技术领域

本发明涉及滚压加工技术领域，尤其是一种平面滚压方法及装置。

背景技术

滚压加工是一种无屑冷加工方式，是连续局部塑性成形技术在表面精加工方面的应用。滚压是金属在外界压力的作用下，表面产生连续局部塑性变形，来改善和提高机械零件的最终表面质量和性能，具有光整和表面强化的双重作用。

滚压主要分为平面类零件加工和圆柱面类零件加工。目前平面类零件滚压加工主要是将滚压刀头装夹在机床的主轴上，通过滚压刀头的旋转运动和工件在加工平面内的进给运动来实现。这种方法的缺点是刀具结构复杂，需要专门人员看护加工过程，运行成本较高。而且，工件表面的加工轨迹不均匀。从平面滚珠滚压加工中被加工表面的轨迹上看，如果刀具相对运动是沿着x方向，那么在垂直于相对运动(即y方向)中，距离中心轴线位置越远的轨迹越致密。这种短时间内、相邻区域若有大量轨迹经过，容易对工件表面造成热变形。

发明内容

为了克服已有滚压加工方式的均匀性较差、加工表面容易产生热变形、加工精度较低的不足，本发明提供一种均匀性良好、加工表面不易产生热变形、加工精度较高的改进的平面滚压方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种改进的平面滚压方法，实施该方法的研磨装置包括行星轮和研磨机构，所述研磨机构包括研磨上盘和研磨下盘，所述研磨上盘分布有规律排布的半球形孔，所述半球形孔内放置滚珠；所述研磨上盘与所述行星轮之间为加工工位，所述研磨上盘开有上安装孔，研磨下盘上开有下安装孔，所述螺栓穿过所述上安装孔和下安装孔，螺栓的前端安装定位螺母，所述螺栓外套装用于提供研磨上盘预紧力的弹簧，所述弹簧的上端顶触在所述研磨上盘上，所述弹簧的下端顶触在所述研磨下盘上，所述研磨下盘与主轴联接，所述行星轮为行星驱动机构中的行星轮，所述平面滚压方法如下：

工件贴于行星轮下方，并与研磨上盘上的滚珠接触，对行星轮施加载荷，研磨上盘在滚压载荷的作用下有向下运动的趋势，当载荷超过弹簧的预紧力时，研磨上盘会沿着螺栓继续向下，预紧力也逐渐增大，直至与载荷相平衡，压缩状态下的弹簧能够提供回复力，自适应地调整滚珠和工件表面的接触状态；工件随着行星轮一起自转且公转，研磨上盘上的滚珠周而复始地滚压工件表面，在表面上留下均匀的滚压轨迹。

进一步，通过调整研磨下盘、行星驱动机构中的中心轮和内齿轮的转速，获得各种不同的滚压轨迹。

再进一步，所述螺栓等圆弧间隔地布置在所述研磨上盘和研磨下盘的一圈，各根弹簧的预紧力相等。

所述研磨上盘的上方固定滚珠保持架，所述滚珠可转动地伸出所述滚珠保持架的限位孔，所述限位孔的排布方式与所述研磨上盘的半球形孔的排布方式相同。

所述排布方式为矩形排布。当然也可以是其他排布方式。

一种平面滚压研磨装置，包括行星轮和研磨机构，所述研磨机构包括研磨上盘和研磨下盘，所述研磨上盘分布有规律排布的半球形孔，所述半球形孔内放置滚珠；所述研磨上盘与所述行星轮之间为加工工位，所述研磨上盘开有上安装孔，研磨下盘上开有下安装孔，所述螺栓穿过所述上安装孔和下安装孔，所述螺栓的前端安装定位螺母，所述螺栓外套装用于提供研磨上盘预紧力的弹簧，所述弹簧的上端顶触在所述研磨上盘上，所述弹簧的下端顶触在所述研磨下盘上，所述研磨下盘与主轴联接，所述行星轮为行星驱动机构中的行星轮。

