CN105195966B - 一种浮动式外圆柱面滚压装置以及滚压工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种浮动式外圆柱面滚压装置。主要包括固定基座、装配套、滚珠跑道、跑道固定套、调整套、径向浮动套、滚珠保持器、圆锥滚珠、过渡套、乳化液注入阀门等。滚珠保持器和滚珠跑道固定滚珠，圆锥滚珠对工件圆柱外表面进行滚压加工；装配套与跑道固定套之间设置径向浮动套，装配套前端部设有浮动挡板，对跑道固定套、径向浮动套和滚珠跑道轴向限位，并与滚珠保持器和调整套一起形成浮动滚压腔。本发明滚压一次就能达到粗糙度要求，不但生产效率高，而且滚压后的表面粗糙度很高。由于设置了径向浮动机构，加工效率和表面粗糙度不受圆柱零件直线度影响。

Description

一种浮动式外圆柱面滚压装置以及滚压工艺

技术领域

本发明涉及一种外圆柱面滚压设备，尤其是一种可以径向自动调节的浮动式滚压设备。

背景技术

目前液压油缸的活塞杆等外圆柱面的精加工，主要使用外圆磨床，外圆磨床磨削效率低、成本高，需要进行粗磨、半精磨、精磨才能达到粗糙度要求。

并且，磨削效果受被加工零件直线度的影响较大，如果被加工零件存在弯曲现象，或者工件径向跳动，磨削效果不好，甚至磨不起来；或者事先加大毛坯尺寸，留足加工余量，费料费工，增加成本；尤其是对于那些直线度要求不高，而表面粗糙度要求较高的零件而言，目前还没有合适的外圆精加工设备，这就是本发明要解决的主要问题。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供一种浮动式外圆柱面滚压装置，其采用滚珠进行滚压，并且可以调整滚压量和滚压精度，与现有磨削工艺相比，具有结构紧凑、方便实用、生产效率高、加工效果好的优点。

为达到上述目的，本发明创造采取的技术方案是：

一种浮动式外圆柱面滚压装置，

包括滚珠保持器，该保持器为筒状结构，保持器的内腔容纳被滚压圆柱零件，滚珠保持器的端部以保持器轴心为圆心环形阵列设置滚压用的圆锥滚珠；圆锥滚珠外周设有圆环形滚珠跑道，滚珠跑道的内壁为圆锥面，该圆锥面的锥度与圆锥滚珠的锥度相配合；该锥度满足：当滚珠保持器带动圆锥滚珠轴向移动时，调整滚珠环形阵列直径的大小，从而调整滚珠对被滚压外圆柱面的径向滚压力和滚压量；滚珠保持器的外面套设有调整套，滚珠保持器与调整套之间设有至少一个推力轴承，且推力轴承位于滚珠保持器设置圆锥滚珠的对侧端；

在位于滚珠保持器外圆面最内一级推力轴承的内侧设有限位台，在最外一级推力轴承的外侧设有保持器锁紧螺母，该锁紧螺母与保持器端部的外螺纹配合，锁紧螺母与调整套上的限位台将轴承定位；调整套通过推力轴承套装在滚珠保持器的外圆面上；

上述的固定基座用强力螺栓固定连接在配套车床的刀架托盘上，装配套由前端部的挡圈和螺栓固定在固定基座的内腔；

在滚珠跑道外套设有跑道固定套；跑道固定套、调整套外壁套设有装配套；

滚珠跑道、跑道固定套由挡液圈、浮动挡圈及螺栓连接后固定在装配套上；

调整套的后半部外圆面上设有外螺纹，通过与装配套的内螺纹连接使调整套固定在装配套上，调整套伸出装配套部分的外螺纹上设有调整套锁紧螺母；旋转调整套带动滚珠保持器和圆锥滚珠沿滚珠跑道的锥形内壁做轴向移动，可调节滚珠圆环的直径，即滚压量；旋转背紧调整套锁紧螺母固定这个滚压量。

还包括有顶装装置，所述的顶装装置包括过渡套，过渡套固定在车床尾座顶针上，过渡套的外圆柱面的直径与圆柱工件外圆柱面的直径相同；开始滚压时，滚压过程由过渡套的外圆柱面导入被滚压工件的外圆柱面，进入正常滚压加工；在滚压加工过程中，过渡套的顶装圆柱端面对被滚压圆柱零件起到定位作用。

