CN108705443B - 一种用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨盘套件、设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨设备和研磨盘套件。研磨设备包括主机、研磨盘套件和滚子循环盘外系统。主机包括基座、立柱、横梁、滑台、上托盘、下托盘、轴向加载装置和主轴装置。滚子循环盘外系统包括滚子收集机构、滚子输送整理系统和滚子送进机构。研磨盘套件包括一对同轴、且正面相对布置的第一和第二研磨盘。第一研磨盘的正面包括一组放射状分布于第一研磨盘基面(正圆锥面)的直线沟槽，第二研磨盘的正面为第二研磨盘的工作面(正圆锥面)，第一研磨盘基面与第二研磨盘工作面的锥顶角之和为360°。本发明研磨设备具有大批量圆柱滚子滚动表面的精加工能力。

Description

一种用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨盘套件、设备及 方法

技术领域

本发明涉及一种用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨盘套件、研磨设备及研磨方法，属于轴承滚动体精密加工技术领域。

背景技术

圆柱滚子轴承广泛应用于各类旋转机械。作为圆柱滚子轴承重要零件之一的圆柱滚子，其滚动表面的形状精度和尺寸一致性对轴承的性能具有重要影响。现阶段，公知的圆柱滚子滚动表面的加工工艺流程为:毛坯成型(车削或冷镦或扎制)、粗加工(软磨滚动表面)、热处理、半精加工(硬磨滚动表面)和精加工。公知的圆柱滚子滚动表面精加工的主要工艺方法是超精加工。

超精加工是一种利用细粒度油石作为磨具，油石对工件加工表面施加较低的压力并沿工件加工表面作高速微幅往复振动和低速进给运动，从而实现微量切削的光整加工方法。目前，圆柱滚子滚动表面的精加工多采用无心贯穿式超精加工方法。其设备的加工部分由一对异向斜置的超精导辊和一个(或一组)装有油石的超精头组成，圆柱滚子由导辊支撑并驱动，在作旋转运动的同时又沿一与圆柱滚子滚动表面素线相适应的轨迹作低速进给运动，超精头以较低的压力将油石压向圆柱滚子滚动表面的同时油石沿圆柱滚子滚动表面的素线作高速微幅往复振动，对圆柱滚子的滚动表面实施精加工。在无心贯穿式超精加工过程中，同一批次的圆柱滚子依次贯穿通过加工区域并经受油石超精加工。

此外还有一种无心切入式超精加工方法，其设备的加工部分由一对平行布置的超精导辊和一个(或一组)装有油石的超精头组成，圆柱滚子在导辊的支撑并驱动下作旋转运动，超精头以较低的压力将油石压向圆柱滚子滚动表面的同时沿一与圆柱滚子滚动表面素线相适应的轨迹作低速进给运动和高速微幅往复振动，对圆柱滚子的滚动表面实施精加工。在无心切入式超精加工过程中，同一批次的圆柱滚子逐个进入加工区域并经受油石超精加工。

上述两种圆柱滚子滚动表面超精加工方法存在以下两方面技术缺陷：一方面，加工过程中油石和导辊磨损状态随时间的变化不利于圆柱滚子滚动表面形状精度和尺寸精度的提高；另一方面，由于超精加工设备同一时刻只对单个(或少数几个)圆柱滚子进行加工，被加工圆柱滚子滚动表面的材料去除量几乎不受同批次圆柱滚子滚动表面直径差异的影响，因此用超精加工设备加工圆柱滚子滚动表面很难有效改善被加工圆柱滚子滚动表面的直径分散性。上述两方面的技术缺陷导致被加工圆柱滚子滚动表面的形状精度和尺寸一致性提升受到制约。

