一种微小球体研磨加工装置及加工方法

1.本发明涉及球体精密加工技术领域，是一种微小球体研磨加工装置及加工方法。


背景技术：

2.随着球体超精密研磨行业的发展与壮大，各种针对提高球体精度的研磨方法被提出。目前，沟槽形式采用v型沟槽、上盘采用平盘、并用游离磨料对材料进行去除是国内外针对球体超精密研磨的主要方式。主要研磨方法有变曲率沟槽研磨方法、双转盘研磨方法、偏心圆沟槽研磨方法等，这些研磨方法主要通过改变球体自转角的变化来拓展球面研磨轨迹。变曲率沟槽研磨方式能够实现批量常规球体高精密研磨，缺点是结构复杂、不适用于毫米级球体研磨。双转盘研磨方式可以通过改变内外转盘的转速对球面研磨路径进行控制，实现研磨轨迹均匀全覆盖，进而实现高精密球体研磨，缺点是对内外转盘的同轴度要求较高，不适用于毫米级球体研磨。偏心圆沟槽研磨方法在理论上的球面研磨轨迹只是三段圆弧带，不能实现球面研磨轨迹全覆盖，研磨效果较差，优点是结构简单。目前，绝大部分球体加工方法采用游离磨料对球体进行材料去除，游离磨料对球体的材料去除形式主要以三体去除方式为主，磨削主要是颗粒状，单颗磨粒发挥作用较小，研磨效率不高。
3.为了解决毫米级球体的超精密研磨问题，中国专利文献cn201911005628.x提供了《一种超精密球体变摩擦系数研磨方法》，采用特定形状的沟槽与变摩擦固着磨粒盘共同作用对球体研磨，其中沟槽路径是由四段直线加四段偏心圆弧段组成，平盘表面根据设定规则划分成类扇形区域，相邻扇形区域采用不同的材质；但在研磨过程中，球体会出现聚集情况，特别是对毫米级球体进行研磨时，球体会跑出轨道，研磨无法顺利进行，这种沟槽路径并不便于毫米级球体研磨。双平面研磨方式是一种常见的毫米级球体研磨方式，其由两块平盘与保持架共同组成研磨系统，此研磨方法结构简单，对于常规球体与毫米级球体均能进行研磨，但球体在其中的运动状态难以控制，且该方法不满足成球规则，球体研磨精度难以保证，研磨效率也较低。
4.因此，本发明基于变摩擦系数研磨装置，提供了一种微小球体高效高精度高一致性的研磨方法，旨在解决研磨效率低、精度低的问题，同时适用于不同规格的球体研磨。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明的第一个发明目的在于提供一种微小球体研磨加工装置，该装置结构巧妙，可以通过设置研磨机构、加压机构和驱动机构，实现对微小球体的研磨加工，提升了研磨精度和效率，有利于所述研磨加工装置在球体精密加工技术领域的应用和推广。本发明的第二个发明目的在于提供一种微小球体研磨加工方法，基于上述一种微小球体研磨加工装置，该方法加工简单，能对球体进行批量、高效地研磨加工，与现有技术相比，更有利于对微小球体的研磨加工。
6.上述一种微小球体研磨加工装置与一种微小球体研磨加工方法技术上相互关联，属于同一个发明构思。
7.为了实现上述第一个发明目的，本发明采用以下技术方案: 一种微小球体研磨加工装置，包括研磨机构、加压机构及驱动机构，所述研磨机构设有研磨盘和转盘，所述研磨盘和所述转盘之间布设有球体和研磨液，所述研磨盘连接所述加压机构，所述转盘连接所述驱动机构，所述转盘设有用于驱动所述球体转动的环形沟槽。
8.作为本发明的一种优选方案，所述环形沟槽包括直线槽和弧形槽，所述直线槽和所述弧形槽均为多个，且交替分布。
9.作为本发明的一种优选方案，所述直线槽与所述弧形槽连接处形成v形状沟槽。
10.作为本发明的一种优选方案，所述研磨盘包括研磨部和固定部，所述研磨部和所述固定部均为多个，且交替分布。
11.作为本发明的一种优选方案，所述加压机构包括驱动件、加压架、压力传感器、弹性件和限位螺栓，所述限位螺栓安装于所述压力传感器，所述弹性件套装于所述限位螺栓，且位于所述压力传感器和所述加压架之间，所述压力传感器安装于所述驱动件下端。
12.作为本发明的一种优选方案，所述驱动件包括蜗轮蜗杆和丝杠，所述蜗轮蜗杆连接所述丝杠，所述丝杠安装于固定架。
13.作为本发明的一种优选方案，所述固定架两侧套装有挡板，所述挡板连接所述研磨盘。
14.作为本发明的一种优选方案，所述挡板设有水平夹，所述水平夹一端安装于所述挡板，另一端紧贴所述加压架底部。
15.作为本发明的一种优选方案，所述驱动机构包括驱动电机和承重盘，所述承重盘连接所述驱动电机，所述转盘安装于所述承重盘。