优选的，所述的滚珠保持器的前端部设有沿保持器端面周向均布、轴向方向的孔，上述的圆锥滚珠定置于这些孔内，并在保持器的前端部设置法兰盘，对圆锥滚珠轴向限位。

优选的，跑道固定套与装配套之间设有径向浮动套。

优选的，所述的圆锥滚珠为偶数个，周向均匀、对称设置安装。

优选的，还包括有乳化液注入阀门，所述的乳化液注入阀门设置在装配套上，注入阀门并伸入到装配套内腔并朝向圆锥滚珠的一侧；注入阀门的伸入点位于限位台朝向滚珠的一侧。

一种浮动式外圆柱面滚压方法，

A、将被滚压圆柱件穿过滚压装置的滚珠保持器孔腔，并将被滚压圆柱件前端由车床卡盘夹紧固定，后端由过渡套顶紧定位；当被滚压圆柱件在车床上夹紧固定以后，手动摇动车床刀架托盘，即移动滚压装置，将圆锥滚珠移动到过渡套的导向部位上；

B、旋转调整套调整滚珠圆环直径，将圆锥滚珠压靠到过渡套外圆面上；

C、开启乳化液泵，只开启车床主轴试滚压，车床主轴带动被滚压圆柱件同步旋转，圆锥滚珠被动非同步旋转，试滚压；

D、观察滚压工作状况，如果工况不正常，检查修理故障点，重新调试；

E、如果工况正常，开启车床传动丝杠，传动丝杠带动滚压装置，使圆锥滚珠从过渡套过渡到被滚压件圆柱面上，进行正常滚压，连续滚压到这一工件结束；

F、开启车床传动丝杠倒行，圆锥滚珠在滚压状态下退回到过渡套的导向部位上；

G、关闭车床的主轴旋转、丝杠传动和乳化液泵；

H、卸下该工件，安装下一工件，重复上述操作。

本装置主要通过由下面几种作用单元组成：

1、滚压单元：用于对圆柱外圆面进行滚压工作。

1）圆锥滚珠：设偶数个，比如6、8个，多个滚珠首尾相连形成滚珠圆环，滚珠与圆柱外表面接触，对旋转圆柱工件进行滚压；

2）滚珠跑道：跑道内环面为与锥型滚珠配合的圆锥型结构，利用调整套给予的预紧力，紧压滚珠圆环外圆面，使滚珠对工件产生滚压力。

3）滚珠保持器：精密固定滚珠的轴向、周向位置，滚珠保持器轴向移动可调整滚珠圆环的内径，从而对工件进行有效滚压。滚珠保持器仅对圆锥滚珠起定位作用，压力来自跑道。

4）跑道固定套：固定滚珠跑道，便于更换滚珠跑道。

5）装配套：用以直接固定跑道固定套、径向浮动套和调整套，间接固定滚珠跑道、滚珠保持器等滚压腔内其它零件；

2、调整单元：用于调整圆锥滚珠圆环的直径。

1）滚珠跑道：滚珠跑道是固定的，其内壁刚性限制滚珠圆环的外径，使滚珠对被滚压圆柱面保持径向滚压力；滚珠圆环沿跑道内圆锥面轴向移动，可调整滚珠圆环的直径大小，从而调整滚压量；

2）调整套：用来调整、固定滚珠保持器和圆锥滚珠的轴向位置；转动调整套可以推动滚珠保持器和圆锥滚珠轴向移动，利用滚珠跑道内圆环面的锥度，改变滚珠圆环的直径，即调整了滚压加工量。

3）调整套锁紧螺母：调整好滚压量以后，拧紧调整套锁紧螺母，以锁紧、固定调整套、滚珠保持器和滚珠的位置。

4）装配套：用以直接固定跑道固定套、径向浮动套和调整套，间接固定滚珠跑道、滚珠保持器等滚压腔内其它零件；

3、顶装装置：用于对工件的顶装和滚压导向

1）过渡套：一方面顶紧、固定加工件，另一方面引导圆锥滚珠平缓、顺利的进入被滚压圆柱面。

4、冷却单元：用于滚压副的冷却和清洁

1）挡液圈：调整乳化液流速，阻止乳化液快速流出，使之能够充分带走滚压产生的热量；

2）乳化液注入阀门：乳化液由水泵驱动产生压力，通过乳化液注入阀门注入滚压腔，乳化液循环流动带走滚压过程中产生的热量和铁销，对滚压副起到冷却和清洁作用。

5、浮动单元：

1）浮动挡圈：对跑道固定套和径向浮动套进行轴向限位、固定，且不影响固定套的径向浮动。

2）径向浮动套：通过浮动套的径向弹性变形来平衡、抵消加工件的径向摆动，以满足直线度要求不高而表面粗糙度要求较高的零件的圆柱外表面的滚压加工需要。

本发明创造利用圆锥滚珠的圆柱锥面，对被滚压圆柱外表面进行滚压。通过调整套的预紧力和滚珠跑道的内圆环锥面，使圆锥滚珠对被滚压圆柱外表面产生压力，偶数个圆锥滚珠对圆柱外表面产生均匀、对称的滚压力，被滚压圆柱所受的径向力相互抵消；通过相对运动，对圆柱外表面实施均匀滚压，滚压过程使外表面的高点被滚珠压平，形成光滑的表面。

