专利名称：用于陶瓷滚子的抛光加工装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及陶瓷滚子的超精密加工技术领域，具体的说是用于陶瓷滚子的抛光加工装置。
背景技术：
陶瓷滚子轴承具有质量轻、热胀系数小、抗磁、电绝缘、耐高温、耐酸碱、自润滑、摩擦系数小、噪音低等特点，在高温、高转速、腐蚀环境、无润滑等特殊工况下，运转性能良好， 具有广阔的应用前景。Si3N4陶瓷滚子是陶瓷滚子轴承的关键零件，而Si3N4是一种特别难加工的硬脆材料，工艺性差，传统的滚子加工工艺及设备无法实现对陶瓷滚子的抛光加工。 日本学者N. Umehara等用磁流体抛光法研究了热等静压Si3N4滚柱表面的抛光加工问题， 该研究采用尺寸范围为30 μ m 50 μ m的三种磨料(B4C，SiC, Cr203)和Cr203磨料的三种颗粒尺寸(3 μ m，6 μ m，30 μ m)，在自制的抛光装置上研究了磨料品种及颗粒大小对材料去除率和表面粗糙度的影响。该方法可以获得纳米级的表面粗糙度，但该方法效率低，而且对每一种直径的滚柱都需要做一套复杂的专用装置，不能适用于生产。到目前为止，国内外对陶瓷滚子抛光加工的研究还很少，因此急需要一种能够对陶瓷滚子进行有效的抛光加工装置。
实用新型内容本实用新型的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种用于陶瓷滚子的抛光加工装置，不仅结构简单、适用范围广，而且提高了陶瓷辊子的加工效率。本实用新型为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是用于陶瓷滚子的抛光加工装置，设有底座，在底座上设有工作台和立柱，用于放置加工物件的抛光槽设置在工作台上，在抛光槽内设有由电机驱动的导辊，在导辊的正上方设有带振动工具头的超声变幅杆，所述的超声变幅杆上设有电磁线圈，超声变幅杆通过超声换能器设置在主轴箱上， 主轴箱与设置在立柱一侧的导轨连接，在导辊和超声变幅杆之间设有喷嘴，喷嘴通过液体泵与装有磁流变液的储液箱相连通。所述的底座上还设有横向进给机构，横向进给机构与工作台连接。所述的储液箱内还设有搅拌机构和测温机构。所述的在抛光槽上还设有与储液箱相连通的管道。所述的导辊的数量为两个。磁流变抛光(MRF)技术是近年来发展起来的特种加工技术，是利用磁流变液在磁场中的流变特性进行抛光，磁流变液在磁场作用下可产生明显的磁流变效应，即在液态和固态之间进行快速可逆的转化，这种转化是在毫秒量级的时间内完成的，该转化过程快，可控，能耗小，能够实现实时控制。因为在没有外磁场作用时，磁流变液中各颗粒的磁矩随机排列，流体的总磁矩为零，对外并不表现出磁性。在外磁场的作用下，磁性颗粒的磁矩排列的变得整齐，矢量和不再为零，从而表现出对磁场的敏感性。随着外加磁场的增强，磁化强度正比增加，然后逐步趋于饱和。在磁化强度增加的同时，磁流变液的屈服应力也大大增强，抗剪切能力也逐渐增强；磁流变液在磁场中的屈服应力变化是各向异性，与磁力线平行的方向变化最小，与磁力线垂直的方向变化最大，表现出明显的流变特性。即在高强度的梯度磁场中，磁流变液变硬，成为具有粘塑性的Bingham介质，当这种介质通过工件与工具间形成的很小间隙时，工件与之接触的区域产生很大的剪切力，从而使工件表面材料被去除。 该方法属于柔性抛光，没有加工区域的工具磨损，材料去除生成的磨屑和加工热量又被迅速带走，无加工变质层和表面损伤，加工效率较高，适合硬脆材料的抛光加工。磁流变抛光技术在光学玻璃加工方面已有应用。本实用新型的有益效果是本装置为一种磁流变结合超声波复合加工技术，将磁流变抛光技术和超声加工技术同时应用于材料的抛光加工，将磁流变介质的剪切作用、超声振动的锤击作用以及抛光微粒的研磨作用结合在一起，对材料进行去除的复合加工技术。该技术使得工件表面层在高频超声振动下快速成为微粒，更易于被磨削去除，可提高加工效率。
图1是本实用新型的结构示意图。图中标记1、底座，2、工作台，3、抛光槽，4、导辊，5、喷嘴，6、电磁线圈，7、超声变幅，8、超声换能器，9、主轴箱，10、立柱，11、伺服电机，12、液压管，13、液体泵，14、横向进给机构，15、搅拌机构，16、储液箱，17、测温机构，18、磁流变液。
具体实施方式
