CN105666306B - 一种超高性能钢球加工装置 - Google Patents

Abstract

一种超高性能钢球加工工艺及加工装置，钢球Q磨削过程中钢球以滚动方向V绕滚动轴线W自转运动，同时，钢球Q以回转自旋方向D绕与滚动轴线W呈夹角设置的回转自旋轴线P回转自旋运动。钢球在机床磨盘内加工时磨、研加工过程钢球的公转与滚动自转和回转自旋成圆运动磨削条件与磨料、磨盘共同参与了磨削，其单粒钢球在滚动自转的同时，还要实现钢球Q的回转自旋。从而使钢球表面各点磨削更加均匀。该球体磨削成圆运动的规律和目的，在于钢球Q滚动轴线W两端球面部位和自身的回转自旋轴线P两端球面部位的表面位置连续相互交换。从而实现球面各部位的同步均匀磨削。

Description

一种超高性能钢球加工装置

技术领域

本发明涉及超高性能钢球的加工工艺及加工装置。

背景技术

《中国制造2025》明确指出，制造业是国民经济的主体，是立国之本，兴国之器，强国之基。并特别指出“四基”等工业基础能力薄弱是制约我国制造业创新发展和质量提升的症结所在。

轴承是装备制造业的关键核心基础零部件。我国高端装备制造业发展的瓶颈是高端轴承的缺乏。如目前高档汽车、高铁、精密机床主轴配套轴承等高端轴承一直是中国轴承行业的软肋，长期依靠进口。特别是用于航空发动机配套的高转速、高精密、高可靠性的顶级轴承已成为中国在航空发动机研发中难以翻越的“珠穆朗玛峰”。我国连进口该类轴承的机会都没有。因此我国虽然是轴承生产和消费大国，但非轴承制造强国。

发明内容

本发明为了克服以上我国在高端轴承新技术领域的严重不足，针对高端轴承重要部件—钢球，提供了一种对钢球性能和质量起到十分重要的磨、研工序超精密、镜面磨削加工新工艺。使钢球(不限材质)在磨削时不但能滚动自转，同时还实现回转自旋，使钢球滚动自转轴线两端球面部位和自身的回转自旋轴线两端球面部位的表面位置在磨削过程中的连续相互交换，从而首次实现了球面各部位的同步均匀磨削，并由该创新实现了钢球性能和质量大幅提高的效果。以及实现该工艺超高性能钢球的加工工艺及加工装置。

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种超高性能钢球加工工艺，包括如下步骤：

a)钢球磨削过程中钢球以滚动方向绕滚动轴线自转运动；

b)钢球在自转运动的同时，以回转自旋方向绕与滚动轴线呈夹角设置的回转自旋轴线回转自旋运动。

为了实现更均匀的磨削，上述滚动轴线与回转自旋轴线的夹角为80°-90°。

一种超高性能钢球加工装置，包括：N个压力磨盘以及N个分别与压力磨盘相对称设置的动力磨盘，N为大于等于2的自然数，所述N个压力磨盘内部形成圆弧形容腔的磨削滚道Ⅰ，所述N个动力磨盘内部形成圆弧形容腔的磨削滚道Ⅱ，钢球位于N个动力磨盘与N个压力磨盘之间的磨削滚道Ⅰ和磨削滚道Ⅱ内，所述钢球与磨削滚道Ⅰ和磨削滚道Ⅱ之间填充有磨料，动力磨盘驱动钢球滚动的滚动轴线与压力磨盘对钢球的正压力方向呈夹角设置。

上述N个压力磨盘内部的磨削滚道Ⅰ呈圆形结构，所述N个动力磨盘内部的磨削滚道Ⅱ呈与磨削滚道Ⅰ同轴且等直径的圆形结构，呈环形的磨削滚道Ⅰ和磨削滚道Ⅱ的圆心与动力磨盘的旋转中心相互同心。

本发明的有益效果是：钢球在机床磨盘内加工时磨、研工作过程钢球的公转与滚动自转和回转自旋成圆运动磨削条件与磨料、磨盘共同参与了磨削，其单粒钢球在滚动自转的同时，还要实现钢球Q的回转自旋。该创新首次真正实现了球面各点的均匀磨削、和钢 球成品圆度达到接近理想球体的精度标准。该球体磨削成圆运动的规律和目的，在于钢球Q滚动轴线W两端球面部位和自身的回转自旋轴线 P两端球面部位的表面位置连续相互交换。从而实现球面各部位的同步均匀磨削。

附图说明

图1为本发明钢球成圆磨削过程球体运动轨迹方向示意图；

图2为图1中的B-B剖面结构示意图；

图中，Q.钢球W.滚动轴线V.滚动方向P.回转自旋轴线D.回转自旋方向l. 磨料m.动力磨盘Ⅰn.动力磨盘ⅡE.压力磨盘Ⅰu.压力磨盘Ⅱi.动力磨盘Ⅰ压力方向y.压力磨盘Ⅰ反作用力方向r.动力磨盘Ⅱ压力方向f.压力磨盘Ⅱ反作用力方向。

