CN103201071A - 超精加工装置和加工方法及具有超精加工滚道面的轴承的外圈 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能够在短时间内对形成于圆环构件的内周面的对数凸面沿着轴向实施均匀精密加工的超精加工装置、超精加工方法以及具有利用超精加工方法实施了超精加工的滚道面的轴承的外圈。该超精加工装置（1）具有使把持于加压部（30）的磨具（3）沿着与对数凸面的母线相接的面（B），在相对于外圈（10）的中心轴（O）倾斜规定角度（Ф）的方向（C）进行直线往复运动的直线往复运动机构（40）。

Description

超精加工装置和加工方法及具有超精加工滚道面的轴承的外圈
技术领域
本发明涉及一种超精加工装置、超精加工方法以及具有经过超精加工的滚道面的轴承的外圈。
背景技术
以往，作为超精加工方法，如专利文献1所述，具有将磨具压接至作为被加工件的圆环构件的外周面的状态下，使圆环构件围绕其中心轴旋转，并沿着磨具与圆环构件的外周面的母线相切的表面，在与圆环构件的中心轴平行的方向上振动，由此对圆环构件的外周面实施超精加工的方法。
这样的超精加工方法经常用于作为滚子轴承的构成要素的滚子、内圈和外圈的滚道面的超精加工，例如，在专利文献2中，按照与上述方法同样的方法对圆锥滚子轴承的外圈的滚道面实施超精加工。更具体而言，如图6（A）所示，使圆锥滚子轴承的外圈110围绕中心轴O′旋转的同时，将磨具103的顶端面104垂直按压到形成于外圈110的外周面的锥形滚道面114，并使其沿着中心轴O′方向进行直线往复运动，由此实施超精加工。
图6示出了在以这样现有的超精加工方法进行加工的情况下的磨具103的顶端面104与外圈110的滚道面114的对数凸（crowning）面的接触状态。在图6（A）中，a、b、c分别表示磨具103的直线往复运动中的一端、中间部和另一端，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示穿过圆周方向上的磨具103的一端、中间部和另一端的假想面。另外，在图6（B）中，在磨具103的顶端面104，带有双波浪线的部分表示与外圈110的滚道面114接触的部分。在此，在磨具103的圆周方向的中间部Ⅱ，在磨具103直线往复运动中的所有位置a、b、c，外圈110的滚道面114的整个表面始终与磨具103的顶端面104抵接。因此，能够沿着轴向对外圈110的滚道面110进行均匀的超精加工。
另外，一般，在滚子轴承中，当滚子与滚道面接触时，接触区域的端部会产生过大的压力（所谓边缘负载）。为了避免边缘负载，在滚子或内圈、外圈的滚道面上，形成有以对数函数式表示的被称为凸部的微小膨出部（以下，将设有上述凸部的面称为“对数凸面”）。
在对这样的由对数凸面构成的滚道面实施超精加工时，当采用上述专利文献1或2所述的超精加工方法时，对数凸面相对于滚动面轴向的研磨加工量会产生不均，有可能无法实现表面粗糙度均匀的精加工面。更具体而言，如图7所示，在外圈110的滚道面114由对数凸面构成的情况下，首先，当磨具103位移到位置a时，轴向一侧的第一凸面退避部116不与磨具103的顶端面104抵接。而当磨具103位移到位置b时，轴向两侧的第一凸面退避部116和第二凸面退避部117不与磨具103的顶端面104抵接。且当磨具103位移到位置c时，不与第二凸面退避部117抵接。即，在直线往复运动轨迹上的位置a、b、c中任一位置，磨具103的顶端面104均不与滚道面114的凸面中央部115、第一凸面退避部116、第二凸面退避部117全部抵接，如图8所示，凸面中央部115与第一凸面退避部116、第二凸面退避部117两者的表面粗糙度不同，会造成滚道面114的表面粗糙度不均匀。
因此，在专利文献3中所述的超精加工方法中，使磨具相对于凸面平行移动，以使其旋转中心轴始终维持在形成于滚动面上的凸面的法线方向上，从而实现沿着轴向实施形状无损毁的精加工。
在先技术文献
专利文献1：日本特公昭51-12157号公报
专利文献2：日本特开2002-326153号公报