如图1所示，用于陶瓷滚子的抛光加工装置，设有底座1，在底座1上固定设有立柱 10和工作台2，抛光槽3设置在工作台2上，在抛光槽3内设有两个等高度的导辊4，导辊 4由电机驱动，待加工的陶瓷辊子放置在导辊之间，在导辊4的正上方设有带振动工具头的超声变幅杆7，所述的超声变幅杆7上设有电磁线圈6，超声变幅杆7通过超声换能器8设置在主轴箱9上，主轴箱9与设置在立柱10 —侧的导轨连接，由伺服电机11调整主轴箱9 的垂直位移量，在导辊4和超声变幅杆7之间设有喷嘴5，喷嘴5通过液体泵13与装有磁流变液18的储液箱16相连通，液体泵13开启，磁流变液18沿液压管12输送经喷嘴5喷洒到待加工的陶瓷辊子表面。本实用新型，所述的底座1上还设有横向进给机构14，横向进给机构14与工作台 2连接，用于调整工作台2的横向位移量。本实用新型，所述的储液箱16内还设有搅拌机构15和测温机构17。本实用新型，在抛光槽3底部还设有与储液箱16相连通的管道，主要用于回收加工处理后的液体。本实用新型，所述的磁流变液18属可控流体，磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。本实用新型，工作台为数控工作台，可作纵向、横向两个方向的运动；超声变幅杆连接在主轴箱上可做旋转运动，并且可以随主轴箱在垂直方向移动，超声变幅杆的前端是抛光工具头，导辊部分置于工作台上，带动待加工的陶瓷滚子转动；磁流变液的喷嘴置于滚子和振动工具头附近。工作台的纵向往复移动速度、主轴转速、导辊转速均采用无级调速； 调整磁场强度大小可以控制磁流变液的流变特性；超声振动使磁流变液中的抛光微粒获得较高的能量，并对陶瓷滚子产生锤击、抛蚀等作用，使工件表面层在高频超声振动下成为微粒，易于被磨削去除。从而保证工件在磁场作用下稳定的去除函数。本实用新型，通过调节导辊间距可加工陶瓷滚子的直径范围为Φ6 mm Φ20 mm, 加工时间为30 min左右，加工后表面粗糙度Ra值彡0. 03 μ m。本实用新型，所述的磁流变液有以下成分组成羰基铁粉、水、磨料、稳定剂；各物料的体积份数如下羰基铁粉占30% 40%、水占50% 60%、磨料占5% 7%和2% 6% 的稳定剂，磨料可采用金刚石微粉或金刚石微粉与氧化铝微粉的混合物，具有较高的加工效率，可在30min左右使陶瓷滚子表面粗糙度提高一个数量级(由Ra值0. 04 μ m降为Ra值 0. 03ym)o本实用新型，所述磁场强度为0. 1 T 0.3 Τ，超声波频率为17 kHz 23 kHz，振幅为20 μ m左右。本实用新型，所述的喷嘴、导辊及抛光槽均由非铁磁性材料制成。本装置加工陶瓷辊子的具体步骤如下(一)将被加工工件放置在两导辊之间，根据滚子直径调整两导辊的间距，抛光工具头与导辊表面有2 mm左右的间隙即可。(二)调整抛光工具头端面与陶瓷工件加工表面的最小间距为0. 1 0.3 mm时， 固定抛光工具在垂直方向的位置。(三)启动导辊电机，使两导辊带动工件转动；启动磁流变液循环泵，将磁流变液通过喷嘴浇注在陶瓷工件上；启动抛光工具主电机，带动抛光工具转动；启动工作台电机，带动工作台往复运动。(四)给电磁线圈通电，工具头端面附近的磁流变液被磁化，形成近似球状的柔性抛光工具头；开启超声电源并进行调整，使超声振动稳定。(五)加工不同直径的陶瓷滚子时，重复上述步骤(一) (四)即可。
权利要求1.用于陶瓷滚子的抛光加工装置，其特征在于设有底座(1)，在底座(1)上设有工作台(2)和立柱(10)，用于放置加工物件的抛光槽(3)设置在工作台(2)上，在抛光槽(3)内设有由电机驱动的导辊(4)，在导辊(4)的正上方设有带振动工具头的超声变幅杆(7)，所述的超声变幅杆(7)上设有电磁线圈(6)，超声变幅杆(7)通过超声换能器(8)设置在主轴箱(9)上，主轴箱(9)与设置在立柱(10)—侧的导轨连接，在导辊(4)和超声变幅杆(7)之间设有喷嘴(5)，喷嘴(5)通过液体泵(13)与装有磁流变液(18)的储液箱(16)相连通。
2.根据权利要求1所述的用于陶瓷滚子的抛光加工装置，其特征在于所述的底座(1) 上还设有横向进给机构(14 )，横向进给机构(14 )与工作台(2 )连接。
3.根据权利要求1所述的用于陶瓷滚子的抛光加工装置，其特征在于所述的储液箱 (16)内还设有搅拌机构(15)和测温机构(17)。
4.根据权利要求1所述的用于陶瓷滚子的抛光加工装置，其特征在于所述的在抛光槽(3)上还设有与储液箱(16)相连通的管道。
5.根据权利要求1所述的用于陶瓷滚子的抛光加工装置，其特征在于所述的导辊(4) 的数量为两个。
专利摘要用于陶瓷滚子的抛光加工装置，在底座上设有工作台和立柱，抛光槽设置在工作台上，在抛光槽内设有由电机驱动的导辊，导辊的正上方设有带振动工具头的超声变幅杆，超声变幅杆通过超声换能器设置在主轴箱上，在导辊和超声变幅杆之间设有喷嘴，喷嘴通过液体泵与装有磁流变液的储液箱相连通。本装置为一种磁流变结合超声波复合加工技术，将磁流变抛光技术和超声加工技术同时应用于材料的抛光加工，将磁流变介质的剪切作用、超声振动的锤击作用以及抛光微粒的研磨作用结合在一起，对材料进行去除的复合加工技术。该技术使得工件表面层在高频超声振动下快速成为微粒，更易于被磨削去除，可提高加工效率。
文档编号B24B5/37GK202028985SQ201120002639
公开日2011年11月9日 申请日期2011年1月6日 优先权日2011年1月6日
发明者尹更新, 张占立, 王燕霜, 邓四二 申请人:河南科技大学