CN103231301A - 一种滚动轴承的大中型套圈的滚道参数化有序超精方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种滚动轴承的大中型套圈的滚道参数化有序超精方法，其避免在同一超精轨迹上重复超精、导致滚道另一些表面超精不到的情形发生，从而确保在各圆周角沿轴线截面的轮廓度是几乎相同的。其包括超精机、套圈、油石，超精机工件主轴带动轴承套圈作旋转运动；通过气动或液压的动力将油石压在轴承套圈被超精的滚道面上、并在超精机的油石振荡架带动下、沿轴承套圈宽度方向作往复运动来达到对轴承套圈滚道表面进行超精加工，其特征在于：其预先通过计算得出油石一个振荡往复后油石圆周起点不会与原超精轨迹完全重合时轴承套圈的转数。
Description
技术领域
本发明涉及滚动轴承套圈超精的技术领域，具体为一种滚动轴承的大中型套圈的滚道参数化有序超精方法。
背景技术
现有技术中轴承套圈的滚道超精，如图1所示： A为轴承外圈滚道宽度、C为轴承外圈宽度、D为轴承外圈外径、d为轴承滚道内径、B为油石的宽度、W为油石的厚度（指油石与滚道超精面中点的切线方向上）；超精机工件主轴带动轴承套圈作旋转运动；通过气动或液压的动力将油石压在轴承套圈被超精的滚道面上、并在超精机的油石振荡架带动下、沿轴承套圈宽度方向作往复运动来达到对轴承套圈滚道表面进行超精加工的目的的。
目前，国内外生产的超精机的主轴转动通常是采用直流或交流变频调速的，振荡架的振荡频率也是通过直流电机或交流变频调速的， 在轴承生产厂家的操作工对轴承套圈进行超精加工时，会将工件转速和油石振荡往复频率和幅度调到一个认为合适的区间，然后对被超精的轴承套圈进行超精加工，以规格大小不同来控制超精时间的长短，一般规格越大，所需超精的时间就越长，比如从几秒到几百秒不等，操作工对超精中的转速、往复频率、时间这三个参数控制并不是精确的，实际是相当模糊的，通常依靠操作工的经验，在超精后用轮廓度仪检测，以检测结果进行参数调整，但这种调整又是模糊的，有时甚至调整后轮廓度变坏，比如有的操作工为了提高超精精度，便延长超精时间，结果却发现，延长超精时间所超出的轴承套圈的轮廓度反而比超精时间短的更差了。操作工就是在不断的进行模糊调整并找到一个经检测，让自已感觉满意的参数后便固定下来，但在检测时，一般还不一定会进行同一零件的多个角度检测，所以导致误判的可能性很大。操作工超精轴承套圈中对径向剖面轮廓度在不同的圆周方向的状态模糊认识很常见，造成超精的滚道面不同圆周方向与基准端面（超精时轴承套圈与工件主轴接触的定位面）不对称、倾斜等，这种情况对中大型轴承套圈较易发生，因为超精的线速度相对是要恒定在一个合适范围内，线速度太小会影响粗糙度和效率，但太快又会出现表面烧伤或粘铁，因此，线速度过小和过快都影响超精质量。而且，所超套圈直径越大，套圈的超精转速就越小，越容易超坏滚道轮廓度。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种滚动轴承的大中型套圈的滚道参数化有序超精方法，其避免在同一超精轨迹上重复超精、导致滚道另一些表面超精不到的情形发生，从而确保在各圆周角沿轴线截面的轮廓度是几乎相同的。
一种滚动轴承的大中型套圈的滚道参数化有序超精方法，其技术方案是这样的：其包括超精机、套圈、油石，超精机工件主轴带动轴承套圈作旋转运动；通过气动或液压的动力将油石压在轴承套圈被超精的滚道面上、并在超精机的油石振荡架带动下、沿轴承套圈宽度方向作往复运动来达到对轴承套圈滚道表面进行超精加工，其特征在于：其预先通过计算得出油石一个振荡往复后油石圆周起点不会与原超精轨迹完全重合时轴承套圈的转数，进而算出油石所需要进行的震荡往复数，最后算出完成整个超精过程轴承套圈需要转动的转数，即工件主轴需要转动的转数，此时算得的工件主轴转数、油石震荡往复数是完成一个均匀超精的周期的参数，在这个基础上根据不同大小规格的零件将工件主轴转数、油石震荡往复数放大至对应的整数倍，之后预设工件主轴的转速，并算出单件超精时间和油石架的振荡往复频率，从而使得对工件主轴的转速、单件超精时间、油石架的振荡往复频率精确控制，输入对应参数后，开始超精工艺。