进一步，所述研磨上盘的上方固定滚珠保持架，所述滚珠可转动地伸出所述滚珠保持架的限位孔，所述限位孔的排布方式与所述研磨上盘的半球形孔的排布方式相同。

再进一步，所述排布方式为矩形排布。当然也可以是其他排布方式。

所述上安装孔为沉孔。该结构形式能够保证螺栓不与研磨上盘接触。

所述螺栓采用六角头绞制孔用螺栓。旋转螺母到连接螺栓的台阶处，可以保证每个位置的距离相等。如果需要调整弹簧预紧力，可以更换为其他规格的六角头绞制孔用螺栓或者其他规格的弹簧。

本发明的有益效果主要表现在：1、均匀性良好、加工表面不易产生热变形；2、加工精度较高，通过调整研磨机各控制转速，能够实现不同的加工轨迹，获得最佳表面加工效果和滚压参数；3、成本低、操作方便。

附图说明

图1是滚压研磨盘的剖视图。

图2是滚压研磨盘的俯视图。

图3是滚压研磨盘的轴测图。

图4是滚压研磨的运动示意图。

图5是滚压研磨盘及各齿轮的相对位置示意图。

图6是双面行星式研磨抛光机的结构原理图。

图7是矩形排布滚珠滚压研磨被加工表面的轨迹示意图。

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7，一种改进的平面滚压方法，实施该方法的研磨装置包括行星轮10和研磨机构，所述研磨机构包括研磨上盘3和研磨下盘4，所述研磨上盘3分布有规律排布的半球形孔，所述半球形孔内放置滚珠1；所述研磨上盘3与所述行星轮10之间为加工工位，所述研磨上盘3开有上安装孔，研磨下盘4上开有下安装孔，所述螺栓6穿过所述上安装孔和下安装孔，所述螺栓6的前端安装定位螺母8，所述螺栓6外套装用于提供研磨上盘预紧力的弹簧7，所述弹簧7的上端顶触在所述研磨上盘上，所述弹簧7的下端顶触在所述研磨下盘上，所述研磨下盘8与主轴联接，所述行星轮10为行星驱动机构中的行星轮，所述平面滚压方法如下：

工件11贴于行星轮10下方，并与研磨上盘3上的滚珠接触，对行星轮10施加载荷，研磨上盘3在滚压载荷的作用下有向下运动的趋势，当载荷超过弹簧7的预紧力时，研磨上盘3会沿着螺栓继续向下，预紧力也逐渐增大，直至与载荷相平衡，压缩状态下的弹簧7能够提供回复力，自适应地调整滚珠和工件表面的接触状态；工件11随着行星轮10一起自转且公转，研磨上盘3上的滚珠1周而复始地滚压工件11表面，在表面上留下均匀的滚压轨迹。

进一步，通过调整研磨下盘4、行星驱动机构中的中心轮12和内齿轮9的转速，获得各种不同的滚压轨迹。

再进一步，所述螺栓6等圆弧间隔地布置在所述研磨上盘和研磨下盘的一圈，各根弹簧7的预紧力相等。

所述研磨上盘3的上方固定滚珠保持架2，所述滚珠1可转动地伸出所述滚珠保持架2的限位孔，所述限位孔的排布方式与所述研磨上盘的半球形孔的排布方式相同。

所述排布方式为矩形排布。当然也可以是其他排布方式。

一种平面滚压研磨装置，包括行星轮10和研磨机构，所述研磨机构包括研磨上盘3和研磨下盘4，所述研磨上盘3分布有规律排布的半球形孔，所述半球形孔内放置滚珠1；所述研磨上盘3与所述行星轮10之间为加工工位，所述研磨上盘3开有上安装孔，研磨下盘4上开有下安装孔，所述螺栓6穿过所述上安装孔和下安装孔，所述螺栓6的前端安装定位螺母8，所述螺栓6外套装用于提供研磨上盘预紧力的弹簧7，所述弹簧7的上端顶触在所述研磨上盘上，所述弹簧7的下端顶触在所述研磨下盘上，所述研磨下盘8与主轴联接，所述行星轮10为行星驱动机构中的行星轮。

