布；孔槽11的形状可以为矩形、八边形或圆形等各种形状，孔槽11的尺寸足以恰好放入圆柱工件；孔槽11的对称线可指向基体10的中心，或与基体10的径向呈确定偏角，一般在15°以内。

如图1和图2所示，加工时，将一批工件3放在保持架4的槽中，通过上研磨盘2对工件3施加载荷。在保持架驱动曲轴7的旋转驱动下，保持架4中心绕上研磨盘2和下研磨盘5的转轴做公转运动，同时绕自身中心做自转运动。在保持架4的作用下，工件3绕保持架4的中心做公转运动，同时在上研磨盘2和下研磨盘5的作用下进行滚动。调节上研磨盘2、下研磨盘5和保持架驱动曲轴7的转速，转速大小顺序为：下研磨盘5的转速明显大于上研磨盘2的转速，远大于保持架驱动曲轴7的转速。根据需要，上研磨盘2和下研磨盘5的材料可以为纯金属（如铸铁、铜、锡等）、合金（如不锈钢、合金钢等）、陶瓷（如氧化锆、立方氮化硼等）、树脂等。根据需要，加工时可采用固着磨料或游离磨料实现材料去除。

如图1和图2所示，若采用游离磨料进行研磨加工，需在上研磨盘2上开孔，将研磨液从该孔中喷射到工件3上，通过研磨液中的游离磨料实现材料去除。若采用游离磨料进行抛光加工，需事先在上研磨盘2和下研磨盘5的表面上安装抛光垫，可选用绒布或者聚氨酯等材料，然后应用抛光液进行抛光加工，若抛光液不添加磨料，必须添加化学反应物与工件3进行化学反应，对工件3进行化学机械去除作用。若采用固着磨料进行研磨加工，需事先在上研磨盘2和下研磨盘5的表面上直接涂覆固着磨料，或安装砂纸。加工过程中，通过上研磨盘2的孔喷射冷却润滑液。

Claims (6)

1.一种高精度圆柱形零件外圆的超精加工方法，其特征在于：实现所述加工方法的加工装置，包括上研磨盘、保持架和下研磨盘，所述上研磨盘位于下研磨盘上方，所述保持架位于上研磨盘与下研磨盘之间，上研磨盘的转轴和下研磨盘的转轴呈同轴设置，所述保持架的轴心线和上、下研磨盘的转轴存在确定偏距，所述保持架与保持架驱动曲轴相连；上研磨盘、下研磨盘、保持架、保持架驱动曲轴均可按各自速度独自转动；

所述加工方法包括以下过程：将待加工圆柱形零件放置在所述保持架的工位上，在保持架驱动曲轴的驱动下，保持架中心绕上下研磨盘的转轴做公转运动，同时保持架绕自身中心做自转运动；在保持架和上、下研磨盘驱动下，圆柱形零件做复杂的空间滚动和回转运动；通过上研磨盘对圆柱形零件施加加工载荷；通过上、下研磨盘平面配合磨料对圆柱形零件的外圆进行超精加工。

2.如权利要求1所述的一种高精度圆柱形零件外圆的超精加工方法，其特征在于：加工时，采用固着磨料或游离磨料实现材料去除。

3.如权利要求1所述的一种高精度圆柱形零件外圆的超精加工方法，其特征在于：加工时，研磨盘上安装抛光垫或者涂覆固着磨料。

4.如权利要求1或2所述的一种高精度圆柱形零件外圆的超精加工方法，其特征在于：所述保持架驱动曲轴为折线形状的轴，所述曲轴上下两端的轴心线之间存在确定偏距，所述下研磨盘的转轴呈中空状，下研磨盘的中部开有通孔，所述曲轴穿过所述下研磨盘的转轴内腔和通孔。

5.如权利要求4所述的一种高精度圆柱形零件外圆的超精加工方法，其特征在于：所述保持架的中心孔与保持架驱动曲轴相连。

6.如权利要求4所述的一种高精度圆柱形零件外圆的超精加工方法，其特征在于：所述保持架呈圆盘状，所述保持架的盘面上开有供待加工零件放置的加工槽，呈放射状、同心圆状或栅格状分布。