CN104968474A - 用于加工滚动轴承圈的表面区域的方法和滚动轴承圈以及滚动轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于无切屑地加工滚动轴承圈(3)的表面(4、6)的方法。在根据本发明的方法中，滚动轴承圈(3)相对于两个工具(7)发生旋转，所述工具分别仅具有工具尖端(16)。所述两个工具(7)的工具尖端(16)自不同的初始位置开始以相对于旋转的滚动轴承圈(3)相互反向运动的方式在表面区域(4、6)上导引，并且在此利用压力压向表面区域(4、6)，从而利用每个工具尖端(16)在表面区域(4、6)上这样形成螺纹状或螺旋状的轨迹(27、28)，使所述轨迹(27、28)部分地相叠，并且在相叠区域(26)中相互多次交叉。

Description

用于加工滚动轴承圈的表面区域的方法和滚动轴承圈以及滚动轴承
本发明涉及一种用于加工滚动轴承圈的表面区域的方法。此外，本发明还涉及一种滚动轴承圈和滚动轴承。
已知的是，例如被设计为球、半球、片或轮的滑动或滚动的工具尖端压在工件上，并且在工件相应转动时在其表面上运动。这种措施通常被称为辊轧、轧平或轧实，并且使工件的表面平整度无切屑地光滑，并且形成在工件中的内应力。通过工具尖端朝向工件的压力可以对内应力在其强度方面产生影响，并且通过接触面的尺寸、例如工件尖端球体或半球体的半径对内应力在其深度曲线(Tiefenverlauf)方面产生影响。表面的硬度和抗磨损性、表面的动态稳定性(疲劳极限、疲劳强度)和表面的承重比率可以被提高；通过内应力还可以阻止裂纹形成。此外，光滑的冷作硬化的表面还具有更高的抗腐蚀性。
在已知的工具中，硬质的工具尖端通过盘式弹簧组件或通过水压或油压被压在工件上。在涉及弹簧的情况下，工具尖端被设计为在表面上滚动的、由陶瓷制成的球，或被设计为在表面上滑动的、由金刚石制成的半球，在设计液压的技术方案中，工具尖端优选被设计为流体静力支承或滚动的陶瓷球。
在盘式弹簧组件的情况下实现了特别紧凑的结构形式以及在工件工具接触时的迅速的力量积聚。然而当已经较小地偏离理论按压位置时(所述偏离可能由于定位误差以及工件轮廓造成)，在加工力中会测定出明显的误差。盘式弹簧组件在加载和卸载时的滞后同样也会导致波动的加工力。非常硬的弹簧在相应的工件平整度的情况下也同样会导致工具尖端的剧烈摆动，所述摆动影响表面质量，尤其还会降低工具尖端的使用寿命。
在液压的情况下，通过集成在工具中的缸体实现了具有恒定压力的行程区域。尽管该技术方案具有可调节的且恒定的压力，然而还具有其他弊端。这需要液压设备，所述液压设备有必要与工具相连，这通常排除了在加工机器中的自动化工具更换。此外，许多加工机器利用作为冷却润滑剂的水基乳浊液工作，因此，由于在乳浊液中的沉淀风险而不希望在工具中使用油。那么液压设备必须利用乳浊液工作，这除了不利的润滑和压力强度之外，还由于其在加工机器中即使过滤后也通常仍存在的坚硬的和/或磨损的颗粒而导致液压设备以及工具的使用寿命降低。当工具尖端在颗粒上滑动或当颗粒滚动过工具尖端时，可能会导致工具尖端和/或工件的损伤。
本发明所要解决的技术问题在于，在批量生产的范畴中在以尽可能低的工具磨损实现滚动轴承圈的表面的无切屑的整平和/或在滚动轴承圈的表面区域的内部形成在尺寸和深度曲线上限定的内应力。
所述技术问题通过一种用于对滚动轴承圈的表面区域进行无切屑的加工的方法解决。在根据本发明的方法中，滚动轴承圈相对于两个分别具有一个工具尖端的工具旋转。这两个工具的工具尖端自不同的初始位置开始以相对于旋转的滚动轴承圈相互反向运动的方式在表面区域上导引，并且在此利用压力按压在表面区域上，从而使每个工具尖端在表面区域上形成螺纹状或螺旋状的轨迹，以至于所述轨迹部分地相叠并且在相叠区域中相互多次相交。
本发明的优点在于，其利用合理的费用实现了滚动轴承圈的表面区域的有利于批量生产的整平和/或在滚动轴承圈的表面区域内部形成规定的内应力。在此特别有利的是，可以将工具磨损保持得特别低。利用本发明的方法加工的滚动轴承圈具有较长的使用寿命。通过在工件表面上的反向螺纹状的工具轨道的多次相交，轨迹在各个位置上具有彼此不同的间距，并进而具有持续变化的应力状态。避免了在持续降低的内应力的距离中的裂纹优选方向。
可以使用由金刚石制成的工具尖端。
所述两个工具的工具尖端从参照滚动轴承圈的旋转相互错开180°的起始位置开始在表面区域上导引。这具有的优点在于，通过加工施加在滚动轴承圈上的力几乎被抵消，并且由此不必被工件容纳部支承。
所述两个工具的至少一个工具尖端可以从起始位置开始在表面区域上导引，所述起始位置基于滚动轴承圈的旋转被布置在表面区域的径向和/或轴向端部区域中。
所述两个工具的工具尖端可以从表面区域的参照滚动轴承圈的旋转相互对置的径向和/或轴向的端部区域开始在表面区域上导引。所述两个工具的工具尖端可以利用参照滚动轴承圈的旋转相互对置的径向和/或轴向的运动分量在表面区域上导引。这种措施的优点在于，例如滚动轴承圈通过根据本发明的加工导致的变形保持得较小，而且可以被设计为对称的。
轨迹可以部分不重叠地构成。由此可以逐步地对未加工的区域找平。
重叠区域可以至少在表面区域的主要负载区中延伸，在所述主要负载区中，承重比率始终具有至少一个预定的最小值，所述承重比率被定义为，在滚动轴承圈的最大允许负载下，在各个位置上出现的负载相对于在整个表面区域上出现的最大负载的比例。承重比率的最小值例如可以是0.8。同样可行的是，承重比率的最小值被预设为0.5。通过该措施可以确保的是，滚动轴承在特别极端的区域轴被特别好地加工。