专利文献3：日本特开2007-260829号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在上述专利文献3的超精加工方法中，由于只能使用作用面积小的磨具，因此加工效率低，无法在短时间内实施超精加工。进而，不得不将磨具控制为使其始终平行于凸面，这将有可能造成加工装置的结构变得复杂。
本发明是鉴于上述课题而提出，其目的在于，提供一种能够在短时间内对形成于圆环构件的内周面的对数凸面沿着轴向实施均匀精密加工的超精加工装置、超精加工方法以及具有经过了超精加工的滚道面的轴承的外圈。
用于解决课题的手段
本发明的上述目的通过下述的构成来达到。
（1）一种超精加工装置，用于对对数凸面进行超精加工，其特征在于，具有：
旋转夹具，能够把持内周面具有对数凸面的圆环构件围绕该圆环构件的中心轴旋转；和
加压部，其用于把持磨具，使上述磨具的顶端面与围绕上述中心轴旋转的上述圆环构件的上述对数凸面加压接触，
并具有直线往复运动机构，其使把持于上述加压部的上述磨具沿着与上述对数凸面的母线相接的面，在相对于上述圆环构件的上述中心轴倾斜规定角度的方向进行直线往复运动。
（2）根据（1）所述的超精加工装置，其特征在于，上述磨具的上述顶端面从径向观察，其截面呈四角形，且一组对边平行于上述倾斜方向，
在上述顶端面的圆周方向的两端，形成有能够与上述对数凸面的上述倾斜方向的所有部位抵接的部分。
（3）根据（1）或（2）所述的超精加工装置，其特征在于，上述圆环构件为圆锥滚子轴承的外圈，使上述外圈围绕上述中心轴旋转，同时使上述磨具的上述顶端面与由上述对数凸面构成并位于上述外圈内周面的滚道面加压接触，从而进行上述滚道面的超精加工。
（4）根据（1）或（2）所述的超精加工装置，其特征在于，上述圆环构件为圆柱滚子轴承的外圈，使上述外圈围绕上述中心轴旋转，同时使上述磨具的上述顶端面与由上述对数凸面构成并位于上述外圈内周面的滚道面加压接触，从而进行上述滚道面的超精加工。
（5）一种超精加工方法，其特征在于，使磨具的顶端面与形成于围绕中心轴旋转的圆环构件的内周面的对数凸面加压接触，以进行上述对数凸面的超精加工，使上述磨具沿着与上述对数凸面的母线相接的面，在相对于上述圆环构件的上述中心轴倾斜规定角度的方向进行直线往复运动。
（6）一种圆锥滚子轴承的外圈，其特征在于，具有由（5）所述的超精加工方法超精加工而成的滚道面。
（7）一种圆柱滚子轴承的外圈，其特征在于，具有由（5）所述的超精加工方法超精加工而成的滚道面。
发明的效果
根据本发明的超精加工装置，其具有直线往复运动机构，使把持于上述加压部的磨具沿着与对数凸面的母线相接的面，在相对于圆环构件的中心轴倾斜规定角度的方向进行直线往复运动。因此，能够使磨具在直线往复运动的任意位置，与对数凸面的轴向所有部位发生接触，因此，能够在短时间内实现轴向上的均匀的精加工。
附图说明
图1为本发明实施方式的超精加工装置的简要侧视图。
图2为本发明实施方式的超精加工装置的简要俯视图。
图3（A）为表示外圈和磨具的侧视图，（B）为其俯视图。
图4（A）为使磨具在外圈的滚道面上进行直线往复运动的状态示意图，（B）为磨具顶端面与外圈对数凸面接触的状态示意图。
图5（A）和（B）分别表示超精加工前的对数凸面的形状和表面粗糙度的曲线图，（C）表示超精加工后的对数凸面的表面粗糙度的曲线图。
图6为现有超精加工方法的示意图，其中，（A）为磨具在外圈的滚道面上进行直线往复运动的状态示意图，（B）为磨具顶端面与外圈滚道面的接触状态示意图。
图7为另一现有超精加工方法的示意图，（A）为磨具在外圈的滚道面上进行直线往复运动的状态示意图，（B）为磨具顶端面与外圈的对数凸面的接触状态示意图。
图8为以图7的超精加工方法实施超精加工后的对数凸面的表面粗糙度的曲线示意图。
符号说明
1超精加工装置；3磨具；4顶端面；5中央部；6第一凸部；7第二凸部；10外圈；11轴向一侧面；12内周面；13轴向另一侧面；14滚道面；15凸面中央部；16第一凸面退避部；17第二凸面退避部；18小径开口；19大径开口；20旋转保持部；21台座；22轴瓦；24衬板（旋转夹具）；26推进辊；27支承体；28夹具装置；30加压部；40直线往复运动机构；42振荡台；44旋转台。
