一種用於平面局部高點去除的精密研磨裝置及參數確定方法與流程
2023-07-20 17:47:01
本發明屬於精密加工技術領域，涉及一種用於平面局部高點去除的精密研磨裝置及參數確定方法。
背景技術：
研磨加工是一種超精密加工工藝，主要用於加工平面、圓柱面和球面等由簡單幾何元素構成的面形的超精密加工；目前，平面研磨的平面度一般能達到0.2～0.5μm；圓柱面研磨的圓度一般能達到0.2～0.5μm，圓柱度一般能達到0.5～1μm。
在平面研磨過程中，由於研磨工藝、環境溫度的變化及工件材料的不均勻性等因素的影響，工件表面加工到一定程度後平面度很難再提高。工件表面平坦化的過程也是局部高點逐漸去除的過程。採用基於測量的超精密逐點去除研磨工藝，如果控制不當，又會讓高點變成低點，影響工件平面精度的提高。
技術實現要素：
為解決現有平面研磨技術中存在的問題，本發明提供了一種以工件表面高點周圍較為平坦的區域為基準，通過研磨工藝去除平面局部高點的精密研磨裝置。
本發明的具體技術方案為一種用於平面局部高點去除的精密研磨裝置，包括外殼、隔振層、減速電機、連接殼、球形滾動體、壓簧、傳遞塊、t型密珠軸套、基準塊、偏心研磨塊和密封圈；
外殼為圓柱形，其上端設有電機開關和電源接線口，下端為法蘭結構與連接殼螺紋固定連接；外殼的內壁設置隔振層，減速電機外周貼附隔振層，用於吸收減速電機的振動能量，減小振源對研磨加工的影響；減速電機下端與連接殼上表面通過螺紋連接固定，減速電機下端面與連接殼的上表面之間夾有隔振層；
所述連接殼為中空的圓柱形迴轉體，連接殼的下端內壁設有內螺紋與基準塊的外螺紋裝配連接，連接殼的最大外徑與基準塊的最大外徑相同；
所述傳遞塊為t型迴轉體，中心位置設有通孔，通孔靠近大圓柱端面一側為d型孔，d型孔的深度為3～5mm，與減速電機的d型輸出軸間隙配合，用於傳遞減速電機的轉矩，通孔靠近小圓柱端面一側為圓形光孔，用於放置壓簧和球形滾動體；傳遞塊小圓柱端的端面與偏心研磨塊的大圓柱端通過螺紋固定連接；傳遞塊大圓柱端的軸肩內端面為偏心研磨塊的軸向定位基準，其平面度誤差小於1μm，相對於偏心研磨塊的小圓柱端圓周軸線的偏擺小於2μm，相對於裝配後的偏心研磨塊工作面的平行度誤差小於1μm；
所述密珠軸套為t型中空迴轉體，壁厚小於所述球形滾動體直徑1～2mm；密珠軸套的軸向和徑向分別設有均布的直徑大於所用球形滾動體直徑0.1～0.2mm的球室，用於放置球形滾動體；其徑向球室裡的球形滾動體與傳遞塊小圓柱面和基準塊內孔壁面間的單邊過盈量為1～3μm；
所述基準塊為倒t型中空迴轉體，其內孔為偏心研磨塊的徑向基準，直徑小的一端設有外螺紋與連接殼內螺紋裝配連接，該端面為偏心研磨塊的軸向限位基準；另一端面為基準塊工作時的軸向定位基準；該定位基準面由四個均布的扇形環面組成，中間為寬度20～40mm的十字形間隙，基準塊定位基準面的內外兩側設有環形槽，用於設置密封圈，防止研磨劑、灰塵等雜質汙染基準快的定位面，影響基準塊的定位精度；基準塊上下兩端面的高度等於偏心研磨塊工作面與連接塊大圓柱端的軸肩端面的高度減去密珠軸套軸向球形滾動體的直徑；基準塊的定位面與偏心研磨塊的工作面共面；基準塊的上下兩端面的平面度為0.5μm，表面粗糙度小於ra0.2，其相對於基準塊內孔軸線的垂直度小於1μm；
偏心研磨塊為上下不同軸的t型迴轉體，大圓柱端與小圓柱端的軸線間偏心距離為2～5mm；偏心研磨塊的小圓柱端面為研磨工作面；偏心研磨塊的大圓柱端面為其軸向安裝基準，平面度為1μm；偏心研磨塊的大圓柱面與基準塊的內壁為間隙配合，間隙量為0.02～0.03mm，即起到對密珠軸套的密封作用，又能防止游離磨料及研磨雜質進入密珠軸套中；偏心研磨塊的研磨工作面的平面度小於0.5μm，上下兩端面的平行度小於1μm，大圓柱面的圓柱度不大於5μm。
進一步地，基準塊的內孔和上下兩端面的硬度以及傳遞塊的硬度不低於hrc60。
進一步地，所述的連接殼為40cr；所述的偏心研磨塊為球墨鑄鐵材料；所述的球形滾動體為g5級以上材料。
進一步地，所述的密封圈為羊毛氈密封圈。
進一步地，減速電機的最大工作轉速不超過90rpm。
上述用於平面局部高點去除的精密研磨裝置的參數確定方法為：通過調整基準塊的螺紋旋入的深度x0+x，調整研磨時的正壓力，滿足關係式f＝kx，其中，f表示正壓力，k為壓簧的彈性係數，x0為壓簧變形前的螺紋旋入的深度，x為壓簧的壓縮量。