其进一步特征在于：设轴承套圈在超精时的转速为n，也就是超精机的工件主轴转速，此时对应的超精切线速度为v；油石架的振荡往复频率为f，单件超精时间为t，轴承外圈滚道宽度为A，轴承外圈宽度为C，轴承外圈外径为D，轴承滚道内径为d，油石的宽度为B，油石的厚度为W，放大对应的整数倍为Z，完成超精一个轴承套圈的工件主轴转数为N，轴承套圈表面完整进行均匀超精油石往复震荡数为P；
通过几何与运动关系，计算各参数化有序超精的参数：
1）首先计算油石厚度W占用轴承套圈面的几何角α为：
α=2arcsin(W/d)；
2）α占轴承套圈一周的比为：
（2arcsin(W/d)）/360°=（ arcsin(W/d)）/180°；
3）如果油石一个振荡往复，而轴承套圈m转后，油石刚刚不会与圆周起点与原超精轨迹完全重合，那么，轴承套圈的转数必须至少满足以下两点中的一点：
（1）油石运动一个往复，轴承套圈的转数是：
（m+（arcsin(W/d)）/180°），表示转了m转后，正好多转过一个油石接触滚道的弧长角度的转数；
（2）或者油石运动一个往复，轴承套圈的转数是：
（m-（arcsin(W/d)）/180°），表示转了m转后，正好少转过一个油石接触滚道的弧长角度的转数；
归纳（1）、（2），油石一个往复，轴承套圈的转数应当是：
（m±（arcsin(W/d)）/180°）转，两者可选其一；
4）当在轴承套圈表面完整进行均匀超精，至少需要对油石进行震荡往复数，分析得出至少需要往复次数为：
360°/2arcsin(W/d)次=180°/arcsin(W/d)次；
5)完成超精一个轴承套圈，工件主轴需要转动的转数：
（m±（arcsin(W/d)）/180°）×180°/arcsin(W/d)转=180°m/arcsin(W/d)±1转，其中“+”表示正转；“-”表示反转；
6) 完成超精一个轴承套圈的工件主轴转数N=Z(180°m/arcsin(W/d)±1)；
轴承套圈表面完整进行均匀超精油石往复震荡数P=Z180°/arcsin(W/d)；
单件超精时间t=πdZ(180°m/arcsin(W/d)±1)/v；
油石架的振荡往复频率f=P/t=( Z180°/arcsin(W/d))/t。
其更进一步特征在于：对于小振荡与往复是分开控制的机床，小振荡次数p=kP=kZ180°/arcsin(W/d)，其中k是自然数，小振荡频率f′=p/t=( kZ180°/arcsin(W/d))/t。
采用本发明的方法后，由于预先通过计算得出油石一个振荡往复后油石圆周起点不会与原超精轨迹完全重合时轴承套圈的转数，进而算出油石所需要进行的震荡往复数，最后算出完成整个超精过程轴承套圈需要转动的转数，即工件主轴需要转动的转数，此时算得的工件主轴转数、油石震荡往复数是完成一个均匀超精的周期的参数，在这个基础上根据不同大小规格的零件将工件主轴转数、油石震荡往复数放大至对应的整数倍，之后预设工件主轴的转速，并算出单件超精时间和油石架的振荡往复频率，从而使得对工件主轴的转速、单件超精时间、油石架的振荡往复频率精确控制，输入对应参数后，开始超精工艺，其使得在超精完成后，正好使超精滚道表面能在每一沿轴线截面是均匀的，也就是在每一沿轴线截面的超精量在圆周各个角度是近乎相同的，避免在同一超精轨迹上重复超精、导致滚道另一些表面超精不到的情形发生，从而确保在各圆周角沿轴线截面的轮廓度是几乎相同的。
附图说明
图1为轴承外圈滚道的超精示意图。
具体实施方式
一种滚动轴承的大中型套圈的滚道参数化有序超精方法，其包括超精机、套圈、油石，超精机工件主轴带动轴承套圈作旋转运动；通过气动或液压的动力将油石压在轴承套圈被超精的滚道面上、并在超精机的油石振荡架带动下、沿轴承套圈宽度方向作往复运动来达到对轴承套圈滚道表面进行超精加工，其预先通过计算得出油石一个振荡往复后油石圆周起点不会与原超精轨迹完全重合时轴承套圈的转数，进而算出油石所需要进行的震荡往复数，最后算出完成整个超精过程轴承套圈需要转动的转数，即工件主轴需要转动的转数，此时算得的工件主轴转数、油石震荡往复数是完成一个均匀超精的周期的参数，在这个基础上根据不同大小规格的零件将工件主轴转数、油石震荡往复数放大至对应的整数倍，之后预设工件主轴的转速，并算出单件超精时间和油石架的振荡往复频率，从而使得对工件主轴的转速、单件超精时间、油石架的振荡往复频率精确控制，输入对应参数后，开始超精工艺。