所述两个工具的工具尖端的起始位置可以分别位于主要负载区之外。通过这种方式，避免了主要负载区中的表面区域可能后果严重的损伤。
在根据本发明的方法范畴内可以规定，至少一个或两个工具的工具尖端在加工滚动轴承圈时在接触区内部紧密地贴靠在滚动轴承圈的表面区域上，压力沿力方向作用，并且在进给平面内(所述进给平面通过在接触区内垂直于表面区域定向的表面法向与工具移动的进给方向限定)使力方向朝进给方向倾斜，并且与表面法向形成至少2°的夹角。这还具有进一步减低磨损的优点。力方向可以与表面法向形成最大15°的夹角。力方向尤其可以与表面法向形成至少5°和/或最大10°的夹角。在垂直于进给平面限定的平面内，力方向相对于表面法向形成最大1°的夹角。相对于滚动轴承圈的周向方向，力方向平行于表面法向延伸。在此，当所形成的夹角小于1°时就可以认为平行。据此，力方向仅向进给平面的内部倾斜。
至少一个或两个工具的工具尖端可以以0.05毫米/转至0.15毫米/转地速度移动。较高的速度会导致具有糟糕平整度的纹路结构和极不均匀的内应力分布。较低的速度会导致极高的材料负载并导致不经济的加工时长。
表面区域可以具有50m/min至150m/min的轨道速度。较高的速度降低工具尖端的使用寿命。较低的速度会妨碍工具尖端在液膜上的无振荡且无摩擦的滑动。
至少一个或两个工具的工具尖端可以以200N至750N的压力压在表面区域上。该区域尤其适用于具有3mm曲率半径的工具尖端。在曲率半径较小时应该降低所需压力，在曲率半径较大时应该提高所需压力。在具有较小直径的滚动轴承圈中，可以使用比在具有较大直径的滚动轴承圈中更低的压力。与形成内应力相比，使用更小的压力用于整平。压力可以根据同一工具尖端已经回撤的距离而提高。从而可以补偿由于工具尖端因磨损导致的磨平而降低的作用。
在工具尖端的沿工具的进给方向和滚动轴承圈的旋转方向的前方、在滚动轴承圈的表面区域上可以形成由冷却介质和/或润滑介质构成的膜层。尤其可以通过输入冷却介质和/或润滑介质实现工具尖端的悬浮，并由此实现工具尖端与表面之间的至少部分分离。这有利于减少工具尖端的磨损。
表面区域可以在无切屑加工之后被研磨或经受打磨处理。由此可以在不明显影响通过根据本发明的方法形成的内应力分布的情况下避免或至少降低表面损伤。
本发明还设计带有表面区域的滚动轴承圈，所述表面区域具有两个螺旋线状或螺纹状构成的内应力模式，所述内应力模式相叠并且在重叠区域内多次相交。
根据本发明的滚动轴承圈的特点在于较长的使用寿命，并且非常好地抵抗裂纹形成。所选择的内应力模式的几何规格导致持续变化的应力状态。沿持续下降的内应力的延伸方向的裂纹方向可以被避免。
内应力模式可以通过无切屑成型的凹陷部构成。内应力模式可以具有彼此相反的旋转方向。
此外，本发明还涉及一种具有根据本发明构成的滚动轴承圈的滚动轴承。
弹性元件可以具有最高200N/mm、优选最高150N/mm、特别优选100N/mm的弹性常数。这种平缓的弹性特征曲线具有的优点在于，当沿力方向改变表面区域的位置时，工具尖端朝滚动轴承圈的表面区域的压力仅稍微发生变化。在相对于理论收缩有一定程度误差的情况下，平缓的弹性特征曲线仅导致误差极低的加工力，并且与较软的弹簧相比同时还避免工具尖端在工件粗糙处的过载，由此明显提高使用寿命。位置改变和由此导致的理论回缩尤其会在工件较大的情况下导致工件理应更大的尺寸、角度和位置公差，或者出现这种情况，其中，在被加工的表面区域的型廓利用工具仅近似仿形，例如经直线接近弯曲的区段。在此情况下需要特别小的弹性常数。相反，当出现特别小的公差时，利用较大的弹性常数也可以得到良好的结果。
弹性元件可以具有最小200N的预紧力。在此，与形成足够高的内应力相比，通常较低的应力就足以整平表面区域。应力可以最大为750N。该数值特别适用于具有3mm曲率半径的工具尖端。
弹性元件可以例如被设计为螺旋弹簧。在螺旋弹簧的情况下，可以非常简单地实现平缓的弹性特征曲线。此外，可以成本低廉地提供呈几乎所有能想到的尺寸且具有几乎所有能想到的弹性特征曲线的螺旋弹簧。螺旋弹簧的另一优点在于，螺旋弹簧非常结实。具有矩形金属丝横截面的螺旋弹簧特别合适。
弹性元件的至少一个端部可以可旋转地支承。优选地，螺旋弹簧的两个端部可旋转地支承。尤其螺旋弹簧的至少一个端部可以借助滑动轴承可旋转地支承。通过所述可旋转的支承能够避免干扰的扭转力矩。
工具尖端所要表达的意思是工具的端头件。因此不应该仅局限于例如带有极小曲率半径的尖锐的造型。工具尖端尤其可以是倒圆的。工具尖端的有代表性的直径可以在3mm至9mm之间。优选地，工具尖端的有代表性的直径为5mm至7mm之间。通过更小的直径不能实现高效的加工，并且仅能形成非常接近表面的内应力。在直径更大的情况下，非常难以实现边缘区域的加工，并且需要过高的压力。工具的有代表性的直径可以被定义为借助最小二乘法拟合测取的最合适的球面的直径。工具尖端尤其可以局部地设计为球面。
工具的速度通常和工具尖端的速度相同，并且可以在多数情况下可互换地使用。
以下结合附图对本发明进行更详尽的阐述。在附图中：
图1以示意性侧视图方式示出在运行过程中的加工机器的实施例的部分视图，
图2以示意性剖视图方式示出根据本发明的工具的实施例，