16.与现有技术相比，具有以下有益效果：1.本发明中的一种微小球体研磨加工装置，主要包括研磨机构、加压机构和驱动机构，研磨机构设有研磨盘和转盘，研磨盘和转盘之间布设有球体和研磨液，设置研磨盘连接加压机构，转盘连接驱动机构，转盘设有用于驱动球体转动的环形沟槽，使球体能在沟槽内转动，实现对批量球体的研磨加工，提升了加工效率和精度，保证了球体加工的一致性，有利于所述加工装置在球体精密加工技术领域的应用和推广。
17.2.该装置的环形沟槽包括直线槽和弧形槽，球体在弧形槽运动，受球体之间的相互作用影响较小；球体在直线槽运动，获得较高的材料去除效率。
18.3.该装置的研磨盘设有研磨部，球体材料去除由研磨盘与研磨液共同作用，极大地提高了研磨效率。
19.4.该装置的研磨盘与沟槽对球体的研磨轨迹均能实现均匀全覆盖，有效地提升了研磨精度。
20.5.该装置的驱动机构设有驱动电机，能够驱动转盘转动，通过电机可以控制转盘转速，提升了研磨的效率。
21.为了实现上述第二个发明目的，本发明采用以下技术方案: 一种微小球体研磨加工方法，基于一种微小球体研磨加工装置，包括以下步骤：步骤1、将待加工球体放在转盘的环形沟槽内；步骤2、将研磨液加入到研磨盘和转盘之间；步骤3、驱动加压机构下压需要的距离，使研磨盘压住球体；步骤4、启动驱动电机，促使转盘转动，实现对球体的研磨加工。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的一种微小球体研磨加工方法，与
现有技术用简单的平盘和沟槽对球体研磨相比，将待加工球体放在环形沟槽内，通过研磨盘和研磨液对球体进行研磨加工，有效地提升了研磨精度和效率，有利于上述加工方法在球体精密加工技术领域的推广及应用。
附图说明
23.图1是实施例中一种微小球体研磨加工装置的结构示意图；图2是实施例中一种微小球体研磨加工装置加压机构的结构示意图；图3是实施例中一种微小球体研磨加工装置研磨机构的结构示意图；图4是实施例中一种微小球体研磨加工装置驱动机构的结构示意图；图5是实施例中一种微小球体研磨加工装置转盘的结构示意图；图6是实施例中一种微小球体研磨加工装置研磨盘的结构示意图。
24.附图标记：1、研磨机构；11、研磨盘；111、研磨部；112、固定部；12、转盘；121、环形沟槽；1211、直线槽；1212、弧形槽；2、加压机构；21、驱动件；211、蜗轮蜗杆；212、丝杠；22、加压架；23、压力传感器；24、弹性件；25、限位螺栓；3、驱动机构；31、驱动电机；32、承重盘；4、固定架；5、挡板；6、水平夹。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、
“ꢀ
竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
27.下面结合附图对本发明实施例作详细说明。
28.实施例1：如图1至图6所示，一种微小球体研磨加工装置，主要包括研磨机构1、加压机构2和驱动机构3，研磨机构1设有研磨盘11和转盘12，研磨盘11和转盘12之间布设有球体和研磨液，研磨盘11连接加压机构2，转盘12连接驱动机构3，转盘12设有用于驱动球体转动的环形沟槽121，将待加工球体放在环形沟槽121内，启动驱动机构3，转盘12转动，可实现对球体的研磨加工，提升了加工的精度和效率，保证了球体加工的一致性。
29.本实施例的环形沟槽121包括直线槽1211和弧形槽1212，弧形槽1212为同心圆弧段，直线槽1211和弧形槽1212均为多个，且分别沿转盘12周向等距设置，呈交替分布。球体在弧形槽1212内匀速运动，能够最大程度减小球体在研磨过程中的相互碰撞与滑擦，受球体之间的相互作用影响较小；球体在直线槽1211的路径上运动时，球体会垂直于沟槽路径方向发生转动，实现了球体自转角的变化，进而使研磨轨迹扩散，同时球体研磨部位与磨粒之间具有最大的相对运动速度，获得最高的材料去除效率。
30.进一步地，直线槽1211连接弧形槽1212形成v形状沟槽，在转盘12的驱动下，球体沿着沟槽路径方向运动，球体自转角随着沟槽路径的曲率与球体与研磨盘11接触区域的变
化而变化，球体的空间方位发生改变，研磨轨迹发生扩散，最终实现球面研磨轨迹全覆盖，有效地提升了球体的研磨效果。