本发明设有径向浮动套。滚珠跑道固定于跑道固定套内，跑道固定套与固定套之间设置弹性的径向浮动套，在滚压时，通过浮动套的径向弹性变形来平衡有一定弯曲的加工件的径向摆动，使跑道固定套、滚珠跑道、圆锥滚珠可以径向浮动，实现浮动滚压，以满足直线度要求不高，而表面粗糙度要求较高的零件的圆柱外表面的滚压加工的需要。

还可以采用十字型浮动机构，也能实现径向浮动。

径向浮动套采用橡胶或聚氨酯等弹性材料。

附图说明

为了更清楚地说明本发明创造实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明创造的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的示意图；

图2为图1的左视图；

图3是图1的局部放大图；

图中：1、挡液圈；2、浮动挡圈；3、径向浮动套；4、跑道固定套；5、滚珠跑道；6、圆锥滚珠；7、乳化液注入阀门；8、滚珠保持器；9、装配套；10、调整套；11、调整套锁紧螺母；12、保持器锁紧螺母；13、工件；14、过渡套；15、固定基座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种浮动式外圆柱面滚压装置，整个滚压设备包括四个工作单元：

1、动力单元：

本发明之滚压装置与相应型号的车床配套使用，滚压加工所需的动力由配套车床提供。滚压装置的主体结构通过固定基座15固定在配套车床的刀架托盘上，由车床丝杠带动，与被滚压零件做轴向相对移动；进行滚压加工时，被滚压零件（如圆柱型活塞杆）穿过滚压装置的滚压腔即内孔，前端由车床卡盘固定，并由卡盘带动旋转；导向套则安装、固定在车床的尾座顶针上，对被滚压零件的尾端顶紧、定位；乳化液则由车床的乳化液泵提供。

2、顶装单元：

因为本发明创造是用于外圆柱表面（比如活塞杆）滚压加工的，多数被滚压的零件体积较大，因此圆柱零件两端都需要顶装定位；即圆柱零件的一端固定于车床卡盘，另一端也需要进行顶装。

为解决上述问题，本发明设置了顶装单元，即过渡套14。过渡套14的一端为固定杆，安装、固定在配套车床的尾座顶针上。过渡套14的另一端为可转动的导向、顶紧套，该套的端部为与加工件13匹配的顶紧结构，用于固定被滚压件；而该套的主体圆柱套的外径尺寸与被滚压圆柱的外径尺寸相同，当滚压开始时，在主体圆柱套的外圆面上调整好滚压量，然后启动车床丝杠使滚压装置主体轴向进给，将滚压过程由过渡套14导入到被滚压圆柱面上，进行正常的滚压加工。

3、滚压单元：

滚压单元包括滚珠保持器8，保持器为圆筒状的结构，保持器可套入圆柱工件13。如前所述，滚珠保持器8的前端部设有圆锥滚珠6，该滚珠采用圆锥型结构，设有偶数个，以滚珠保持器8的轴心为圆心环形均匀阵列设置，比如设置6个或者8个，圆锥滚珠6固定在保持器上的多个滚珠做圆周运动形成一个滚珠圆环。

滚珠圆环的外圆柱面紧贴滚珠跑道5的内壁，内圆柱面紧贴被滚压圆柱的外圆柱面，通过转动调整套10来轴向移动滚珠保持器8和滚珠，通过滚珠跑道5的锥形内圆环面形成对滚珠圆环的向心压力。车床卡盘带动被滚压圆柱件旋转，车床丝杠带动辊压装置轴向移动，实现圆锥滚珠6对被滚压圆柱面的连续滚压。

圆锥滚珠6固定在保持器圆筒的前端面上，可借鉴现有的圆锥轴承的固定方式。

圆锥滚珠6固定在保持器圆筒前端面的上，圆锥滚珠6数量设置为偶数个，并且周向均布，使被滚压零件径向受力相互抵消，避免滚压过程中设备和零件产生震动，保证滚压加工安全、平稳的进行。