图3以极简概括图方式示出加工滚动轴承圈的开始和结束，
图4示出相对于滚动轴承圈的两个工具的定位和角度定向的两个方案的示意图，和
图5示出轨迹的模式的高度放大图和理想化视图，所述轨迹在加工过程中在滚动轴承圈的工作面上通过两个工具的工具尖端构成。
图1以示意性侧视图方式示出在运行过程中的加工机器的实施例的部分视图。
加工机器具有工件容纳部1，所述工件容纳部绕旋转轴线2可旋转地支承。滚动轴承圈3在工件容纳部1上布置并且抗扭地与工件容纳部1相连。滚动轴承圈3相对于旋转轴线2旋转对称地布置在工件容纳部1上。在以下将平行于工件容纳部1的旋转轴线2的方向称为轴向方向，在以下将垂直于工具容纳部1的旋转轴线2的方向称为径向方向。滚动轴承圈3与工件容纳部1之间的抗扭连接例如可以通过磁性固定或借助未图示出的夹紧滚动轴承圈3的卡爪完成。同样，还可以将磁性固定与机械夹紧相结合。在示出的实施例中，滚动轴承圈3被设计为锥形滚子轴承的内圈，并且仅具有锥形的工作面4，并且在轴向端部的区域内具有带有启动面6的启动挡边5。工作面4和启动面6可以通过加工机器加工，并且以下还被统称为“表面区域”。由此，所述表面区域是指工作面4和/或启动面6和/或滚动轴承圈3的表面的其他待加工的部分区域。
沿径向与滚动轴承圈3相邻地，两个工具7布置在相对于工件容纳部1的旋转轴线2在直径上相互对置的侧面上。换言之，所述工具7沿滚动轴承圈3的周向方向以180°相互错开地布置。在图2中示出工具7的一个实施例。工具7分别固定在工具容纳部8中，所述工具容纳部可以使工具7沿轴向和径向方向以及沿所述方向的组合方向运动。在图1中通过箭头表示沿周向方向和径向方向的运动。工具容纳部8这样构成，从而能实现迅速的工具更换。工具容纳部8和加工机器的未示出的其他部件尤其可以通过与硬车削机床类似的方式构成。工具容纳部8例如可以设计为所谓的抓取式容纳部(Capto-Aufnahme)。然而与硬车削机床的工具的情况相比，工具7被设计地完全不同。
与图1所示不同，原则上还可行的是，加工机器仅具有一个单独的工具7，或加工机器具有一个根据本发明的工具7和一个以其他方式构造的加工工具、例如硬车削工具。
所述工具7分别具有接头件9、摆动装置10和头部件11。接头件9被夹紧在加工机器的工具容纳部8中。头部件11具有纵轴线12并且可以借助摆动装置10相对于接头件9摆动。头部件11的纵轴线12与表面法向13所形成的夹角α通过所述摆动而改变，所述表面法向垂直于待加工的表面区域、例如工作面4或启动面6地定向。为了阐明所述几何形状，两个工具7的头部件11的纵轴线12和表面法向13分别在图1中再次单独针对其他加工位置被示出。
图2以示意性侧视图方式示出工具7的实施例。以下尤其详细阐述头部件11的结构。
头部件11具有壳体14，所述壳体例如可以具有中空圆筒的形状并且部分地容纳尖端支承部15。尖端支承部15例如被设计为挺杆，并且相对于头部件11的纵轴线12共轴地布置。在尖端支承部15的从壳体4伸出的轴线端部的区域中，工具尖端16固定、尤其钎焊在尖端支承部15上。工具尖端16尤其可以由金刚石制成。工具尖端16具有例如半球形的形状并且这样安置在尖端支承部15上，从而使预定的定向维持在头部件11与金刚石晶格之间。半球具有3mm至9mm、优选5mm至7mm之间的直径。除了球面形状之外，工具尖端16还可以具有其他倒圆的形状。其他形状通过有代表性的直径描绘，所述有代表性的直径被固定为最合适的球面的直径。最合适的球面可以在工具尖端16的倒圆区域内部通过最小二乘法拟合测取。
尖端支承部15这样在壳体14中导引，从而使尖端支承部平行于头部件11的纵轴线12可活动。为了避免尖端支承部15的旋转，尖端支承部具有抗扭固定件17。所述抗扭固定件17可以例如被设计为突出部，所述突出部啮合进壳体14的未图示出的凹陷部中。沿轴向与尖端支承部15相邻地，在壳体14中按序布置有第一轴向滑动支承件18、弹性件19、第二轴向滑动支承件20和压力调整螺栓21。
弹性件平行于头部件11的纵轴线12预紧，并且可旋转地支承在第一轴向滑动支承件18与第二轴向滑动支承件20之间，从而不会出现弹性件19的扭曲。弹性件19通过第一轴向滑动支承件18作用在尖端支承部15上，以至于由弹性件19形成的力沿着与头部件11的纵轴线12相重合的力方向作用在尖端支承部15上并由此作用在工具尖端16上。
第一轴向滑动支承件18可以例如通过一个盘件或两个轴向相邻的盘件构成，其中，盘件首先与尖端支承部15固定相连，并尤其可以被设计为尖端支承部15的集成式部件，并且具有比尖端支承部15更大的直径。通过与设计在壳体14的内侧上的凸肩22的配合作用，由此可以避免尖端支承部15从壳体14内掉落。当所述盘件不固定地与尖端支承部15相连时，通过凸肩22至少限制弹性件19的弹簧位移。在此情况下，尖端支承部15可以从壳体14中抽出，而无需卸载弹性件19。第二轴向滑动支承件20同样可以由一个盘件或两个盘件构成。
在轴向滑动件18、20之间所布置的弹性件19可以尤其被设计为具有优选矩形线横截面的螺旋弹簧、也即例如由具有矩形材料横截面的金属丝制成。通过轴向滑动支承件18、20避免了螺旋弹簧的扭曲，并且避免了由此导致的力的变化，通过所述力会使螺旋弹簧件压向尖端支承部15。扭曲例如可以通过压力调整螺栓21的旋转或弹性件19的回缩导致。