31.为了提升球体的研磨效率，研磨盘11包括研磨部111和固定部112，研磨部111为固着磨粒块，呈扇形，通过结合剂与磨粒混合烧结而成，结合剂可以采用青铜结合剂、树脂结合剂、陶瓷结合剂等；磨粒可根据球体的材料及不同工序，选用金刚石、氧化铝、氧化锆等，球体与研磨部111之间的材料去除方式为二体去除。固定部112为不设有磨粒块的平板，研磨部111和固定部112均为多个，且分别沿研磨盘11周向等角度设置，呈交替分布，当球体与研磨部111接触时，球面材料去除主要是固着磨粒起作用，以二体去除的方式去除；当球体与固定部112接触时，球面材料去除主要是研磨液的游离磨料起作用，以三体去除的方式去除，这两种材料去除方式的研磨轨迹均能将球面全覆盖，实现对球体的高效、高精度研磨。
32.本实施例的加压机构2包括驱动件21、加压架22、压力传感器23、弹性件24和限位螺栓25，多个限位螺栓25沿压力传感器23周向等距设置，弹性件24为弹簧，套装在限位螺栓25外面，且位于压力传感器23和加压架22之间，压力传感器23安装在驱动件21下端，当驱动件21下降，加压架22压住研磨盘11，对球体施加压力，弹簧伸张，通过观察压力传感器23示数的变化得到加压机构2对球体施加的压力，压力传感器23示数的减小量为球体受到的压力，便于压力的读取，设置弹性件24也可以实现研磨盘11的调平功能，使研磨盘11与每个球体接触，保证了球体研磨的一致性。
33.为了方便施加压力，设置驱动件21包括蜗轮蜗杆211和丝杠212，蜗轮蜗杆211螺纹连接丝杠212，丝杠212通过螺纹连接垂直安装在固定架4的上部，驱动蜗轮蜗杆211，可实现丝杠212的升降，能够更加精确地控制压力，提升了操作的便利性。
34.为了防止研磨盘11在加工过程中脱离装置，在固定架4两侧的立柱套装有挡板5，挡板5固定安装在研磨盘11上表面，挡板5与固定架4的安装留有较小缝隙，允许在施加压力的过程中使研磨盘11自动调平，同时限制其大幅度摆动，通过两侧挡板5的固定，使研磨盘11的工作更加稳定。
35.进一步地，为了使加压机构2能够压住研磨盘11，在挡板5上装有水平夹6，水平夹6的一端固定安装在挡板5上，另一端紧贴加压架22底部，使加压架22能够完全压住研磨盘11，保证了压力的施加效果。
36.本实施例的驱动机构3包括驱动电机31和承重盘32，承重盘32连接驱动电机31，转盘12通过螺栓固定安装在承重盘32上，启动驱动电机31，使承重盘32转动，从而驱动转盘12转动，实现对球体的加工，设置驱动机构3可以控制转盘12的转速，有效地提升了加工的效率。
37.试验采用的研磨液配比为氧化铝（粒径2μm）：煤油：硬脂酸=10:89:1、研磨部111材料为陶瓷结合剂和氧化铝（2μm）磨粒，研磨压力为1n/球、转盘12转速为40rpm，直线槽1211两端点与圆心连线之间的夹角为20度，弧形槽1212半径为70mm，研磨盘11中研磨部111块数为4块，研磨部111区域夹角均为45度，均匀分布于研磨盘11中。在上述研磨条件下，对直径为1mm的轴承钢球分别进行了2h与5h的研磨试验，研磨前球体的圆度在1.45μm-1.89μm之间，采用talyrond565圆度仪测量钢球圆度，每次测量10个球体，每个球体测量三次取平均值。研磨2h后测得单次最好圆度为0.16μm，从整体上看研磨前的平均圆度为1.68μm，2h研磨后的平均圆度下降到0.32μm，圆度全部下降到0.42μm以下；研磨5h后测得单次最好圆度为
0.08μm，达到g3标准，平均圆度下降到0.14μm，圆度全部下降到0.20μm以下。球体圆度随着研磨时间的增长呈现越来越好的趋势，圆度改善效果十分明显，球体质量由研磨前的3.98mg/球变化到3.24mg/球，减少了0.64mg/球。在相同实验条件下，相较于现有技术研磨方法研磨，该方法的效率与精度具有明显优势。
38.一种微小球体研磨加工方法，包括以下步骤：步骤1、将待加工球体放在转盘12的环形沟槽121内；步骤2、将研磨液加入到研磨盘11和转盘12之间；步骤3、驱动加压机构2下压需要的距离，使研磨盘11压住球体；步骤4、启动驱动电机31，促使转盘12转动，实现对球体的研磨加工。
39.本实施例中的一种微小球体研磨加工装置，主要包括研磨机构1、加压机构2和驱动机构3，研磨机构1设有研磨盘11和转盘12，研磨盘11和转盘12之间布设有球体和研磨液，设置研磨盘11连接加压机构2，转盘12连接驱动机构3，转盘12设有用于驱动球体转动的环形沟槽121，使球体能在沟槽内转动，实现对批量球体的研磨加工，提升了加工效率和精度，保证了球体加工的一致性，有利于所述加工装置在球体精密加工技术领域的应用和推广。