4、调整单元：

在上述滚珠圆环的外侧，套设有滚珠跑道5，本跑道为环形结构，其内壁为锥形结构，圆锥的角度与圆锥滚珠6的锥形角度相匹配。

本滚压装置设有装配套9、调整套10和调整套锁紧螺母11。调整套10与装配套9之间通过螺纹连接，旋转调整套10可带动滚珠保持器8和滚珠与滚珠跑道5之间做轴向相对移动，利用滚珠跑道5内壁的锥形结构调整滚珠圆环的直径大小，从而调整滚压量。

当调整好滚压量以后，拧紧调整套锁紧螺母11和保持器锁紧螺母12，分别锁紧调整套10和滚珠保持器8，以固定这个滚压量，保证滚压均匀一致。

上述是针对某个特定直径的被滚压件的微调，即滚压量的调整。本发明可制作成不同规格的滚压装置，对不同直径的圆柱外圆面实施滚压。

本发明在滚珠保持器8与调整套10之间设有至少一个推力轴承，本实施例设有两个推力轴承，推力轴承位于滚珠的对侧；在滚珠保持器8外部和调整套10内部均设有与之一体的限位台，在调整套10后端部的外螺纹上设有调整套锁紧螺母11，在滚珠保持器8后端部的外螺纹上设有保持器锁紧螺母12。

如图1所示，滚珠保持器8通过推力轴承与调整套10连接，保持器锁紧螺母12与滚珠保持器8和调整套10上的限位台共同对推力轴承进行定位；或为，滚珠保持器8、调整套10、推力轴承三者之间相互限位，连接成一个整体部件，该部件通过调整套10的外螺纹与装配套9后端部的内螺纹连接固定在装配套9上。

装配套9的前端，在装配套9与跑道固定套4之间设有弹性材质的径向浮动套3，该橡胶浮动套能够吸收滚压过程中因被滚压件弯曲而产生的摆动、震动；跑道固定套4套装在径向浮动套3内，滚珠跑道5套装在跑道固定套4内，滚珠跑道5通过螺栓与跑道固定套4连接固定；在径向浮动套3外端面设有固定于装配套9固定套上的浮动挡圈2，防止径向浮动套3轴向窜动。

本滚压装置在工作过程中会产生热量，为了防止出现设备零件过热变形损坏，保证滚压加工高效、稳定的进行，需要对圆锥滚珠6、圆柱工件13进行冷却。

本装置设置了冷却系统，冷却系统优选如下结构：

在装配套9的上端开设一个通孔，通孔上固定乳化液喷射装置——乳化液注入阀门7，乳化液能够经圆锥滚珠6流出，为提高冷却效果，在装配套9的端部设有挡液圈1，以调节乳化液流量。

本实施例滚压装置与车床配套使用，滚压加工所需的动力由车床提供。可实现以下功能：

1）将滚压装置主体机构通过固定基座15固定在配套车床的刀架托盘上，由车床丝杠带动与被滚压零件做轴向相对移动；

2）滚压加工时，被滚压圆柱件穿过滚压装置的滚压腔即内孔，前端由车床卡盘固定，并由卡盘带动旋转；

3）过渡套14则安装、固定在车床的尾座顶针上，对被滚压件的尾端顶紧、定位；

4）乳化液则由车床的乳化液泵提供。

工作方式：

1）将被滚压圆柱件穿过滚压装置孔腔，其前端由车床卡盘夹紧固定，后端由过渡套14顶紧定位；当被滚压圆柱件在车床上夹紧固定以后，手动摇动车床刀架托盘，即移动滚压装置，从而将圆锥滚珠6移动到过渡套14的导向部位上；

2）旋转调整套10调整滚珠圆环直径，将圆锥滚珠6压靠到过渡套14外圆面上；

3）开启乳化液泵，只开启车床主轴，试滚压；

4）观察滚压工作状况，如果工况不正常（例如：a、圆锥滚珠6损坏，滚压的表面粗糙；b、滚珠跑道损坏，出现异样响声；c、乳化液泵工作不正常，水流量变小或不上水；d、车床工作不正常；等等），检查修理故障点，重新调试；

5）如果工况正常，开启车床传动丝杠，将圆锥滚珠6从过渡套14过渡到被滚压件圆柱面上，进行正常滚压，连续滚压到这一工件13结束；

6）开启车床传动丝杠倒行，圆锥滚珠6在滚压状态下退回到过渡套14的导向部位上；

7）关闭车床的主轴旋转、丝杠传动和乳化液泵；

8）卸下该工件，安装下一工件，重复上述操作。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种浮动式外圆柱面滚压装置，其特征在于：包括滚珠保持器，该滚珠保持器为筒状结构，滚珠保持器的内腔容纳被滚压圆柱零件，滚珠保持器的端部以滚珠保持器轴心为圆心环形阵列设置滚压用的圆锥滚珠；圆锥滚珠外周设有圆环形滚珠跑道，滚珠跑道的内壁为圆锥面，该圆锥面的锥度与圆锥滚珠的锥度相配合；该锥度满足：当滚珠保持器带动圆锥滚珠轴向移动时，调整滚珠环形阵列直径的大小，从而调整圆锥滚珠对被滚压外圆柱面的径向滚压力和滚压量；滚珠保持器的外面套设有调整套，滚珠保持器与调整套之间设有至少一个推力轴承，且推力轴承位于滚珠保持器设置圆锥滚珠的对侧端；