现阶段，涉及圆柱滚子滚动表面精加工的装置(设备)和方法还包括以下几种：

中国专利公报，公布号CN102476350A：公开了一种圆柱滚子外径无心研磨加工装置，包括两个半径一大一小的铸铁研磨辊，研磨辊之间有间隔，间隔上方安装有送料槽，送料槽上方设置有上压板，上压板上方加装有加压重锤，上压板与滚子的接触面为圆弧形。两研磨辊的线速度不同，使得圆柱滚子与研磨辊之间产生相对滑动。调整小研磨辊在垂直和水平方向的角度可驱动滚子沿轴线方向进给。研磨辊在驱动圆柱滚子的同时，也对滚子表面进行研磨加工。

中国专利公报，公布号CN204736036U：公开了一种用于精密圆柱滚子外圆面研磨的加工装置。其特征在于：加工装置包括气缸、支撑架、磨具底板、磨具、驱动辊和底座，两个驱动辊与加工装置的对称中心平面平行，一个驱动辊的左边端在铅垂面内上翘与水平面相交成1～5°，另一个驱动辊的右边端在铅垂面内下翘与水平面相交成1～5°；两驱动辊表面涂覆有阻尼涂层以增大磨擦系数。磨具固定在磨具底板上，通过气缸施加加工压力，气缸安装在支撑架上，支撑架和驱动辊安装在底座上。加工时将圆柱滚子置于驱动辊一端，两个驱动辊产生的切向力使圆柱滚子绕中心轴旋转，产生的轴向力使圆柱滚子沿中心轴贯穿进给，磨具对滚子圆柱表面进行加工。

上述两种装置均采用两驱动辊支撑并驱动圆柱滚子前进，与圆柱滚子前进方向垂直的上方设有磨具对圆柱滚子圆柱表面进行加工，加工时所有圆柱滚子依次通过加工区域。此类装置具有与超精加工设备相同的两方面技术缺陷。

中国专利公报，公布号CN104608046A：公开了一种轴承圆柱滚子圆柱面超精密加工方法，其特征在于：采用双平面式圆柱零件外圆超精密加工设备对待加工圆柱滚子进行研磨；所采用的双平面式圆柱零件外圆超精密加工设备包括：上研磨盘、下研磨盘、外齿圈、偏心轮和保持架，其中上研磨盘、下研磨盘、外齿圈和偏心轮的转轴均同心放置，各自独立驱动；圆盘形保持架的盘面上开有多个工件夹持槽孔，槽孔呈放射状分布；保持架的旋转轴与偏心轮的中心同心设置，而保持架的中心与偏心轮的轴心存在偏距；保持架与外齿圈的齿轮配合，保持架由外齿圈和偏心轮同时驱动。研磨前将圆柱滚子置于保持架的槽孔中，对上研磨盘施加下压力；工件位于上研磨盘和下研磨盘之间，并与上、下研磨盘接触；驱动上研磨盘、下研磨盘、外齿圈和偏心轮旋转，工件在上、下研磨盘的驱动下作滚动运动的同时，也在保持架的驱动下绕上研磨盘和下研磨盘作摆线运动。

中国专利公报，公布号CN103522166A：公开了一种基于上盘偏心加压的圆柱形零件外圆加工方法，其特征在于：该加工方法的加工装置包括上研磨盘、保持架和下研磨盘。上研磨盘位于下研磨盘的上方，保持架位于上研磨盘与下研磨盘之间，保持架的转轴和下研磨盘的转轴呈同轴设置，上研磨盘的转轴与保持架的转轴存在确定偏距。加工时，加载装置通过上研磨盘偏心作用于圆柱形零件，通过上研磨盘和下研磨盘平面配合磨料对圆柱形零件外圆进行加工。

中国专利公报，公布号CN105798765A：公开了一种四平面往复式圆柱滚子研磨方法与装置，其特征在于：机架内设有由动力源带动转动的安装架，安装架周向外壁上设有若干用于安装圆柱滚子的安装槽；机架上与安装架对应设有与圆柱滚子滑动配合的研磨板。使用的时候将圆柱滚子安装在安装架上，通过转动安装架对研磨板中的多个圆柱滚子同时进行研磨。