40.实施例2：本实施例与实施例1相区别的特征在于：本实施例中的一种微小球体研磨加工装置，将研磨盘11通过螺栓连接安装在加压架22底部，省去了水平夹6的安装，同样可实现对球体的施压，并且该方式增加了研磨盘11工作的稳定性，安装简单，提升了工作效率。
41.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
42.尽管本文较多地使用了图中附图标记：1、研磨机构；11、研磨盘；111、研磨部；112、固定部；12、转盘；121、环形沟槽；1211、直线槽；1212、弧形槽；2、加压机构；21、驱动件；211、蜗轮蜗杆；212、丝杠；22、加压架；23、压力传感器；24、弹性件；25、限位螺栓；3、驱动机构；31、驱动电机；32、承重盘；4、固定架；5、挡板；6、水平夹等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

技术特征：
1.一种微小球体研磨加工装置，其特征在于：包括研磨机构（1）、加压机构（2）及驱动机构（3），所述研磨机构（1）设有研磨盘（11）和转盘（12），所述研磨盘（11）和所述转盘（12）之间布设有球体和研磨液，所述研磨盘（11）连接所述加压机构（2），所述转盘（12）连接所述驱动机构（3），所述转盘（12）设有用于驱动所述球体转动的环形沟槽（121）。2.根据权利要求1所述的一种微小球体研磨加工装置，其特征在于：所述环形沟槽（121）包括直线槽（1211）和弧形槽（1212），所述直线槽（1211）和所述弧形槽（1212）均为多个，且交替分布。3.根据权利要求2所述的一种微小球体研磨加工装置，其特征在于：所述直线槽（1211）与所述弧形槽（1212）连接处形成v形状沟槽。4.根据权利要求1所述的一种微小球体研磨加工装置，其特征在于：所述研磨盘（11）包括研磨部（111）和固定部（112），所述研磨部（111）和所述固定部（112）均为多个，且交替分布。5.根据权利要求1所述的一种微小球体研磨加工装置，其特征在于：所述加压机构（2）包括驱动件（21）、加压架（22）、压力传感器（23）、弹性件（24）和限位螺栓（25），所述限位螺栓（25）安装于所述压力传感器（23），所述弹性件（24）套装于所述限位螺栓（25），且位于所述压力传感器（23）和所述加压架（22）之间，所述压力传感器（23）安装于所述驱动件（21）下端。6.根据权利要求5所述的一种微小球体研磨加工装置，其特征在于：所述驱动件（21）包括蜗轮蜗杆（211）和丝杠（212），所述蜗轮蜗杆（211）连接所述丝杠（212），所述丝杠（212）安装于固定架（4）。7.根据权利要求6所述的一种微小球体研磨加工装置，其特征在于：所述固定架（4）两侧套装有挡板（5），所述挡板（5）连接所述研磨盘（11）。8.根据权利要求7所述的一种微小球体研磨加工装置，其特征在于：所述挡板（5）设有水平夹（6），所述水平夹（6）一端安装于所述挡板（5），另一端紧贴所述加压架（22）底部。9.根据权利要求1所述的一种微小球体研磨加工装置，其特征在于：所述驱动机构（3）包括驱动电机（31）和承重盘（32），所述承重盘（32）连接所述驱动电机（31），所述转盘（12）安装于所述承重盘（32）。10.一种微小球体研磨加工方法，基于如权利要求1至权利要求9任一所述的一种微小球体研磨加工装置，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、将待加工球体放在转盘（12）的环形沟槽（121）内；步骤2、将研磨液加入到研磨盘（11）和转盘（12）之间；步骤3、驱动加压机构（2）下压需要的距离，使研磨盘（11）压住球体；步骤4、启动驱动电机（31），促使转盘（12）转动，实现对球体的研磨加工。

技术总结
本发明公开了一种微小球体研磨加工装置及加工方法，主要包括研磨机构、加压机构和驱动机构，研磨机构设有研磨盘和转盘，研磨盘和转盘之间布设有球体和研磨液，设置研磨盘连接加压机构，转盘连接驱动机构，转盘设有用于驱动球体转动的环形沟槽，使球体能在沟槽内转动，实现对批量球体的研磨加工，提升了加工效率和精度，保证了球体加工的一致性，有利于所述加工装置在球体精密加工技术领域的应用和推广。推广。推广。


技术研发人员：吕迅 王君 焦荣辉 杨雨泽 李媛媛
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：2023.07.27
技术公布日：2023/9/9