一種碳化硼氣浮軸承的磨削裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于精密機械加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳化硼氣浮軸承的精密磨削裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硼氣浮軸承零件為空心圓柱體結(jié)構(gòu)，材料為碳化硼陶瓷，其軸承氣浮工作面是內(nèi)孔和兩個端面，要求內(nèi)孔與外圓的同軸度Φ0.0015mm，兩端面分別對內(nèi)孔的垂直度Φ0.0005_，軸向和徑向尺寸精度0.001_，表面粗糙度值Ra0.05 μπι。由于碳化硼材料的超高硬度僅次于金剛石和立方氮化硼，主要加工方法是采用金剛石磨料進行磨削和研磨加工，且由于碳化硼材料具有斷裂韌性值低即脆性大的特點，在磨削時必須采用較小的切削用量，故加工效率低。
[0003]通常該碳化硼氣浮軸承的磨削工藝方法是:直接用磨床的卡盤或采用彈性夾頭裝卡碳化硼氣浮軸承的外圓，然后磨削加工內(nèi)孔和兩端面，由于磨削另一端面或取下零件測量軸向尺寸，需要多次重新裝夾，但是這種裝夾方式的重復定位精度不高，所以難以通過磨削達到以上要求的精度指標，需要再通過手工研磨達到精度。
[0004]而且碳化硼氣浮軸承零件在內(nèi)孔和端面磨削過程中由于金剛石砂輪無法進行在線修整，需要將金剛石砂輪從磨床上拆卸之后再進行修整，再次將金剛石砂輪安裝至磨床后，會由于安裝誤差使得碳化硼材料軸承零件的加工精度和表面粗糙度都達不到使用要求，影響零件加工精度和效率。
[0005]由此可見，采用通常的裝夾定位方法進行碳化硼氣浮軸承零件內(nèi)孔和兩端面的磨削加工，因磨削加工過程需要多次裝夾碳化硼氣浮軸承，以及多次裝卸和修整金剛石砂輪，這樣加工難以達到所要求的尺寸和形位精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決【背景技術(shù)】中的問題，本發(fā)明提出了一種結(jié)構(gòu)簡單、適宜于碳化硼材料氣浮軸承磨削的精密定位裝夾裝置；并通過該裝置提出一種可以提高碳化硼氣浮軸承零件磨削加工精度、加工效率，并可實現(xiàn)金剛石砂輪在線修整的精密磨削方法。
[0007]本發(fā)明的具體技術(shù)方案是:
[0008]本發(fā)明提供了一種碳化硼氣浮軸承的磨削裝置，其改進之處是:包括定位座、壓緊螺母、定位環(huán)以及彈性擋圈；所述定位座為筒狀結(jié)構(gòu)；定位座外壁上設(shè)置有用于卡裝在磨床卡盤上的限位凸起以及用于連接壓緊螺母的外螺紋；所述定位座的內(nèi)孔用于安裝定位環(huán)軸承組件；定位座內(nèi)孔設(shè)置有圓形凹槽；所述圓形凹槽內(nèi)安裝彈性擋圈；定位環(huán)的內(nèi)壁用于安裝待加工的碳化硼氣浮軸承，定位環(huán)的兩個端面分別與彈簧擋圈以及壓緊螺母緊密貼入口 ο
[0009]上述定位環(huán)的端面開設(shè)有便于拆裝定位環(huán)的小孔；所述小孔至少為一個。
[0010]上述定位環(huán)外圓兩端均加工有錐面，錐面的斜角角度為1°
[0011]上述定位座內(nèi)孔與定位環(huán)外圓的配合間隙不大于0.001mm。
[0012]定位環(huán)內(nèi)壁與待加工碳化硼氣浮軸承外圓之間為過盈配合，過盈量為0.003-0.005mm ;定位環(huán)的內(nèi)孔與定位環(huán)的外圓同軸度不大于0.001mm。
[0013]上述定位環(huán)和定位座均采用軸承鋼制成。
[0014]基于上述的碳化硼氣浮軸承的磨削裝置，現(xiàn)提出使用該裝置的磨削方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0015]1)安裝；