其具体参数计算如下：
设轴承套圈在超精时的转速为n，也就是超精机的工件主轴转速，此时对应的超精切线速度为v；油石架的振荡往复频率为f，单件超精时间为t，轴承外圈滚道宽度为A，轴承外圈宽度为C，轴承外圈外径为D，轴承滚道内径为d，油石的宽度为B，油石的厚度为W，放大对应的整数倍为Z，完成超精一个轴承套圈的工件主轴转数为N，轴承套圈表面完整进行均匀超精油石往复震荡数为P；
通过几何与运动关系，计算各参数化有序超精的参数：
1）首先计算油石厚度W占用轴承套圈面的几何角α为：
α=2arcsin(W/d)；
2）α占轴承套圈一周的比为：
（2arcsin(W/d)）/360°=（ arcsin(W/d)）/180°；
3）如果油石一个振荡往复，而轴承套圈m转后，油石刚刚不会与圆周起点与原超精轨迹完全重合，那么，轴承套圈的转数必须至少满足以下两点中的一点：
（1）油石运动一个往复，轴承套圈的转数是：
（m+（arcsin(W/d)）/180°），表示转了m转后，正好多转过一个油石接触滚道的弧长角度的转数；
（2）或者油石运动一个往复，轴承套圈的转数是：
（m-（arcsin(W/d)）/180°），表示转了m转后，正好少转过一个油石接触滚道的弧长角度的转数；
归纳（1）、（2），油石一个往复，轴承套圈的转数应当是：
（m±（arcsin(W/d)）/180°）转，两者可选其一；
4）当在轴承套圈表面完整进行均匀超精，至少需要对油石进行震荡往复数，分析得出至少需要往复次数为：
360°/2arcsin(W/d)次=180°/arcsin(W/d)次；
5)完成超精一个轴承套圈，工件主轴需要转动的转数：
（m±（arcsin(W/d)）/180°）×180°/arcsin(W/d)转=180°m/arcsin(W/d)±1转，其中“+”表示正转；“-”表示反转；
理论上要完成一个均匀超精过程，如果不去考虑超精光整要求的话，最少工件要转±1转即一整周，“+”表示正转；“-”表示反转，当然，在实际使用中只需用正转即可，为超精出光整的工件，m也极少会取“0”，因为如果工件真的只转1转，虽然能均匀超精整个轴承套圈，但很显然是远远无法达到光整要求的，因此，当滚道直径很小是时m会取远大于1的数；当滚道直径足够大时m才会取“0”；
第5）条是满足要求的极限条件，并且让油石宽度B＝0的情形下，在实际超精过程中，由于油石宽度绝对不可能是0，而是有一个宽度B的，所以在油石进行第二个往复时会与上个往复在宽度面积部分重合，重合部位的超精量在重合超精中较小，与超精时轨迹完全重合的情况绝然不同，不但不会破坏轮廓度，相反还起到光整表面的作用。如果我们想让重合的面积增大些，就只需调整W的计算值用W′替代，为此，让超精油石在每一个往复过程中与前次往复人为在圆周方向有重合，实现这一目的的措施是：将计算公式中的油石厚度W乘以一个小于1的数，比如选0.9，这样W′=0.9W，公式中的W计算时用W′代替，这样计算的结果相当于是以0.9倍W厚度而宽度B＝0的油石的极限超精状态，而实际为W的厚度和B≠0的效果会优于极限状态，当然用 W′这样算参数会延长超精时间，降低效率，但能超精得更均匀彻底。不过，通过上述分析可以清楚的看到，因为油石存在B≠0的宽度值，所以，一般情况下无需用W′去替代W，而是直接用W值算就已经足够了；
6) 完成超精一个轴承套圈的工件主轴转数N=Z(180°m/arcsin(W/d)±1)；
轴承套圈表面完整进行均匀超精油石往复震荡数P=Z180°/arcsin(W/d)；
单件超精时间t=πdZ(180°m/arcsin(W/d)±1)/v；
油石架的振荡往复频率f=P/t=( Z180°/arcsin(W/d))/t；
对于小振荡与往复是分开控制的机床，小振荡次数p=kP=kZ180°/arcsin(W/d)，其中k是自然数，小振荡频率f′=p/t=( kZ180°/arcsin(W/d))/t。