上述的三种装置(设备)均可同时对多个圆柱形零件进行加工，直径较大的圆柱形零件圆柱表面材料去除量较大，有利于尺寸一致性的提高。但是，由于其加工装置(设备)的封闭特征，此类装置(设备)不具备大批量生产能力。

中国专利公报，公布号CN104493689A和CN104493684A：公开了一种圆柱形零件双盘直槽研磨盘、研磨设备与研磨方法，所述设备包括工件推进装置、工件输送装置和研磨盘装置。所述研磨盘装置包括第一、第二研磨盘，两研磨盘相对转动，第一研磨盘的工作面为平面，第二研磨盘与第一研磨盘相对的表面上设有一组放射状的直沟槽，直沟槽的两侧面为第二研磨盘的工作面，第二研磨盘的工作面的横断面轮廓呈圆弧形或V字形或具有圆弧的V字形，所述待加工件与直沟槽的接触点或接触圆弧的中点处的法平面与所述直沟槽的基准面的夹角的取值范围为30～60°；所述直沟槽的近第二研磨盘的中心一端为推进口，所述直沟槽的另一端为出料口，所述工件推进装置设置在第二研磨盘中心通孔内，包括主体及其上安装的多个推料机构和储料槽。

利用该设备研磨圆柱滚子圆柱表面时，一方面，圆柱滚子可在研磨盘内外循环，具备大批量生产的能力；另一方面，在研磨加工区域，该设备可同时对大量圆柱滚子进行比较式加工，实现对直径较大的圆柱滚子的圆柱表面材料多去除，有利于圆柱滚子圆柱表面尺寸一致性的提高。

但是，对于现有的双盘直槽研磨盘，受第二研磨盘中心通孔直径的制约，在第二研磨盘上可设置的直沟槽数量较少。改进方案：第一研磨盘工作面为圆锥面，在第二研磨盘与第一研磨盘工作面(圆锥面)相对的盘面上设有一组放射状的直沟槽。一方面，在第二研磨盘外径和直沟槽长度一定的条件下，可通过调整第一研磨盘圆锥面的锥顶角以增大中心通孔的直径，从而增加第二研磨盘上的直沟槽数量。随着第二研磨盘上直沟槽数量的增加，同时参与研磨加工的圆柱滚子数增加，将有助于提高圆柱滚子圆柱表面的研磨加工效率和尺寸一致性。另一方面，与平面研磨盘相比，圆锥面研磨盘具有自定心的优势，更有助于圆柱滚子圆柱表面尺寸一致性的提高。

而且，现有的双盘直槽研磨方法的工件推进装置设置在第二研磨盘中心通孔内。工件推进装置须完成向众多直沟槽推进工件的任务，直沟槽数量越多，工件推进装置结构越复杂，所需的中心通孔直径越大。对于外径一定的平面研磨盘，中心通孔直径越大，直沟槽长度越短。改进方案：将工件推进装置设置在研磨盘外缘处，圆柱滚子在工件推进装置的作用下在直沟槽内由第二研磨盘外缘向内缘进给。研磨盘外缘处的空间对工件推进装置的限制将大幅减弱，这将有助于在研磨盘外缘处设置较多的工件推进装置以支持较多的直沟槽。随着第二研磨盘上直沟槽数量的增加，同时参与研磨加工的圆柱滚子数增加，将有助于提高圆柱滚子圆柱表面的研磨加工效率和尺寸一致性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨盘套件、研磨设备及研磨方法，安装有本发明研磨盘套件的研磨设备具有大批量圆柱滚子滚动表面的精加工能力，可实现圆柱滚子滚动表面高点材料多去除、低点材料少去除，直径较大的圆柱滚子滚动表面的材料多去除、直径较小的圆柱滚子滚动表面的材料少去除，从而可提高圆柱滚子滚动表面的形状精度和尺寸一致性，可以提高圆柱滚子滚动表面的加工效率，降低加工成本。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨盘套件，包括一对同轴的第一研磨盘和第二研磨盘，所述第一研磨盘的正面与第二研磨盘的正面相对布置；