利用压力调整螺栓21可以改变弹性件19的预应力。压力调整螺栓21向壳体14的旋进导致更高的预应力，旋出导致更低的预应力。弹性件19具有非常平缓的弹性特征曲线，所述弹性特征曲线通过相应较小的弹性常数导致，从而使复位力通过弹性件19的压缩仅缓慢地改变，并且在尖端支承部15仅仅很小运动时几乎是恒定的。这能够实现的是，即便当压力调整螺栓21不具有精密的螺纹时，弹性件19的预应力也能通过压力调整螺栓21的旋转被非常精确地校准，并且操作非常简单。此外，平缓的弹性特征曲线发挥作用，当例如鉴于滚动轴承圈3和/或加工机器的公差，尖端支承部15在壳体14中的进入深度在加工过程中稍微变化时，在工具7向滚动轴承圈3进给并且工具尖端16安置在工作面4上之后，工具尖端16还可以以几乎恒定的力压向工作面4。例如从工具尖端16与滚动轴承圈3的工作面4的初次接触直至加工位置，规定1mm至2mm的按压距离，并且公差为所到达的加工点的+/-0.25mm，其中，在该区域中600N的力例如仅波动+/-15N。例如可以考虑使用弹性常数为60N/mm的弹性件19。通常来说，弹性常数最大可以为约200N/mm。优选地，弹性常数最大为150N/mm或更好最大为100N/mm。然而为了实现足够高的例如至少200N的预应力，需要非常剧烈得压缩弹性件19。
弹性件19的较高预应力可能导致的是，当工具尖端16安置在例如滚动轴承圈3的工作面4上时工具尖端16冲击式地以力按压在工作面4上，所述力与预应力相当。为了减缓这种生硬的安置并且降低初次接触的损伤可能性，可以与弹性件19同列地设置未图示出的另一个弹性件，所述另一个弹性件具有明显更陡的弹性特征曲线，并且没有或仅仅最小地预紧。在此，例如可以通过未图示出的另一个凸肩避免弹性件19的预应力作用在另一个弹性件上。这能实现的是，工具尖端16的压力在与工作面4初次接触时首先几乎为零，并且随着工具7向滚动轴承圈3的不断接近而迅速上升至为加工所预设的压力。在另一个弹性件完全压缩之后，通过工具7向滚动轴承圈3进一步进给使尖端支承部15还稍微进一步被压进壳体14中并由此压缩弹性件19，从而可以避免另一个弹性件的弹出和由此导致的压力的剧烈波动。
另一个弹性件可以是例如相对较软的盘形弹簧，所述盘形弹簧布置在尖端支承部15与第一轴向滑动支承件18之间，并且在负载状态下被弹性件19的预应力压在弹性的硬质支承件上。在非负载状态下，较软的盘形弹簧将尖端支承部15从壳体14中压出，直至盘形弹簧卸载。
如图1和图2所示，头部件11的纵轴线12和由此力的方向不垂直于工作面4定向或者说不平行于表面法向13地定向，工具尖端16在加工过程中利用所述力压向工作面4。相反，头部件11的纵轴线12和由此力方向在进给平面内(所述进给平面通过表面法向13与工具的进给方向限定)相对于表面法向形成大于0°的夹角。所述角度α可以为2至15°、尤其5至10°。在此，工具7的头部件11的倾斜方向这样选择，从而使头部件11朝进给方向倾斜、也即头部件11的纵轴线12与进给方向形成小于90°的夹角。在图1中，左侧所示的工具7的进给方向在图面中向上倾斜地延伸，并且右侧所示的工具7在图面中向下倾斜地延伸。基于滚动轴承圈3的周向方向，头部件11的纵轴线12垂直于工作面4定向、也即头部件11的纵轴线12位于进给平面内部。夹角α因此在以下也被称为拖拽角(Nachziehwinkel)，因为工具尖端16通过尖端支承部15沿进给方向被拖拽。
为了阐明几何形状，在图1中示出分别与当前的加工位置保持一定间距的头部件11的纵轴线12和工作面4的表面法向13。在图1中，进给运动在滚动轴承圈3的两个轴向端部之间分别平行于工作面4延伸，并且通过在工件容纳部1的轴向方向上的运动和在工件容纳部1的径向方向上的运动的叠加形成。在图2中，工具7的进给方向通过箭头表示。
通过上述的几何形状可以实现的是，工具尖端16在表面不平整处滑动，并且将表面不平整处整平，而不会与所述表面不平整处导致磨损地咬合并且不会趋于振荡。通过对工作面4的预处理形成的加工轨道大体上沿径向环绕，从而使加工轨道在沿进给方向运动时显示出表面不平整处。上述几何形状还能实现的是，工具尖端16主要在磨损区域中被磨损，所述磨损区域相对于头部件11的纵轴线12不共轴地布置。由此原则上具有这样的可能性，工具尖端16重新被定位，并且在磨损区域之外利用同一工具尖端16继续进行加工。此外，这种几何形状还能利用工具7加工工作面4，直至紧邻导引挡边5。然而拖拽角α不能被选择为任意大小，因为随着不断增长的拖拽角α，尖端支承部15与壳体14之间的摩擦力提高，工具尖端16在尖端支承部15上的钎焊或其他紧固持续增大地负载剪力，并且不断需要弹性件19的更高的预应力来形成压力的相同的法向分量，工具尖端16利用所述法向分量压向工作面4。拖拽角α的至此所述的作用应该可以通过加工头的与表面法向呈镜像的倾斜位置、也即通过前置的工具尖端16实现。然而在动态观测下、也即在进给运动的情况下，这应该会导致尖端支承部15由于表面不平整处所造成的波动激发。这进一步又造成加工和负载峰值的不均匀性，并且最终会导致工具尖端16的使用寿命的明显降低。