[0016]1.1)通過選配保證待加工碳化硼氣浮軸承外圓與定位環(huán)內(nèi)孔具有0.003-0.005mm的過盈量，然后將定位環(huán)加熱膨脹使其內(nèi)孔尺寸大于碳化硼氣浮軸承外圓尺寸，然后將碳化硼氣浮軸承放入定位環(huán)內(nèi)孔，待定位環(huán)冷卻后即可牢牢箍緊待加工碳化硼氣浮軸承，二者就組合成為一個整體即稱為定位環(huán)軸承組件；
[0017]1.2)將彈性擋圈卡裝至定位座內(nèi)孔的圓形凹槽內(nèi)；
[0018]1.3)將定位環(huán)軸承組件安裝至定位座內(nèi)孔；
[0019]1.4)安裝壓緊螺母并旋緊，將定位環(huán)軸承組件固定壓緊；
[0020]1.5)將定位座安裝至磨床卡盤上；
[0021]2)待加工碳化硼氣浮軸承的內(nèi)孔磨削；
[0022]通過圓柱形內(nèi)孔磨金剛石砂輪對待加工碳化硼氣浮軸承的內(nèi)孔進行磨削，并同時判斷圓柱形內(nèi)孔磨金剛石砂輪的磨削表面是否磨損，若圓柱形內(nèi)孔磨金剛石砂輪表面磨損，則進行步驟3)，若圓柱形內(nèi)孔磨金剛石砂輪表面未出現(xiàn)磨損，則繼續(xù)對待加工碳化硼氣浮軸承的內(nèi)孔進行加工，直至內(nèi)孔精度達到使用要求后進行步驟4);
[0023]3)圓柱形內(nèi)孔磨金剛石砂輪的在線修復；
[0024]3.1)準備定位環(huán)砂輪組件；將修正用金剛石砂輪通過膠粘的方法固定在另一個定位環(huán)內(nèi)孔，組合為一個整體即定位環(huán)砂輪組件；所述修正用金剛石砂輪為陶瓷基碳化硅砂輪或陶瓷基金剛石砂輪；
[0025]3.2)若圓柱形內(nèi)孔磨金剛石砂輪表面出現(xiàn)磨損，則松開壓緊螺母，將定位環(huán)軸承組件由定位座內(nèi)孔取出，將準備好的定位環(huán)砂輪組件安裝在定位座內(nèi)孔中，并旋緊壓緊螺母；通過修正用金剛石砂輪的內(nèi)孔壁對圓柱形內(nèi)孔磨金剛石砂輪的外圓面進行修整，修整完后，拆下定位環(huán)砂輪組件再次裝上定位環(huán)軸承組件，重復步驟2);
[0026]4)待加工碳化硼氣浮軸承的端面磨削；
[0027]在完成內(nèi)孔加工后，將圓柱形內(nèi)孔磨金剛石砂輪更換為杯形端面磨金剛石砂輪，通過杯形端面磨金剛石砂輪對待加工碳化硼氣浮軸承的端面進行磨削，并同時判斷杯形端面磨金剛石砂輪的磨削表面是否磨損，若杯形端面磨金剛石砂輪的磨削表面磨損，則進行步驟5)，若杯形端面磨金剛石砂輪的磨削表面未出現(xiàn)磨損，則繼續(xù)對待加工碳化硼氣浮軸承的端面進行加工，直至端面精度達到使用要求；
[0028]5)杯形端面磨金剛石砂輪的在線修復；
[0029]杯形端面磨金剛石砂輪磨削表面出現(xiàn)磨損，則松開壓緊螺母，將定位環(huán)軸承組件從定位座內(nèi)孔中取出，將準備好的定位環(huán)砂輪組件安裝在定位座內(nèi)孔中，并旋緊壓緊螺母；通過金剛石修整砂輪的端面對杯形端面磨金剛石砂輪的磨削工作面進行修整，修整完后，拆下金剛石修整砂輪再次裝上定位環(huán)軸承組件，重復步驟4)進行碳化硼氣浮軸承端面的磨削加工；
[0030]6)碳化硼氣浮軸承的內(nèi)孔和端面磨削加工完成后，將定位環(huán)軸承組件加熱，定位環(huán)內(nèi)孔膨脹變大，將定位環(huán)和碳化硼氣浮軸承進行拆解分離。
[0031]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0032]1、本發(fā)明采用的磨削裝置，實現(xiàn)磨削加工、以及形位精度檢測的一體化和通用化，加工操作便捷，有效提高零件加工的形位精度和加工效率；優(yōu)化的磨削加工參數(shù)，實現(xiàn)了高硬度碳化硼氣浮軸承的精密磨削加工，磨削的軸承的外圓以及內(nèi)孔圓柱度為小于0.001mm,外圓、內(nèi)孔與端面的垂直度小于0.001mm，表面粗糙度值小于Ra0.1 μπι。