具体实施方式

下面结合附图1、附图2对本发明做进一步说明。

一种超高性能钢球加工工艺，包括如下步骤：

a)钢球Q磨削过程中钢球以滚动方向V绕滚动轴线W自转运动；b)钢球Q在自转运动的同时，以回转自旋方向D绕与滚动轴线W呈夹角设置的回转自旋轴线P 回转自旋运动。

本发明核心指理想球体磨削成圆原理，以决定钢球Q成品性能和质量最关键的磨、研工序超精密和镜面磨削的成圆运动规律。钢球Q在机床磨盘内圆弧容腔磨削运动加工时，磨、研工作过程、钢球Q的公转与滚动自转和回转自旋成圆运动磨削条件与磨料、磨盘共同参与了磨削，其单粒钢球Q在滚动自转的同时，还要实现钢球Q的回转自旋。钢球Q的滚动轴线W和回转自旋轴线P成约90度角相交，当滚动轴线W与回转自旋轴线P的夹角为80°-90°时效果最为理想，磨削更加均匀。该球体磨削成圆运动的规律和目的，在于钢球Q滚动轴线W两端球面部位和自身的回转自旋轴线P两端球面部位的表面位置连续相互交换。从而实现球面各部位的同步均匀磨削。和单一方式的磨削相比，钢球Q经一次一次的有效磨削，同时球面各点位置连续不断的相互交换的重迭，钢球Q成品的圆度，其沿轴线截面轮廓精度逐步达到理想球体的精度标准已成为可能。由新的该磨削方式加工的成品钢球Q，因其圆度极高，由该类钢球Q和轴承套圈合套后，钢球Q和套圈滚道接触工作面将呈较长弧线接触的最佳方式。从而有效避免了传统轴承钢球Q和套圈滚道接触工作面的点和间断性不稳定点接触的不利方式。还有效避免了轴承应力过于集中的不利因素。如用同一种好的材料和本发明理想球体成圆原理工艺生产的高质量钢球成品配套轴承，其将实现高转速、高载荷能力、长寿命和高可靠性等高端轴承特征的超高性能指标，不再是梦。与目前我国普遍采用的传统钢球加工工艺原理比较，同样以钢球Q生产的磨、研工序超精密和镜面磨削为例。钢球Q、磨料和磨盘共同参与磨削加工，钢球Q在机床磨盘内盘沟圆弧容腔滚道内实现公转和滚动自转成圆运动磨削。其磨削方式有滚动挤压切削和滑移磨削为特征的两种方式共存。举一例描述其过程，取直径一厘米的钢球Q和机床磨盘盘沟2.5米的滚道对钢球Q实施磨削加工，从进球到出球每个磨削工作循环，其滚动轴线两端点部位假如也参与全程磨削。在滚动磨削工作循环中，其滚动轴线W两端点附近沿轴线横向截面外圆(直径0.003米)处假设可分开的 话、并呈圆沿滚道全程滚动磨削，其某一点位参与磨削的次数：2.5÷(0.003×3)×2＝555(次)。而在滚动轴线W中心的横向截面外圆部位附近同理可分开呈圆沿滚道全程滚动磨削，某一点完成2.5米滚道磨削工作一次循环后，该点参与磨削的次数： 2.5÷(0.01×3)×2＝166(次)。通过计算可明显推出问题的根源。事实上，由于钢球Q不可分整体性磨削，因此每完成一个工作循环后，在滚动轴线W两端附近钢球Q表面呈明显滑移磨削痕迹。而在滚动轴线W中心横截面外圆附近处(该处承受较大压力载荷和支撑)，呈明显的滚动挤压切削痕迹，通过计算和磨削痕迹充分说明钢球Q加工传统磨削方式有两种，而这两种磨削方式大部分时间共存或交替。但是，因滑移磨削方式对球面金属去除的效率远大于滚动挤压切削方式对球面金属去除的速度。这说明单粒钢球Q表面的不同点选择同一种磨削方式是不现实的和不可避免的常不均匀性磨削。正是因为这一关键不利因素的制约，可推出钢球Q磨、研工序的传统加工成品球体圆度，其精度并不理想。因此传统的钢球Q成圆磨削原理存在不可避免的先天性缺陷。由传统原理加工生产的钢球Q 成品与轴承套圈合套后，钢球Q在套圈内滚动工作面上呈点性和间断不稳定的点接触。因此，其应力集中现象明显和轴承失效提前到来。按照上述构思，本发明虽然在钢球Q传统磨削加工的理论基础上-滚动自转磨削，仅增加了回转自旋磨削功能和设计，并实现了钢球Q滚动自转和回转自旋磨削成圆运动的有效复合，其目的在于单粒钢球Q磨削过程的表面任何点之间位置的相互连续交换。并实现了球面各点的均匀磨削，及磨削方式的单一性。由本发明核心发挥的支撑作用，能够为高端、高性能轴承提供一种圆度达到接近理想精度标准的钢球组件已成为可能。从而为我国尽快跨入高端轴承行业打下坚实的基础。