原则上还可行的是，头部件11的纵轴线12也朝滚动轴承圈3的周向方向倾斜，因为在加工过程中通过滚动轴承3的旋转同样发生在该周向方向上的运动。基于滚动轴承圈3在周向方向上极高的速度(所述速度高于工具7的进给速度的数倍)，然而却未由周向运动导致明显的振动激励。此外，滚动轴承圈3的工作面4主要就有例如通过打磨或车削支承的加工轨道，所述加工轨道沿周向方向旋转。沿周向方向的运动由此大体平行于加工轨道。与此相对地，沿进给方向的运动横向于周向方向并且由此还横向于加工轨迹并因此导致剧烈的振动激励。因此，头部件11的纵轴线12朝进给方向的倾斜是必要的。头部件11的纵轴线12朝周向方向的倾斜是不必要的，但是倾斜也不会产生不利影响。为此尤其考虑与用于进给方向相同的角度范围。
用于降低磨损的其他措施在于，加工机器装配有未图示出的装置，所述装置在工具尖端16与工作面4之间的接触区域内输送冷却介质和/或润滑介质。输送压力可以为约20bar或更高。由此可以以悬浮方式形成工具尖端16与工作面4之间的至少部分分离。为此工具尖端16必须从由工件容纳部1的旋转所形成的主要运行方向并且从由工具7的进给所形成的辅助运行方向使闭合且无负载以及尽可能厚且抗压的介质层流入滚动轴承圈3的工作面4和启动面6。介质层的流动方向必须是这样的，从而使通过工具尖端16形成的、同时成为低压区域的扰流和涡旋逆着运行方向出现。所使用的介质、通常水基的冷却介质和/或润滑介质可以在油组分中加入提高介质压力稳定性的添加剂。然而水组分必须有利于确保从工具尖端16的改良的热量排放。
对于工具尖端16的优化的进流有意义的是，集成在工具7中的导通部被选择用于冷却介质和/或润滑介质，所述冷却介质和/或润滑介质在机器侧通过工具容纳部8供给，并且介质通过工具7导向相对于工具尖端16的期望位置。为了在工件上实现足够的介质层，可以使用多个介质喷射出口。
利用上述工具7，结合适当的冷却装置和/或润滑装置可以针对表面仅磨削但未研磨的情况实现工具尖端16在滚动轴承圈3上约为100km的滑动位移，直至工具尖端16表现为磨平，该工具尖端已不再有效的方式作用于内应力的形成。随后，必须选择工具尖端16的其他区域用于与工作面4或启动面6接触，或工具尖端16必须被更换。当更换时弹性件19的预应力保持不变时，工具尖端16的更换则可以以相对较低的费用实现。当更换工具尖端16时工具7的头部件11不被拆解，并且弹性件19不被卸载。由此可以省去在更换工具尖端16之后对弹性件19的预应力的重新校对。当尖端支承部15部与第一轴向滑动支承件18固定相连并且可以从壳体14中抽出时，可以实现上述情况。在此情况下推荐防丢失装置，所述防丢失装置避免尖端支承部15从壳体14中无意掉落。
加工机器这样设计，使滚动轴承圈3这样旋转，从而滚动轴承圈的工作面4和启动面6相对于工具尖端16具有例如50m/min至150m/min、优选120m/min的速度。工具7的进给横向于滚动轴承圈3的周向方向进行，并且例如可以为0.05毫米/转至0.15毫米/转。在此，分别基于滚动轴承圈3的旋转而言。对于压力(工具尖端16利用所述压力压向滚动轴承圈3的工作面或启动面6)而言，当具有6mm直径的金刚石半球被用作工具尖端16时，可以采用例如250至750N的值。通过利用工具尖端16的加工，可以将之前精加工的滚动轴承圈3的工作面4或启动面6的粗糙度从例如Ra0.45降至Ra0.15，或从Ra0.30降至Ra0.05。
利用所述加工机器，可以在滚动轴承圈3中形成最高为1000MPa的内应力，最大为500微米的深度，在深度为100至200微米处具有内应力最大值。在此，深度自滚动轴承圈3的表面开始计算。工具尖端16的直径越大，可实现的深度越大。所使用的压力越大，能实现越大的内应力。尽管可以实现高于1000MPa的值，然而不利于产品使用寿命。
为了实现工具尖端16在滚动轴承圈3的工作面4或启动面6上的精确安置，可以为了加工机器在滚动轴承圈3的实施方式上的初次校准而设置激光目标设备，用于标注滚动轴承圈3的工作面4或启动面6的位置，工具尖端16定位在所述位置上。基于这样测取的位置，可以实施对工具7的校准，对于加工相同实施方式的其他滚动轴承圈3，所述位置可以保持不变。激光目标设备可以尤其安置在工具7的头部件11上。
利用工具7可以加工滚动轴承圈3的工作面4或启动面6。如图1所示，为此这样定位两个工具7，从而使工具的工具尖端16在工作面4的相互对置的轴向端部区域中定位在滚动轴承圈3的沿直径相互对置的侧面上。工具7通过工具尖端16与工作面4的初次接触而从滚动轴承圈3开始还分别更剧烈地接近，从而使尖端支承部15分别缩回到壳体14中1mm至2mm，并且在此弹性件19相应地压缩。通过由弹性件19形成的复位力，各个工具尖端16压向滚动轴承圈3的工作面4。由于较强的预应力，压力(工具尖端16利用所述压力压向工作面4)高于卸载的弹性件19通过进给运动所形成的复位力的数倍。
为了加工滚动轴承圈3的工作面4，滚动轴承圈3利用启动挡边5事先相对于工件容纳部1的旋转轴线2共轴地定位，从而使滚动轴承圈3的启动挡边5相邻于工件容纳部1布置。在该位置上，滚动轴承圈3固定在工件容纳部1上。所述固定可以例如借助未图示出的卡爪和/或磁性实现。卡爪可以尤其嵌合在滚动轴承圈的内周上。