[0033]2、利用碳化硼膨脹系數(shù)遠低于鋼質(zhì)定位環(huán)的特點，通過熱脹冷縮原理，定位環(huán)內(nèi)孔尺寸小于碳化硼氣浮軸承外圓尺寸，通過將定位環(huán)加熱到一定溫度，使其內(nèi)孔膨脹尺寸大于碳化硼氣浮軸承外圓尺寸，這時可將碳化硼氣浮軸承裝入定位環(huán)內(nèi)孔，待冷卻后定位環(huán)內(nèi)孔恢復到原有尺寸，就可以將碳化硼氣浮軸承牢固抱緊結(jié)合為一體。要將兩個零件分離，也只要將它們加熱，由于定位環(huán)材料(鋼材)的膨脹系數(shù)遠大于碳化硼氣浮軸承材料(碳化硼陶瓷)，就可以方便將碳化硼氣浮軸承從定位環(huán)孔中，將實現(xiàn)定位環(huán)與碳化硼氣浮軸承的無損裝配與拆卸，避免對碳化硼氣浮軸承和定位環(huán)的損傷，定位環(huán)可以多次重復使用。
[0034]3、本發(fā)明的磨削裝置和方法，采用陶瓷基碳化硅砂輪或陶瓷基碳化硅砂輪對磨削中磨損鈍化的金剛石砂輪進行在線修整，避免了通常金剛石砂輪修整時重復安裝對零件加工精度的不利影響。
[0035]4、本發(fā)明通過將定位座安裝在磨床上以后，再磨削其內(nèi)孔，以保證其內(nèi)孔跳動量與磨床主軸的回轉(zhuǎn)精度一致，并且定位座內(nèi)孔環(huán)形槽前半部分加工為微小錐面，這樣可以消除或盡可能減小定位環(huán)軸承組件安裝的定位誤差，以保證碳化硼氣浮軸承內(nèi)孔與外圓的形位精度。
[0036]5、本發(fā)明的定位座和定位環(huán)均采用軸承鋼等材料，并保持HRC60以上的硬度，使其具有較好的耐磨性，保證其可以多次安裝和重復使用。
【附圖說明】
[0037]圖1為定位環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖2為定位座的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖3為磨削待加工碳化硼氣浮軸承內(nèi)孔的示意圖；
[0040]圖4為磨削待加工碳化硼氣浮軸承端面的示意圖；
【具體實施方式】
[0041]現(xiàn)有的碳化硼氣浮軸承采用現(xiàn)有磨削加工所能達到的加工精度:軸承外圓圓柱度0.002mm,內(nèi)孔圓柱度0.005mm,兩端面與內(nèi)孔的垂直度0.002mm,內(nèi)對外圓的同軸度Φ0.002mm，表面粗糙度Ra0.2 μπι。而上述精度已經(jīng)滿足不了目前的使用要求。
[0042]本發(fā)明提出了一種碳化硼氣浮軸承的磨削裝置，如圖1和圖2所示，一種碳化硼氣浮軸承的磨削裝置，包括定位座1、壓緊螺母2、定位環(huán)3以及彈性擋圈4 ;定位座1為筒狀結(jié)構(gòu)；定位座1外壁上設(shè)置有用于卡裝在磨床卡盤上的限位凸起5以及用于連接壓緊螺母的外螺紋6 ;定位座的內(nèi)壁用于安裝定位環(huán)；定位座1內(nèi)壁設(shè)置有圓形凹槽7 ;圓形凹槽7內(nèi)安裝彈性擋圈4 ;定位環(huán)3的內(nèi)壁用于安裝待加工碳化硼氣浮軸承8，定位環(huán)3的兩個端面分別與彈簧擋圈4以及壓緊螺母2緊密貼合。
[0043]通過本發(fā)明磨削裝置加工出的碳化硼氣浮軸承的內(nèi)孔和端面具有亞微米級的尺寸和形位精度，其中內(nèi)孔圓柱度，端面對內(nèi)孔垂直度垂直度和內(nèi)孔與外圓的同軸度均小于0.001_，表面粗糙度小于Ra0.1 μπι。通過本發(fā)明加工的碳化硼氣浮軸承的精度可以看出，采用本發(fā)明的精密磨削裝置及方法，可以保證碳化硼氣浮軸承的精度指標。
[0044]特別之處還有，定位環(huán)3的端面開設(shè)有便于拆裝定位環(huán)的小孔9 ;該小孔9至少為一個。
[0045]特別之處還有，為了使定位環(huán)能夠比較容易的安裝至定位座1的內(nèi)孔中，該裝置的定位環(huán)外圓兩端均加工有錐面，其錐面的斜角角度為1°。
[0046]需要說明的是:定位座1內(nèi)孔與定位環(huán)3外圓為過盈配合，最大過盈量為0.0Olmmo這樣其內(nèi)孔跳動量與