所述第一研磨盘的正面包括一组放射状分布的直线沟槽和连接相邻的两个直线沟槽的过渡面；所述直线沟槽的表面包括研磨加工时与被加工圆柱滚子的滚动表面发生接触的工作面和与被加工圆柱滚子滚动表面不发生接触的非工作面；所述直线沟槽的工作面在一扫描面上，所述扫描面为等截面扫描面；所述扫描面的扫描路径为直线，所述扫描面的母线(即扫描轮廓)在所述直线沟槽的法截面内；在所述直线沟槽的法截面内，所述扫描面的截面轮廓为一曲率半径与被加工圆柱滚子滚动表面的曲率半径相等的圆弧；所述扫描面的扫描路径过所述截面轮廓的曲率中心，所述扫描路径(直线)为所述直线沟槽的基线；所有所述直线沟槽的基线分布于一正圆锥面上，所述正圆锥面为所述第一研磨盘的基面，所述基面的轴线为所述第一研磨盘的轴线，所述基面的锥顶角为2α；

所述直线沟槽的基线在所述第一研磨盘的轴截面内，包含所述直线沟槽基线的第一研磨盘轴截面为所述直线沟槽工作面的中心平面；研磨加工时，被加工圆柱滚子的轴线在所述直线沟槽工作面的中心平面内，被加工圆柱滚子滚动表面与所述直线沟槽工作面发生面接触，被加工圆柱滚子轴线重合于所述直线沟槽的基线；

所述第二研磨盘的正面为一正圆锥面，也是第二研磨盘的工作面，所述工作面的轴线为所述第二研磨盘的轴线，所述工作面的锥顶角为2β，且2α+2β＝360°；

所述第一研磨盘各直线沟槽的入口均位于所述第一研磨盘的外缘，所述第一研磨盘各直线沟槽的出口均位于所述第一研磨盘的内缘；或者所述第一研磨盘各直线沟槽的入口均位于所述第一研磨盘的内缘，所述第一研磨盘各直线沟槽的出口均位于所述第一研磨盘的外缘；

当2α＝2β＝180°时，所述第一研磨盘的轴线垂直于所述第一研磨盘基面，所述第二研磨盘的轴线垂直于所述第二研磨盘工作面，且除所述直线沟槽的基线在所述第一研磨盘的轴截面内之外还存在所述直线沟槽的基线不在所述第一研磨盘的轴截面内的情形；当所述直线沟槽的基线不在所述第一研磨盘的轴截面内时，所述直线沟槽工作面的中心平面平行于所述第一研磨盘的轴线；所述第一研磨盘各直线沟槽的入口均设在所述第一研磨盘的外缘，所述第一研磨盘各直线沟槽的出口均设在所述第一研磨盘的内缘。

进一步地，采用游离磨粒研磨方式时，通过选择所述第一研磨盘直线沟槽的工作面的材料和所述第二研磨盘工作面的材料，使得在研磨加工工况下所述第二研磨盘工作面的材料与被加工圆柱滚子的材料组成的摩擦副对被加工圆柱滚子绕自身轴线旋转所产生的滑动摩擦驱动力矩大于所述第一研磨盘直线沟槽的工作面的材料与被加工圆柱滚子的材料组成的摩擦副对被加工圆柱滚子绕自身轴线旋转所产生的滑动摩擦阻力矩，从而驱动被加工圆柱滚子绕自身轴线连续旋转。

研磨加工时，在所述第一研磨盘直线沟槽的工作面的约束下，所述被加工圆柱滚子的滚动表面与所述第二研磨盘工作面发生线接触(相切)；所述被加工圆柱滚子仅具有绕自身轴线的回转运动自由度和沿所述直线沟槽基线的平移运动自由度。

研磨加工时，所述第一研磨盘各直线沟槽内沿所述直线沟槽基线布满被加工圆柱滚子。定义：所述第一研磨盘直线沟槽的工作面与所述第二研磨盘工作面合围而成的区域为研磨加工区域H。