具体实施方式
以下，根据附图，详细说明本发明的超精加工装置、超精加工方法以及具有以该超精加工方法超精加工后的滚道面的轴承的外圈的实施方式。
第一实施方式
图1和图2分别表示本发明实施方式的超精加工装置1的简要侧视图和简要俯视图。超精加工装置1具有：将圆锥滚子轴承的外圈10（圆环构件）把持为能够围绕中心轴O旋转的旋转保持部20；把持磨具3，使磨具3的顶端面4与形成于外圈10的内周面12的锥形滚道面14加压接触的加压部30；和使把持于加压部30的磨具3沿后述预定方向进行直线往复运动的直线往复运动机构40。
参照图3和图4，外圈10为圆锥滚子轴承的外圈，如上所述，在内周面12形成有锥形滚道面14。在滚道面14上，预先加工出包括形成于滚道面14的轴向中央的凸面中央部15、形成于该凸面中央部15轴向一侧的第一凸面退避部16、和形成于凸面中央部15轴向另一侧的第二凸面退避部17的对数凸面。在此，轴向一侧是指轴向的外圈10的小径开口18侧（图3（A）、（B）中的左侧），轴向另一侧是指轴向的外圈10的大径开口19侧（图3（A）、（B）中的右侧）。另外，在图1和图3中，以符号B表示滚道面14的与对数凸面的母线相接的表面。
如图3所示，按压到外圈10的滚道面14的磨具3形成为四棱柱形状，其顶端面4呈截面平行四边形形状，并且将沿着圆周方向相互对置的一组对边4a、4a配置为与相对于中心轴O以角度Ф倾斜的方向C平行。另外，将顶端面4的轴向宽度设定为大于外圈10的滚道面14的轴向宽度。另外，如图4（B）所示，顶端面4形成为与外圈10的对数凸面对应，且具有能够与形成于其轴向中央部的凸面中央部15抵接的中央部5、能够与形成于中央部5的轴向一侧的第一凸面退避部16抵接的第一凸部6、和能够与形成于中央部5的轴向另一侧的第二凸面退避部17抵接的第二凸部7。
回到图1和图2，旋转保持部20具有：载置于台座21，且将外圈10支承为能够沿其上表面滑动的轴瓦（shoe）22；把持外圈10的轴向一侧面11并且能够驱动外圈10围绕其中心轴O旋转的衬板（旋转夹具）24；和与外圈10的轴向另一侧面13抵接，并将外圈10按压至衬板24并夹持该外圈10的一对推进辊26、26。一对推进辊26、26被支承于支承体27，将夹具装置28的夹持力经由该支承体27传递给外圈10。
加压部30大致呈长方体形状，以其顶端部把持着磨具3，利用未图示的夹持螺栓能够固定磨具3或解除其固定。另外，加压部30和磨具3利用后述的旋转台44被配置为，相对于滚道面14的垂线L，向外圈10的大径开口19侧（轴向另一侧）倾斜角度θ，以防止加压部30或磨具3与外圈10互相干扰。进而，利用旋转台44，将加压部30以及磨具3配置为朝向相对于外圈10的中心轴O倾斜规定角度Ф的方向C。
直线往复运动机构40具有：用于把持加压部30的侧面，且能够沿着与滚道面14的母线相接的表面B方向（箭头A方向）直线往复运动的振荡台42；用于把持振荡台42，且能够以垂直于中心轴O的假想轴α和β为中心旋转的旋转台44。因此，能够通过使旋转台44以假想轴α为中心进行旋转来调节上述角度θ，以假想轴β为中心进行旋转来调节上述角度Ф。需要说明的是，角度Ф在例如0°＜Ф≤40°的范围内进行调节。
在使用了具有上述结构的超精加工装置1的超精加工方法中，首先，通过使衬板24旋转，使支承于轴瓦22且被一对推进辊26按压的外圈10围绕中心轴O旋转。
接着，由加压部30将磨具3的顶端面4按压至外圈10的滚道面14（对数凸面）。此时，利用旋转台44，事先将加压部30和磨具3的上述角度θ和Ф调节为适当值。
并且，通过驱动振荡台42，使磨具3沿着与外圈10的滚道面14（对数凸面）的母线相接的表面B，在相对于外圈10的中心轴O倾斜规定角度Ф的方向C进行直线往复运动，由此进行滚道面14的超精加工。
实施例
图4表示了以这样的本实施方式的超精加工方法加工的情况下的磨具3的顶端面4与外圈10的滚道面14的对数凸面接触的状态。在图4（A）中，a、b、c分别表示磨具3的直线往复运动中的一端、中间部和另一端，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示分别穿过磨具3的圆周方向的一端、中间部和另一端的假想面。另外，在图4（B）中，磨具3的顶端面4的以双波浪线表示的部分表示与外圈10的滚道面14接触的部分。