具体实施例一：设超精一个滚子轴承套圈内径滚道，如果被超精滚道d=300mm；滚道宽度A=50mm；选了厚度W=20mm；宽度B=5mm的油石。确定一下参数化有序超精时全部超精表面至少要超精的转数，其中m取值为1；
通过计算，得出至少要超精多少转数=180°m/arcsin(W/d)±1 =180°/arcsin(20/300)±1=47.09±1转；
小数应进位，所以47.09±1转，得出49转和47转，这里要注意：有余数时，见余数就进到个位：即47.09转直接进位为48转；若选公式中的+1转就进位后加1转；若选公式中的-1转就进位后减1转。其中进位是为了确保超精弧长与余量的关系是均匀的。
油石至少要往复的次数=180°/arcsin(W/d)= 180°/arcsin(20/300)= 47.09次，得出48次，即：有余数时直接进位即可，道理同上段所述，与转数同步。这里选m=1转，计算的结果有助于我们对参数化有序超精法的理解，可以看到，当超精完一个周期，油石往复的次数是48次，而工件转数至少为要么49转，要么47转，转数与油石往复次数只需差正好1，这正是参数化有序超精法的绝妙之处，就是这个差数1，让油石不再对滚道上仅仅对超精过的部分进行重复超精，而是进行了一个均匀分布的超精，有效达到确保不破坏滚道轮廓度的作用。
当然，可以在设定时选择49转倍数Z=2倍、3倍甚至更多整数倍。而往复次数也要相应选Z=2倍、3倍甚至更多倍变动，否则将破坏形状。还要注意，油石的往复幅度加上油石的宽度要尽可能大，不能小于滚道宽度。
在操作时还可以选Z=1，而m选扩大整数倍值或缩小整数倍的值，可以不增加往复次数，同样确保了全部均匀超精到。当选择的超精线速度相同时，如果轴承套圈较小，则应选择扩大的m整数值，如果直径较大，则应选择较小的m整数倍值。但是当直径很大，可能超精线速度又不能太大时，可以选择m为缩小整数倍的值，比如m=0.5转，m=0.25转，等，甚至选“0”。
通过上述计算我们还可算出单件轴承套圈的超精时间，比如，当我们需要超精的线速度为1.5m/s时，当选Z=4倍转数时，单件超精时间按+1转的算是:πd49*4/1.5=123.15 s；或按-1转的算是:πd47*4/1.5=118.12 s；
如果要设定往复频率，按+1转的算是：48Z/123.15=48*4/123.15=1.5591s-1；
按-1转的算是：48Z/118.12=48*4/118.12=1.6255s-1；
具体实施例一并未用到轴承套圈宽度A和油石的宽度B，这两个参数在参数化有序超精法中是不需考虑的。
具体实施例二：如果设超精一个滚子轴承套圈内径，轴承套圈内径为d=300mm；滚道宽度为A=50mm；选了厚度W=20mm、宽度B=5mm的油石。确定一下参数化有序超精时全部超精表面至少要超精的转数，其中m取值为4；
通过计算，得出至少要超精多少转数=180°m/arcsin(W/d)±1=180°×4/arcsin(20/300)±1=188.36±1转；
应进位得189±1转，得出190转和188转，这里要注意：有余数时，同前面讲述的一样，将余数全进位：即188.36转，直接进位为189转，若选公式中的+1转就进位后加1转；若选公式中的-1转就进位后减1转。
油石至少要往复次数=180°/arcsin(W/d)= 180°/arcsin(20/300)= 47.09次，得出48次，即：有余数时直接进位即可，道理同上段所述，与转数同步。这里的同步是指工件转4转加或减一个油石厚度角度时，油石正好往复一次。
也可以算出单件轴承套圈的超精时间，如果超精的线速度仍为1.5m/s时，当选m=4倍转数时，单件超精时间为:πd*190/1.5=119.38 s；或πd*188/1.5=118.12s；
如果要设定往复频率，按+1转算：48/119.38=0.4020s-1；
按-1转算：48/118.12=48/118.12=0.4064s-1。
Claims (3)