本发明中同时提出了一种用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨设备，包括主机、滚子循环盘外系统和本发明中的研磨盘套件；

所述主机包括基座、立柱、横梁、滑台、上托盘、下托盘、轴向加载装置和主轴装置；

所述基座、立柱和横梁组成所述主机的框架；

所述研磨盘套件的第一研磨盘与所述下托盘连接，所述研磨盘套件的第二研磨盘与所述上托盘连接；

所述主轴装置安装在所述滑台上，通过与其连接的上托盘驱动所述第二研磨盘绕其轴线回转；所述下托盘安装在所述基座上；

所述滑台通过所述轴向加载装置与所述横梁连接；所述立柱还可以作为导向部件为所述滑台沿所述第二研磨盘的轴线作直线运动提供导向作用；所述滑台在所述轴向加载装置的驱动下，在所述立柱或其他导向部件的约束下，连同其上的主轴装置、与所述主轴装置连接的上托盘、以及与所述上托盘连接的第二研磨盘沿所述第二研磨盘的轴线作直线运动；

所述滚子循环盘外系统包括滚子收集装置、滚子输送系统、滚子整理机构和滚子送进机构；

所述滚子收集装置设置在所述第一研磨盘各直线沟槽的出口处，用于收集从所述各直线沟槽的出口离开研磨加工区域H的被加工圆柱滚子；

所述滚子输送系统用于将被加工圆柱滚子从所述滚子收集装置处输送至所述滚子送进机构处；

所述第一研磨盘的每个直线沟槽均配置有一所述滚子送进机构，所述滚子送进机构分别安装在所述第一研磨盘各直线沟槽的入口处，用于将被加工圆柱滚子推送进入所述第一研磨盘各直线沟槽的入口，并为被加工圆柱滚子沿各直线沟槽基线的直线进给运动提供推力；所述各滚子送进机构各自独立运行，所实现的推送运动之间没有固定的时间顺序关系；

所述滚子整理机构设置在所述滚子送进机构的前端，用于将被加工圆柱滚子的轴线调整到所述滚子送进机构所要求的方向；

研磨加工时，被加工圆柱滚子从所述第一研磨盘直线沟槽的入口进入研磨加工区域H，从所述第一研磨盘直线沟槽的出口离开研磨加工区域H，再从所述第一研磨盘直线沟槽的出口，顺次经由所述滚子收集装置、滚子输送系统、滚子整理机构和滚子送进机构，进入所述第一研磨盘直线沟槽的入口，形成被加工圆柱滚子在第一研磨盘和第二研磨盘之间沿直线沟槽基线的直线进给与经由滚子循环盘外系统的收集、输送、整理、送进的循环；所述循环在所述研磨盘套件之外的路径为从所述第一研磨盘直线沟槽的出口，顺次经由所述滚子收集装置、滚子输送系统、滚子整理机构和滚子送进机构，进入所述第一研磨盘直线沟槽的入口，定义所述路径为滚子循环盘外路径；

研磨加工时，所述第二研磨盘绕其轴线回转；所述第二研磨盘沿其轴线向所述第一研磨盘趋近，并对分布于所述第一研磨盘各直线沟槽内的被加工圆柱滚子施加工作压力。

本发明中同时提出了一种使用本发明研磨设备进行圆柱滚子滚动表面精加工的研磨方法，研磨方法包括以下步骤：

步骤一、第二研磨盘沿其轴线向第一研磨盘趋近，直至第一研磨盘直线沟槽的工作面与第二研磨盘工作面合围而成的每一个研磨加工区域H的空间沿直线沟槽基线方向能够且仅能够容纳一个队列的被加工圆柱滚子为止；