在固定滚动轴承圈3之后，工件容纳部1和由此滚动轴承圈3进行旋转。旋转速度可以例如这样选择，从而使滚动轴承圈3的工作面4轨道速度的算术平均值约为120m/min。随后工具7接近滚动轴承圈3的工作面4，从而使工具的工具尖端16接触地定位在工作面4上。在工具尖端16与工作面4之间的初次接触之后，工具7再次继续接近工作面4，从而使尖端支承部15例如更深地向壳体14中插入1mm至2mm，并且在此，前方连接的另一个弹性件为了压力积聚首先从零开始并随后将弹性件19压缩了总共相同的距离。由于平缓的弹性特征曲线提高了复位力，并且由此各个工具尖端16朝向工作面4的压力由于尖端支承部15向壳体14内的进一步插入而仅分别稍微增大。压力在前述工作面4与工具尖端16的机械接触的范围内的积聚可以通过滚动轴承圈3的至少10转分布开，以便将损伤工具尖端16或工作面4的风险保持得尽可能低。工作面4的损伤可以在机械方面由于所形成的几何细小边缘导致，然而也可以由于所形成的内应力的过高的梯度导致。
如图1所示，两个工具7的工具尖端16相对于工件容纳部1的旋转轴线2安置在工作面4的沿直径相互对置的侧面上。换言之，两个工具7的工具尖端16与工作面4的接触区沿滚动轴承圈3的周向方向以180°相互错开。这种几何形状能实现的是，通过工具尖端16在滚动轴承圈3上施加的力大致被抵消，并且不会导致滚动轴承圈3从工件容纳部1中掉落。
此外，两个工具7的工具尖端16安置在工作面4的相互对置的轴向端部区域中。在图1所示的实施例中，一个工具7的工具尖端16在工作面4上安置在最小直径的区域中或邻接工作面4的最小直径。另一个工具7的工具尖端16在工作面4上安置在最大直径的区域中或邻接工作面的最大直径。
由于弹性件19的预应力，两个工具7的工具尖端16已经分别紧接在安置在滚动轴承圈3的工作面4上之后被用于加工所设置的全部压力压向工作面4。由此应该会在没有其他措施的情况下导致工具尖端16在工作面4上的生硬的安置，从而出现工作面4局部损伤的风险。损伤风险由此降低，即，在弹性件19之前连接连一个弹性件，所述另一个弹性件具有比弹性件19明显更陡的弹性特征曲线，并且没有或仅稍微被预紧。作为备选或辅助，还具有这样的可能性，工具尖端16分别安置在工作面4的区域中，在该区域中，滚动轴承圈3的功能性不会因损伤而以不可靠的方式被影响。在工作面4的轴向端部区域中通常满足所述条件，因为在该处，在带有根据本发明的滚动轴承圈3的滚动轴承中，例如由于滚动体的边缘变短或滚动体的罩壳的弯曲而使滚动体与工作面4之间不发生接触，或在接触情况下仅出现极少的负载。对此将借助图4进行更详尽的阐述。
在工具尖端16安置在工作面4上之后，两个工具沿轴向相对移动。这能实现的是，两个工具7的进给运动在加工滚动轴承圈3的过程中相对于工作面4相互反向。进给运动分别达到例如0.10毫米/转。在此，尖端支承部11的纵轴线12分别以已经提到过的拖拽角α朝两个工具7的进给方向倾斜。尽管与工具7的进给运动相比，滚动轴承圈3的旋转在工具尖端16与工作面4之间产生了明显更高的相对运动，并且乍然看上去似乎两个工具7的头部件11的纵轴线12沿滚动轴承圈7的周向方向倾斜，然而这种倾斜出于以上所述的原因是不必要的。
由于相对于滚动轴承圈3的工作面4相互反向的进给运动，在工作面4的轴向中央出现了两个工具7的交会，其中，两个工具7的工具尖端16具有相同的轴向位置。由于两个工具16相对于工件容纳部1的旋转轴线2布置在沿径向对置的侧面上，因此即使交会也不会阻碍工具7。两个工具7的进给方向在交会之后保持不变，直至工具尖端16分别几乎达到工作面4的相对于工具尖端的初始位置相对置的轴向端部。随后工具尖端16从工作面4上退离。理想方式下，压力在至少10转内持续下降，以此开始所述退离。无论如何，工具尖端16不能在与滚动轴承圈3紧密接触的情况下通过工作面4的轴向端部导引离开，因为这会导致对工作尖端16严重的损伤。在工作面4的一个轴向端部上面临与启动挡边5碰撞的风险，在工作面4的另一个轴向端部上面临与该处构成的棱边接触的风险。
自两个工具7交会起，所述工具的一个工具尖端16就分别在工作面4的已经分别被另一个工具尖端16加工过的区域中运动。然而该区域没有全部一直延伸至加工的轴向起始位置处，因为启动挡边5不允许与工具7的倾斜的头部件11相连，而且因为要与工作面4旁边的棱边保持安全距离。
然而二次加工一直在在滚动轴承的工作状态下用于在滚动体与滚动轴承圈之间进行关键的负载传递的整个区域中延伸。
对滚动轴承圈3的工作面4加工的其他方面借助图3进行更详尽的阐述。
图3以极简概括图方式示出对滚动轴承圈3的加工的起始和结束。为简明起见，工具7没有被完全示出。在滚动轴承圈3的部分视图旁边示出尖端支承部15和两个工具7的工具尖端16，其分别处于其开始加工的起始位置，并且处于在加工结束时的结束位置。事实上，每个工具7都仅具有一个尖端支承部15和工具尖端16，然而在同一附图中共同示出加工的两个时间点以及由此尖端支承部15和工具尖端16的两个不同位置。通过标注尖端支承部的字母可以看出针对各个尖端支承部15的起始位置和结束位置的对应关系。从起始位置向结束位置的过渡通过箭头表示。为了简化对两个工具7的关系的比较，示出在滚动轴承圈3的相同周向位置上的两个工具7的工具尖端16。
滚动轴承圈3在滚动轴承中运行时通过滚动的滚动体不会在其工作面4的整个轴向长度上均匀负载。相反，通过滚动体和/或工作面的几何形状可以构成主要负载区23，工作面4在所述主要负载区内部尤其特别强烈地负载。主要负载区23通常在工作面4的轴向中央的两侧通过轴向部分区域朝工作面4的轴向端部延伸。例如由于工作面和/或滚动体型廓的边缘变短或所设置的向外卸载作用的弯曲，工作面4的轴向端部区域位于主要负载区23之外。主要负载区23的量化定义可以通过承重比率给出，所述承重比率表示，在滚动轴承圈3的最大允许负载的运行状态下出现在各个位置上的负载相对于出现在工作面4上的最大负载的比例。工作面4上任何承重比率高于预设的最小值的所有区域都可算作主要负载区23。承重比率的最小值例如可以是0.5或更具限制性的0.8。