在位于滚珠保持器外圆面最内一级推力轴承的内侧设有限位台，在最外一级推力轴承的外侧设有滚珠保持器锁紧螺母，该锁紧螺母与滚珠保持器端部的外螺纹配合，锁紧螺母与调整套上的限位台将轴承定位 ；调整套通过推力轴承套装在滚珠保持器的外圆面上；

固定基座用强力螺栓固定连接在配套车床的刀架托盘上，装配套由前端部的挡圈和螺栓固定在固定基座的内腔；

在滚珠跑道外套设有跑道固定套；跑道固定套、调整套外壁套设有装配套；滚珠跑道、跑道固定套由挡液圈、浮动挡圈及螺栓连接后固定在装配套上；调整套的后半部外圆面上设有外螺纹，通过与装配套的内螺纹连接使调整套固定在装配套上，调整套伸出装配套部分的外螺纹上设有调整套锁紧螺母；旋转调整套带动滚珠保持器和圆锥滚珠沿滚珠跑道的锥形内壁做轴向移动，可调节滚珠圆环的直径，即滚压量；旋转调整套锁紧螺母用于确定滚压量；

还包括有顶装装置，所述的顶装装置包括过渡套，过渡套固定在车床尾座顶针上，过渡套的外圆柱面的直径与被滚压圆柱零件外圆柱面的直径相同；开始滚压时，滚压过程由过渡套的外圆柱面导入被滚压圆柱零件的外圆柱面，进入正常滚压加工；在滚压加工过程中，过渡套顶装圆柱端面并对被滚压圆柱零件起到定位作用。

2.根据权利要求 1 所述的一种浮动式外圆柱面滚压装置，其特征在于：所述的滚珠保持器的前端部设有沿滚珠保持器端面周向均布、轴向方向的孔，上述的圆锥滚珠定置于这些孔内，并在滚珠保持器的前端部设置法兰盘，对圆锥滚珠轴向限位。

3.根据权利要求 1 所述的一种浮动式外圆柱面滚压装置，其特征在于：跑道固定套与装配套之间设有径向浮动套。

4.根据权利要求 1 所述的一种浮动式外圆柱面滚压装置，其特征在于：所述的圆锥滚珠为偶数个，周向均匀、对称设置安装。

5.根据权利要求 1 所述的一种浮动式外圆柱面滚压装置，其特征在于：还包括有乳化液注入阀门，所述的乳化液注入阀门设置在装配套上，乳化液注入阀门伸入到装配套内腔并朝向圆锥滚珠的一侧；乳化液注入阀门的伸入点位于限位台朝向圆锥滚珠的一侧。

6.一种浮动式外圆柱面滚压方法，其特征是：

A、将被滚压圆柱零件穿过浮动式外圆柱面滚压装置的滚珠保持器孔腔，并将被滚压圆柱零件前端由车床卡盘夹紧固定，后端由过渡套顶紧定位 ；当被滚压圆柱零件在车床上夹紧固定以后，手动摇动车床刀架托盘，即移动浮动式外圆柱面滚压装置，将圆锥滚珠移动到过渡套的导向部位上；

B、旋转调整套调整滚珠圆环直径，将圆锥滚珠压靠到过渡套外圆面上；

C、开启乳化液泵，只开启车床主轴试滚压，车床主轴带动被滚压圆柱零件同步旋转，圆锥滚珠被动非同步旋转，试滚压 ；

D、观察滚压工作状况，如果工况不正常，检查修理故障点，重新调试；

E、如果工况正常，开启车床传动丝杠，车床传动丝杠带动浮动式外圆柱面滚压装置，使圆锥滚珠从过渡套过渡到被滚压件圆柱面上，进行正常滚压，连续滚压到这一被滚压圆柱零件结束；

F、开启车床传动丝杠倒行，圆锥滚珠在滚压状态下退回到过渡套的导向部位上；

G、关闭车床的主轴旋转、丝杠传动和乳化液泵；

H、卸下该被滚压圆柱零件，安装下一被滚压圆柱零件，重复上述操作。