步骤二、第二研磨盘绕其轴线相对于第一研磨盘以1～10rpm低速回转；

步骤三、启动滚子输送系统、滚子整理机构和滚子送进机构；调整滚子输送系统的输送速度和滚子整理机构的整理速度使之与滚子送进机构的送进速度相匹配，使被加工圆柱滚子经由滚子输送系统和滚子整理机构，在滚子送进机构的作用下源源不断地从第一研磨盘各直线沟槽的入口进入研磨加工区域H，沿直线沟槽的基线作直线进给运动，贯穿通过直线沟槽，并从第一研磨盘各直线沟槽的出口离开研磨加工区域H；离开研磨加工区域H的被加工圆柱滚子经由滚子收集装置、滚子输送系统和滚子整理机构，原有的次序被打乱后再次在滚子送进机构的作用下从第一研磨盘各直线沟槽的入口依次进入研磨加工区域H，从而建立被加工圆柱滚子在第一研磨盘和第二研磨盘之间沿直线沟槽基线的直线进给与经由滚子循环盘外系统的收集、输送、整理、送进的循环；

步骤四、调整第二研磨盘的回转速度至15～60rpm的工作回转速度，调整滚子送进机构的送进速度至工作送进速度使之与第二研磨盘的工作回转速度相匹配，调整滚子输送系统的输送速度和滚子整理机构的整理速度，使得上述滚子循环盘外系统中滚子收集装置、滚子输送系统、滚子整理机构和滚子送进机构各处的被加工圆柱滚子的存量匹配、循环顺畅有序；

步骤五、对研磨加工区域H加注研磨液；

步骤六、第二研磨盘沿其轴线向第一研磨盘进一步趋近，使得研磨加工区域H内的被加工圆柱滚子滚动表面分别与第一研磨盘直线沟槽的工作面发生面接触和与第二研磨盘工作面发生线接触，并对分布于研磨加工区域H内的每个被加工圆柱滚子施加0.5～2N的初始工作压力；被加工圆柱滚子在第二研磨盘工作面的摩擦驱动下绕自身轴线作连续旋转运动；与此同时，被加工圆柱滚子在滚子送进机构的作用下沿第一研磨盘直线沟槽的基线作直线进给运动；被加工圆柱滚子滚动表面开始经受第一研磨盘直线沟槽的工作面和第二研磨盘工作面的研磨加工；

步骤七、随着研磨加工过程稳定运行，对分布于研磨加工区域H内的每个被加工圆柱滚子逐渐增加工作压力至2～50N的正常工作压力；被加工圆柱滚子保持步骤六的与第一研磨盘直线沟槽的工作面和第二研磨盘工作面的接触关系、绕自身轴线的连续旋转运动以及沿直线沟槽基线的直线进给运动，其滚动表面继续经受第一研磨盘直线沟槽的工作面和第二研磨盘工作面的研磨加工；

步骤八、经过一段时间的研磨加工后，对被加工圆柱滚子进行抽检；当被抽检的被加工圆柱滚子滚动表面的表面质量、形状精度和尺寸一致性尚未达到技术要求时，继续本步骤的研磨加工；当被抽检的被加工圆柱滚子滚动表面的表面质量、形状精度和尺寸一致性达到技术要求时，进入步骤九；

步骤九、逐渐减小工作压力并最终至零；停止滚子送进机构、滚子输送系统和滚子整理机构运行，调整第二研磨盘的转速至零；停止对研磨加工区域H加注研磨液；第二研磨盘沿轴向退回到非工作位置。

本发明的用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨设备中，还可以在下述两种情形下在所述研磨盘套件的第二研磨盘内部设置有磁性结构；

情形一、采用固结磨粒研磨方式研磨铁磁性材质的被加工圆柱滚子时，在第二研磨盘的内部设置磁性结构，通过调整所述磁性结构的磁场强度，使得所述第二研磨盘工作面对所述铁磁性材质的被加工圆柱滚子绕自身轴线旋转所产生的滑动摩擦驱动力矩大于所述第一研磨盘直线沟槽的工作面对所述铁磁性材质的被加工圆柱滚子绕自身轴线旋转所产生的滑动摩擦阻力矩，从而驱动所述铁磁性材质的被加工圆柱滚子绕自身轴线连续旋转；