根据分别所实施的加工，工作面可以划分为一个加工区域24、两个单次加工区域25和一个二次加工区域26。所述两个单次加工区域25布置在工作面4的轴向端部附近，并且轴向邻接二次加工区域26。两个单次加工区域25和一个二次加工区域26的总体轴向长度得到加工区域24。在两个一次加工区域25中分别安置了所述两个工具尖端16中的一个，并且随后朝分别另一个加工区域25运动。然而各个工具尖端16没有进入至各自另一个单次加工区域25，而是提前就从工作面4上退离。二次加工区域26被两个工具尖端16加工，并且由此在二次加工区域26内部对工作面4进行了两次加工。
因为尤其在主要负载区23的内部需要对工作面4仔细加工，所述加工这样进行，即二次加工区域26完全包含工作面4的主要负载区23。
如果加工的目的仅在于形成内应力，在利用两个工具7加工之后，对滚动轴承圈3的工作面4进行研磨。由此可以将粗糙度改变为与通过所述加工所达到的不同的水平，并且尤其可以去除不期望的加工轨道。这种加工轨道尤其是小刮痕或小裂纹，其可能通过硬质颗粒在工具尖端16与工作面4之间的牵拉形成。因为在此仅需要非常少的材料削减，内应力的分布仅不明显地变化。除了研磨之外，还可以使用其他具有低材料削减的方法，例如打磨光滑。
图4示出两个工具7相对于滚动轴承圈3的定位和角度定向的三个方案的示意图。分别示出工作面4和具有工具尖端16的两个尖端支承部15。进给平面分别垂直于图面延伸，因此看不出尖端支承部15在图5的进给平面内的倾斜。然而在所有的三个方案中，头部件11的纵轴线12和由此尖端支承部15都已经在进给平面内发生上述倾斜。
在图4上方所示的方案中未设有尖端支承部15的其他倾斜，从而使尖端支承部相对于滚动轴承圈3的周向方向垂直于工作面4定向。
在图4中间所示的方案中，尖端支承部15逆着滚动轴承圈3的旋转方向倾斜，从而在周向方向上形成带有工具尖端15的尖端支承部15的拖拽运动。
在图4下方所示的方案中，尖端支承部15类似于中间所示的方案逆向于滚动轴承圈3的旋转方向倾斜，从而在周向方向上形成带有工具尖端15的尖端支承部15的拖拽运动。在中间和下方所示的方案中的几何形状非常接近。然而在下方所示的方案中，尖端支承部15逆着滚动轴承圈3的旋转方向的倾斜不是通过尖端支承部15的相应摆动实现的，而是通过尖端支承部在没有发生角度运动的情况下的线性移动实现的。由此，当尖端支承部15应该逆着滚动轴承圈3的旋转方向倾斜，但是不存在为此的摆动机构时，尤其可使用下方所示的方案。此外，通过读取在移动尖端支承部15时的线性刻度，下方的方案实现了对尖端支承部15相对于滚动轴承圈3的倾斜角非常精确的调整。
图5示出轨迹27、28的模式的高度放大图和理想化视图，所述轨迹在加工过程中在滚动轴承圈3的工作面4上通过两个工具7的工具尖端16构成。为直观起见，在图5左上方还示意性示出了加工情况。在展开的工作面4上示出轨迹27、28，其中，为简化视图而选择了圆柱形的工作面4。在展开显示的工作面4与滚动轴承圈3上的工作面4的几何形状之间的关系通过轨迹模式上方绘制的工作面4的部分展开图阐释。轨迹27、28在展开的工作面4的两个端部上的点利用字母A至O标注，其中，相同的字母分别用于点对，所述点对在未展开的视图中直接相邻。相同的标记也用在部分展开的工作面4中。
示出的箭头分别给出各个工具尖端16相对于工作面4的运动方向。为了清楚地示出轨迹27、28的特征，非常夸张地示出轨迹27、28。轨迹27、28沿工具7的进给方向夸大地拉长、而且沿滚动轴承圈3的周向方向剧烈压缩地示出。此外，视图还涉及两个工具7的严格相同的进给速度和滚动轴承圈3的严格恒定的旋转速度。
在图6的轨迹模式的上方部分和下方部分中示出了图4所详细定义的单次加工区域25。在上方示出的单次加工区域25中仅具有第一轨迹27，因为工作面4在该处仅通过两个工具7中的一个加工。在下方示出的单次加工区域25中仅具有第二轨迹28，因为工作面4在该处仅通过两个工具7中的另一个加工。在所述两个单次加工区域25之间布置的二次加工区域26中，工作面4通过两个工具7加工。因此在二次加工区域26中不仅存在第一轨迹27还存在第二轨迹28。由于工具7的进给运动和滚动轴承圈3的旋转运动的叠加，两个轨迹27、28具有螺旋线的形状，但是带有彼此相反的旋转方向。因为两个工具7自工作面4的相互对置的轴向端部开始加工，并且在相应的另一个轴向端部附近结束加工，第一轨迹27和第二轨迹28在二次加工区域26中在滚动轴承圈3的每转中交叉两次。在图6的理想化视图中，交叉点全部位于两个固定的周向位置上。然而事实上，交叉点的周向位置也可以根据最终准确度而在加工中改变。
因为两个工具7的工具尖端16沿轨迹27、28压向滚动轴承圈3的工作面4，工作面4沿轨迹27、28在较低的压力下打磨并被轻微按压，从而在滚动轴承圈3的工作面4上形成与轨迹27、28的模式相对应的纹路模式。此外，在压力较高的情况下通过工具尖端16压向工作面4而在滚动轴承圈3的材料中局部形成内应力，所述内应力具有规定的大小和规定的深度曲线。由此在加工滚动轴承圈3时构成了与轨迹27、28的模式和纹路模式相对应的内应力的模式。