1.一种滚动轴承的大中型套圈的滚道参数化有序超精方法，其包括超精机、套圈、油石，超精机工件主轴带动轴承套圈作旋转运动；通过气动或液压的动力将油石压在轴承套圈被超精的滚道面上、并在超精机的油石振荡架带动下、沿轴承套圈宽度方向作往复运动来达到对轴承套圈滚道表面进行超精加工，其特征在于：其预先通过计算得出油石一个振荡往复后油石圆周起点不会与原超精轨迹完全重合时轴承套圈的转数，进而算出油石所需要进行的震荡往复数，最后算出完成整个超精过程轴承套圈需要转动的转数，即工件主轴需要转动的转数，此时算得的工件主轴转数、油石震荡往复数是完成一个均匀超精的周期的参数，在这个基础上根据不同大小规格的零件将工件主轴转数、油石震荡往复数放大至对应的整数倍，之后预设工件主轴的转速，并算出单件超精时间和油石架的振荡往复频率，从而使得对工件主轴的转速、单件超精时间、油石架的振荡往复频率精确控制，输入对应参数后，开始超精工艺。
2.根据权利要求1所述的一种滚动轴承的大中型套圈的滚道参数化有序超精方法，其特征在于：设轴承套圈在超精时的转速为n，也就是超精机的工件主轴转速，此时对应的超精切线速度为v；油石架的振荡往复频率为f，单件超精时间为t，轴承外圈滚道宽度为A，轴承外圈宽度为C，轴承外圈外径为D，轴承滚道内径为d，油石的宽度为B，油石的厚度为W，放大对应的整数倍为Z，完成超精一个轴承套圈的工件主轴转数为N，轴承套圈表面完整进行均匀超精油石往复震荡数为P；
通过几何与运动关系，计算各参数化有序超精的参数：
1）首先计算油石厚度W占用轴承套圈面的几何角α为：
α=2arcsin(W/d)；
2）α占轴承套圈一周的比为：
（2arcsin(W/d)）/360°=（ arcsin(W/d)）/180°；
3）如果油石一个振荡往复，而轴承套圈m转后，油石刚刚不会与圆周起点与原超精轨迹完全重合，那么，轴承套圈的转数必须至少满足以下两点中的一点：
（1）油石运动一个往复，轴承套圈的转数是：
（m+（arcsin(W/d)）/180°），表示转了m转后，正好多转过一个油石接触滚道的弧长角度的转数；
（2）或者油石运动一个往复，轴承套圈的转数是：
（m-（arcsin(W/d)）/180°），表示转了m转后，正好少转过一个油石接触滚道的弧长角度的转数；
归纳（1）、（2），油石一个往复，轴承套圈的转数应当是：
（m±（arcsin(W/d)）/180°）转，两者可选其一；
4）当在轴承套圈表面完整进行均匀超精，至少需要对油石进行震荡往复数，分析得出至少需要往复次数为：
360°/2arcsin(W/d)次=180°/arcsin(W/d)次；
5)完成超精一个轴承套圈，工件主轴需要转动的转数：
（m±（arcsin(W/d)）/180°）×180°/arcsin(W/d)转=180°m/arcsin(W/d)±1转，其中“+”表示正转；“-”表示反转；
6) 完成超精一个轴承套圈的工件主轴转数N=Z(180°m/arcsin(W/d)±1)；
轴承套圈表面完整进行均匀超精油石往复震荡数P=Z180°/arcsin(W/d)；
单件超精时间t=πdZ(180°m/arcsin(W/d)±1)/v；
油石架的振荡往复频率f=P/t=( Z180°/arcsin(W/d))/t。
3.根据权利要求2所述的一种滚动轴承的大中型套圈的滚道参数化有序超精方法，其特征在于：对于小振荡与往复是分开控制的机床，小振荡次数p=kP=kZ180°/arcsin(W/d)，其中k是自然数，小振荡频率f′=p/t=( kZ180°/arcsin(W/d))/t。
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| CN201310125480XA CN103231301A (zh) | 2013-04-12 | 2013-04-12 | 一种滚动轴承的大中型套圈的滚道参数化有序超精方法 |
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|---|---|
| CN (1) | CN103231301A (zh) |
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