另外，在图5的（A）和（B）中，示出了超精加工前的对数凸面的凸面中央部15、第一凸面退避部16和第二凸面退避部17的形状（高度）及表面粗糙度的曲线，在图5（C）中，示出了超精加工后的对数凸面的表面粗糙度的曲线。
首先，如图4（B）所示，在磨具3的圆周方向一端Ⅰ，顶端面4的第二凸部7始终与滚道面14的第二凸面退避部17抵接于磨具3的直线往复运动中的所有位置a、b、c。特别是当磨具3位移到位置c时，在滚道面14的对数凸面的所有位置，形成为抵接按压到顶端面4的形状。
另外，在磨具3的圆周方向中间部Ⅱ，在磨具3的直线往复运动中的所有位置a、b、c，顶端面4的中央部5始终与滚道面14的凸面中央部15抵接。而且，在位置a，第二凸部7和第二凸面退避部17抵接；在位置c，第一凸部6和第一凸面退避部16抵接。
另外，在磨具3的圆周方向另一端Ⅲ，在磨具3的直线往复运动中的所有位置a、b、c，顶端面4的第一凸部6始终与滚道面14的第一凸面退避部16抵接。特别是磨具3在位移到位置a时，在滚道面14的对数凸面的所有位置，形成为抵接按压到顶端面4的形状。
因此，磨具3的顶端面4在直线往复运动的位置a、b、c中的任一位置，均与滚道面14的凸面中央部15、第一凸面退避部16、第二凸面退避部17全部抵接。因此，如图5（C）所示，能够在短时间内实现沿着轴向对对数凸面的均匀精加工。
此外，本发明并不限于上述实施方式，可进行适当的变形和改良等。
例如，在上述实施方式中，是在作为圆环构件的圆锥滚子的外圈的内周面形成对数凸面，但作为圆环构件，并不特别限于圆锥滚子的外圈，只要是圆环状构件即可，也可以是圆柱滚子轴承的外圈或者针状滚子轴承的外圈等。进而，即使在圆环构件的外周面形成为凹曲面的情况下，也可采用本发明的超精加工方法。
本申请基于2011年11月6日提出的日本专利申请2011-244683，其内容作为参照引入于此。

Claims (7)

1.一种超精加工装置，用于对对数凸面进行超精加工，其特征在于，具有：
旋转夹具，能够把持内周面具有对数凸面的圆环构件围绕所述圆环构件的中心轴旋转；和
加压部，其用于把持磨具，使所述磨具的顶端面与围绕所述中心轴旋转的所述圆环构件的所述对数凸面加压接触，其中，
所述超精加工装置具有直线往复运动机构，其使把持于所述加压部的所述磨具沿着与所述对数凸面的母线相接的面，在相对于所述圆环构件的所述中心轴倾斜规定角度的方向进行直线往复运动。
2.根据权利要求1所述的超精加工装置，其特征在于，所述磨具的所述顶端面从径向观察，其截面呈四角形，且一组对边平行于所述倾斜方向，
在所述顶端面的圆周方向的两端，形成有能够与所述对数凸面的所述倾斜方向的所有部位抵接的部分。
3.根据权利要求1或2所述的超精加工装置，其特征在于，所述圆环构件为圆锥滚子轴承的外圈，
使所述外圈围绕所述中心轴旋转，同时使所述磨具的所述顶端面与由所述对数凸面构成并位于所述外圈内周面的滚道面加压接触，从而进行所述滚道面的超精加工。
4.根据权利要求1或2所述的超精加工装置，其特征在于，所述圆环构件为圆柱滚子轴承的外圈，
使所述外圈围绕所述中心轴旋转，同时使所述磨具的所述顶端面与由所述对数凸面构成并位于所述外圈内周面的滚道面加压接触，从而进行所述滚道面的超精加工。
5.一种超精加工方法，其特征在于，使磨具的顶端面与形成于围绕中心轴旋转的圆环构件的内周面的对数凸面加压接触，以进行所述对数凸面的超精加工，其中，
使所述磨具沿着与所述对数凸面的母线相接的面，在相对于所述圆环构件的所述中心轴倾斜规定角度的方向进行直线往复运动。
6.一种圆锥滚子轴承的外圈，其特征在于，所述外圈具有利用权利要求5所述的超精加工方法超精加工而成的滚道面。
7.一种圆柱滚子轴承的外圈，其特征在于，所述外圈具有利用权利要求5所述的超精加工方法超精加工而成的滚道面。
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