通过内应力可以遏制滚动轴承圈3的工作面4的区域中裂纹的扩大，并且由此防止或至少在时间上延缓对滚动轴承圈3的损伤。由此延长了滚动轴承圈3以及由此滚动轴承的使用寿命，滚动轴承圈安装在所述滚动轴承中。轨迹27、28的根据内应力的几何形状或曲线对应形成的交叉模式能实现的是，不存在这样的线，内应力沿所述线是恒定的。与此相对地，内应力根据位置发生变化，从而不会形成例如用于裂纹形成的明显的优选方向。
与此相对地，启动面6由于位置原因仅通过一个工具7被加工。所述工具7这样布置，从而使工具尖端16在径向内部端部区域中压向启动面6，并且沿径向向外导引通过启动面6。在此，尖端支承部15通过与用于工作面4的加工所述类似的方式朝工具7的进给方向倾斜。通过对启动面6的加工，在启动面6上形成了轨迹，所述轨迹具有螺旋线的形状。

Claims (15)

1.一种用于无切屑地加工滚动轴承圈(3)的表面(4、6)的方法，其中，
-滚动轴承圈(3)相对于两个工具(7)发生旋转，所述工具分别具有工具尖端(16)，
-所述两个工具(7)的工具尖端(16)自不同的初始位置开始以相对于旋转的滚动轴承圈(3)相互反向运动的方式在表面区域(4、6)上导引，并且在此利用压力压向表面区域(4、6)，从而利用每个工具尖端(16)在表面区域(4、6)上这样形成螺纹状或螺旋状的轨迹(27、28)，使所述轨迹(27、28)部分地相叠，并且在相叠区域(26)中相互多次交叉。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述两个工具(7)的工具尖端(16)自起始位置开始在表面区域(4、6)上被导引，所述起始位置参照滚动轴承圈(3)的旋转以180°错移。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述两个工具(7)中至少一个的工具尖端(16)自起始位置开始在表面区域(4、6)上被导引，所述起始位置参照滚动轴承圈(3)的旋转布置在表面区域(4、6)的径向和/或轴向的端部区域上。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述两个工具(7)的工具尖端(16)自表面区域(4、6)的参照滚动轴承圈(3)的旋转相互对置的径向和/或轴向的端部区域开始在表面区域(4、6)上被导引。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，轨迹(27、28)部分不相叠地构成。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，相叠区域(26)至少在表面区域(4、6)的主要负载区(23)上延伸，在所述主要负载区中，承重比率始终具有至少一个预定的最小值，所述承重比率被定义为，在滚动轴承圈(3)的最大允许负载下，在各个位置上出现的负载相对于在整个表面区域(4、6)上出现的最大负载的比例。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述两个工具(7)的工具尖端(16)的起始位置分别位于主要负载区(23)之外。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，
-所述两个工具(7)的至少一个的工具尖端(16)在加工滚动轴承圈(3)时在接触区内部接触地贴靠在滚动轴承圈(3)的表面区域(4、6)上，
-压力沿力方向作用，并且
-在进给平面中，力方向朝进给方向倾斜并且与表面法向(13)形成至少2°的夹角，所述进给平面通过在接触区中垂直于表面区域(4、6)定向的表面法向(13)与进给方向限定，工具(7)沿所述进给方向运动。
9.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述两个工具(7)的至少一个的工具尖端(16)以0.05毫米/转至0.15毫米/转的速度运动。
10.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述表面区域(4、6)具有50m/min至150m/min的轨道速度。
11.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述两个工具(7)的至少一个的工具尖端(16)以200N至750N的压力压向表面区域(4、6)。
12.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，在工具尖端(16)的沿所述工具(7)的进给方向和滚动轴承圈(3)的旋转方向的前方、在滚动轴承圈(3)的表面区域(4、6)上形成由冷却介质和/或润滑介质构成的薄膜。
13.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，表面区域(4、6)在无切屑的加工之后被研磨或经历打磨光滑处理。
14.一种具有表面区域(4、6)的滚动轴承圈，所述表面区域具有设计为螺纹状或螺旋状的内应力模式，所述内应力模式局部相叠，并且在相叠区域(26)中多次交叉。
15.一种滚动轴承，其带有根据权利要求14所述的滚动轴承圈(3)。
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