本发明还涉及一种超高性能钢球加工装置，包括：N个压力磨盘以及N个分别与压力磨盘相对称设置的动力磨盘，N为大于等于2的自然数，N个压力磨盘内部形成圆弧形容腔的磨削滚道Ⅰ，N个动力磨盘内部形成圆弧形容腔的磨削滚道Ⅱ，钢球Q位于N个动力磨盘与N个压力磨盘之间的磨削滚道Ⅰ和磨削滚道Ⅱ内，钢球Q与磨削滚道Ⅰ和磨削滚道Ⅱ之间填充有磨料l，动力磨盘驱动钢球Q滚动的滚动轴线W与压力磨盘对钢球Q的正压力方向呈夹角设置。当压力磨盘对钢球Q施加压力和动力磨盘驱动钢球Q滚动自转时以滚动方向V绕滚动轴线W自转运动。由于各个动力磨盘的压力大小不可能绝对相等，因此钢球Q受到偏载的作用使其以回转自旋方向D绕回转自旋轴线P产生自旋运，两种运动方式容纳一体的复合磨削创新方式。目的在于实现钢球Q磨削加工时钢球表面各点位置的连续相互交换和表面各部位的均匀磨削及单一方式的磨削。从而最终获得钢球成品圆度接近或达到理想球体精度标准。进一步的，N个压力磨盘内部的磨削滚道Ⅰ呈圆形结构，N个动力磨盘内部的磨削滚道Ⅱ呈与磨削滚道Ⅰ同轴且等直径的圆形结构，呈环形的磨削滚道Ⅰ和磨削滚道Ⅱ的圆心与动力磨盘的旋转中心相互同心。通过动力磨盘的转动，驱动钢球Q在公转的同时不但自转且发生自旋。以附图1 为例，本发明钢球Q的理想球体成圆磨削过程的运动方向、方式和参阅附图2钢球Q磨削过程实施磨削的条件，其结构各部分沿滚道方向的横向剖面图和各部分与磨削过程，钢球Q磨料L和提供钢球磨削运动的动力磨盘Ⅰm、动力磨盘Ⅱ n，压力磨盘ⅠE、压力磨盘Ⅱu共同参与了钢球Q理想球体成圆运动的磨削加工，钢球Q实现磨削的受力条件来自压力磨盘ⅠE的压力磨盘Ⅰ反作用力方向y 的压力，并通过压力磨盘ⅠE、钢球Q、动力磨盘Ⅰm的动力磨盘Ⅰ压力方向i 共同作用对钢球Q实现滚动自旋磨削时需要的压力。来自压力磨盘Ⅱ反作用力方向f的压力，并通过压力磨盘Ⅱu、钢球Q、动力磨盘Ⅱn的动力磨盘Ⅱ压力方向r共同作用，对钢球Q实现回转自旋磨削时需要的压力。由于动力磨盘Ⅰm、动力磨盘Ⅱn能提供磨削时运动动力支持作用,压力磨盘ⅠE、压力磨盘Ⅱu 提供了磨削运动的压力支持作用，其两个支持作用共同实现了图1钢球的理想球体磨削成圆运动的过程和球体成品圆度达到理想球体的精度标准。

Claims (2)

1.一种超高性能钢球加工装置，其特征在于，包括：N个压力磨盘以及N个分别与压力磨盘相对称设置的动力磨盘，N为大于等于2的自然数，所述N个压力磨盘内部形成圆弧形容腔的磨削滚道Ⅰ，所述N个动力磨盘内部形成圆弧形容腔的磨削滚道Ⅱ，钢球（Q）位于N个动力磨盘与N个压力磨盘之间的磨削滚道Ⅰ和磨削滚道Ⅱ内，所述钢球（Q）与磨削滚道Ⅰ和磨削滚道Ⅱ之间填充有磨料（l），动力磨盘驱动钢球（Q）滚动的滚动轴线（W）与压力磨盘对钢球（Q）的正压力方向呈夹角设置。

2.根据权利要求1所述的超高性能钢球加工装置，其特征在于：所述N个压力磨盘内部的磨削滚道Ⅰ呈圆形结构，所述N个动力磨盘内部的磨削滚道Ⅱ呈与磨削滚道Ⅰ同轴且等直径的圆形结构，呈环形的磨削滚道Ⅰ和磨削滚道Ⅱ的圆心与动力磨盘的旋转中心相互同心。