所述研磨上盘3的上方固定滚珠保持架2，所述滚珠1可转动地伸出所述滚珠保持架2的限位孔，所述限位孔的排布方式与所述研磨上盘的半球形孔的排布方式相同。

所述排布方式为矩形排布。当然也可以是其他排布方式。

所述上安装孔为沉孔。该结构形式能够保证螺栓不与研磨上盘接触。

所述螺栓采用六角头绞制孔用螺栓。旋转螺母到连接螺栓的台阶处，可以保证每个位置的距离相等。如果需要调整弹簧预紧力，可以更换为其他规格的六角头绞制孔用螺栓或者其他规格的弹簧。

图4是双面行星式研磨抛光机的结构原理图。图1、图2和图3是设计的滚压研磨盘。

参考图1、图2和图3，滚压研磨盘包括为研磨上盘和研磨下盘。在研磨上盘3上分布有规则排布的半球形孔，球形孔内放有滚珠1。图2中滚珠排布方式是矩形排布，间隔为40*40，研磨盘外径460mm。

为了固定滚珠1并保证滚珠1在球形孔内自由滚动，研磨上盘3和滚珠1上方设有滚珠保持架2。滚珠保持架2和研磨上盘3用倒立的内六角圆柱头螺钉5固定连接。

研磨下盘4与主轴相连。研磨上盘2和下盘4用螺栓6和螺母8连接，保证二者能够同步旋转。直径略大于螺栓6的弹簧7套在螺栓6外圈，并位于研磨上盘2和下盘4之间。

弹簧7的预紧力取决于研磨上盘2和下盘4之间的距离，旋转螺母8可以调整两者之间的距离和弹簧7的预紧力。为了保证研磨上盘2处于水平，各根弹簧的预紧力相等，螺栓6采用一种阶梯螺栓，即六角头绞制孔用螺栓。旋转螺母8到螺栓6的台阶处，就可以保证每个位置的距离相等。如果需要调整弹簧预紧力，可以更换为其他规格的六角头绞制孔用螺栓或者其他规格的弹簧。

滚压研磨实施方法如下：

参考图4，工件11贴于行星轮10下方，工件面对着分布在研磨上盘3上的滚珠1。中心轮12、行星轮10和内齿轮9在滚压研磨盘上的相对位置布置，如图5所示。

参考图4，对行星轮10施加载荷，载荷依次传递给工件11、滚珠1和研磨上盘3。载荷施加可通过气缸或者丝杠螺母，这里对加载方式不作要求。

参考图1和图3，研磨上盘3在滚压载荷的作用下有向下运动的趋势。当载荷超过弹簧7预紧力时，研磨上盘3会沿着螺杆继续向下，预紧力也逐渐增大，直至与载荷相平衡。压缩状态下的弹簧7能够提供回复力，自适应地调整滚珠1和工件表面的接触状态，保证了加工的平稳进行，解决了因工件表面不平整带来的部分较低表面未能得到充分加工的问题。在研磨上盘2向下运动时，由于螺栓6固定不动，为了保证螺栓6不与研磨上盘2接触，螺栓6在研磨下盘4的位置略微下沉，并在研磨上盘3的对应位置开有通孔。

参考图4、图5和图6，设定滚压研磨盘14、中心轮12和内齿轮9的转速，开动机器。根据周转轮系的原理，工件11随着行星轮10一起，绕着自身轴线自转，并绕着中心轴线公转。研磨上盘3上的滚珠1周而复始地滚压工件表面，在表面上留下均匀的滚压轨迹。通过调整研磨盘14、中心轮12和内齿轮9的转速，可以获得各种不同的滚压轨迹。

图7是矩形排布滚珠滚压研磨被加工表面的轨迹示意图，相关参数为：滚压研磨盘直径为460mm，滚珠矩形排布，间隔为40*40，中心齿轮直径为60mm，内齿轮直径为170mm，行星轮直径为140mm，研磨盘转速和中心齿轮转速为20r/min，内齿轮转速为0r/min。

参照图7，与现有技术相比，本实施例得到的轨迹均匀性较好。因为滚压轨迹受到径向的影响很大，而采用矩形排布方式得到滚珠的数量和位置有限，所以工件表面中心有区域没有加工到。实际加工中，可采用改进型的螺旋排布等，获得更优的轨迹分布。同时，滚压过程不是剧烈进行，轨迹分布均匀，因此相对于传统的滚压加工，本发明得到的滚压表面受到的热变形更少。