本發明的有益效果在於，本發明提供了一種以工件表面高點周圍較為平坦的區域為基準，通過研磨工藝去除高點的平面精密研磨裝置。該研磨裝置中採用偏心研磨塊作為磨頭，有利於減小研磨塊的非均勻磨損，提高研磨塊工作面的精度；採用t型密珠軸套組成的軸承結構，實現了偏心研磨塊高精度迴轉和軸向限位作用，防止高點區域的過度研磨；該研磨裝置具有結構簡單、偏心研磨塊可更換、操作方便且研磨精度高等優點，能滿足超高精度的平面的研磨需求，具有良好的市場應用前景與推廣價值。
附圖說明
圖1局部高區域精密研磨裝置。
圖2基準塊。
圖3連接殼。
圖4t型密珠軸套。
圖5傳遞塊。
圖6偏心研磨塊。
圖中：1外殼；2隔振層；3減速電機；4連接殼；5球形滾動體；6壓簧；7傳遞塊；8t型密珠軸套；9基準塊10偏心研磨塊；11羊毛氈密封圈。
具體實施方式
(一)一種用於平面局部高點去除的精密研磨裝置的裝配
首先確保基準塊兩端面的高度等於偏心研磨塊工作面與連接塊大圓柱端的軸肩端面的高度減去密珠軸套軸向球形滾動體的直徑；通過研磨基準塊10的兩端面、傳遞塊8的小端面或偏心研磨塊11的兩端面來達到上述要求；
然後確定壓簧8的高度，確保壓簧在工作過程中產生1～2kg的壓力，通過調整連接殼5旋入基準塊中的深度，來控制壓簧的工作壓力。該裝置的裝配步驟如下：
(1)將減速電機3、外殼1和連接殼5裝備到一起。
首先將將減速電機2和隔振墊圈4通過螺釘與連接殼5安裝到一起，然後將隔振筒2套於減速電機3上，最後將殼體1套於隔振筒外，並通過螺釘連接，將殼體連接到連接殼5上；
(2)將傳遞塊8、t型密珠軸套9和偏心研磨塊11及球形滾動體6和壓簧8裝配到一起。
首先將傳遞塊8大端面朝下放平，將球形滾動體6和壓簧8以此放入傳遞塊8的圓形孔中，然後將t型密珠軸套9的球室內填充低粘度的潤滑脂，並將t型密珠軸套9套在傳遞塊8的小圓柱上，最後將偏心研磨塊11通過四個螺釘與傳遞塊8固定到一起，並控制偏心研磨塊大圓柱面的軸線相對於傳遞塊的小圓柱軸線的同軸度誤差不大於0.01mm，避免工作過程中偏心研磨塊與基準塊幹涉，又起到密封的作用，防止研磨劑、研磨雜質等進入t型密珠軸套。
(3)將就上述(1)和(2)得到的組件與基準塊11裝配到一起。
將基準塊10定位工作面朝下，上端面和內孔壁上塗少許低粘度的潤滑脂，然後將步驟(2)得到的組件扣到基準塊的上端，確保t型密珠軸套裡的滾動體與基準快的上端面和內孔之間接觸良好；最後將步驟(1)得到的組件通過螺紋裝配到一起，裝配時應先將減速電機輸d型輸出軸與傳遞塊大圓柱端的d型孔對準，然後將步驟(1)得到的組件旋入基準塊的螺紋上，控制旋入的深度即可控制壓簧的工作壓力；最後將合適高度和寬度的羊毛氈密封圈用膠粘到基準塊定位面內外兩側的環槽中，置於高精度平板上，適當加壓等膠水完全固化，以確保工作狀態下羊毛氈密封圈密封面與基準塊定位工作面共面。基準塊的定位面上不小於1mm的倒角，使基準塊與羊毛氈密封圈之間形成小的間隙，及定位面中間形成寬度20～40mm十字形間隙，可在工作過程中儲存工件與基準塊定位面上的雜質，確保該裝置的定位精度。
(二)一種用於平面局部高點去除的精密研磨裝置的使用方法：
使用前，調整連接殼旋入基準塊外螺紋的深度，以控制研磨時的壓簧的正壓力；然後在高精度嵌砂樣板上採用幹研法對基準塊的定位面和偏心研磨塊的工作面進行修整，確保兩者共面。研磨操作時，根據被加工平面高點的去除量，選擇合適粒度的研磨劑及研磨工藝。為防止體溫對研磨加工的影響，操作時要帶隔熱手套進行操作。
研磨加工前需要對被加工面的平面度進行測試，以便確定該面的高點區域，用油性記號筆將待加工平面的高點區域做好標記。對於局部高點區域，研磨過程中可手動轉動或晃動基準塊，配合偏心研磨塊的自轉運動，實現高點區域的平坦化；對於帶狀高點區域，要控制基準塊的方位，使基準塊的四個扇形定位面跨過高點帶狀區域，手持該研磨工作，沿高點區域移動，配合偏心研磨塊的自轉運動，實現高點區域的平坦化。
粗研時，可通過增大連接殼與基準塊外螺紋的旋入深度，及用手輔助加壓的方式提高偏心研磨塊研磨時的正壓力，從而加大被加工平面高點區域的去除量；精研時，可通過減小連接殼與基準塊外螺紋的旋入深度，壓簧回復自由狀態而不產生任何壓力，研磨塊僅在傳遞塊、偏心研磨塊球形滾動體、壓簧和偏心研磨塊連接螺釘的自重作用下研磨，以提高被加工平面的研磨精度。