情形二、采用游离磨粒研磨方式研磨铁磁性材质的被加工圆柱滚子时，所述第二研磨盘内置磁性结构，以增大所述第二研磨盘工作面对所述铁磁性材质的被加工圆柱滚子绕自身轴线旋转所产生的滑动摩擦驱动力矩，使得所述铁磁性材质的被加工圆柱滚子绕自身轴线连续旋转不受所述第一研磨盘直线沟槽的工作面的材料与所述第二研磨盘工作面的材料的匹配制约。

对于在本发明研磨设备中的研磨盘套件的第二研磨盘内部设置磁性结构的情况下对圆柱滚子的滚动表面进行研磨加工，本发明研磨设备中的滚子循环盘外系统还包括有滚子退磁装置，滚子退磁装置设置在滚子循环盘外路径中的滚子输送系统中或滚子输送系统之前用于对被第二研磨盘内置磁性结构的磁场磁化的铁磁性材质的被加工圆柱滚子消磁，与前面描述的研磨方法不同仅为：

步骤三中，同时启动滚子退磁装置；

步骤六中，在对分布于研磨加工区域H内的被加工圆柱滚子施加初始工作压力之前，磁性结构进入工作状态；在对分布于研磨加工区域H内的每个被加工圆柱滚子施加0.5～2N的初始工作压力的同时，调整磁性结构的磁场强度，使得第二研磨盘工作面对被加工圆柱滚子绕自身轴线旋转所产生的滑动摩擦驱动力矩大于第一研磨盘直线沟槽的工作面对被加工圆柱滚子绕自身轴线旋转所产生的滑动摩擦阻力矩，从而驱动被加工圆柱滚子绕自身轴线作连续旋转运动；

步骤九中，在调整第二研磨盘的转速至零之后，磁性结构切换至非工作状态，停止滚子退磁装置运行。

在所述第一研磨盘和第二研磨盘首次使用前，利用相同几何参数的被加工圆柱滚子对所述第一研磨盘直线沟槽的工作面和第二研磨盘的工作面进行磨合；磨合方法与被加工圆柱滚子的研磨方法相同；对于步骤八，对参与磨合的被加工圆柱滚子进行抽检，当被抽检的被加工圆柱滚子滚动表面的表面质量、形状精度和尺寸一致性达到技术要求时，磨合过程进入步骤九；否则，继续步骤八。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

研磨加工过程中，在第一研磨盘直线沟槽的工作面与第二研磨盘工作面合围而成的每一个研磨加工区域H内，被加工圆柱滚子滚动表面分别与第一研磨盘直线沟槽的工作面发生面接触和与第二研磨盘工作面发生线接触，在第二研磨盘工作面的摩擦驱动下被加工圆柱滚子绕自身轴线旋转，被加工圆柱滚子滚动表面与第一研磨盘直线沟槽的工作面发生相对滑动，从而实现对被加工圆柱滚子滚动表面的研磨加工。滚动表面的材料去除与滚动表面与直线沟槽工作面的接触应力直接相关，当较大直径的被加工圆柱滚子滚动表面或被加工圆柱滚子滚动表面的高点与直线沟槽工作面接触时，滚动表面与直线沟槽工作面的接触应力较大，接触处的滚动表面的材料去除量较大；当较小直径的被加工圆柱滚子滚动表面或被加工圆柱滚子滚动表面的低点与直线沟槽工作面接触时，滚动表面与直线沟槽工作面的接触应力较小，接触处的滚动表面的材料去除量较小。从而可实现圆柱滚子滚动表面高点材料多去除、低点材料少去除，直径较大的圆柱滚子滚动表面的材料多去除、直径较小的圆柱滚子滚动表面的材料少去除。

由于第一研磨盘直线沟槽的开放性设计，研磨加工中存在被加工圆柱滚子在第一研磨盘和第二研磨盘之间沿直线沟槽基线的直线进给与经由滚子循环盘外系统的收集、输送、整理、送进的循环，且经由滚子循环盘外系统时被加工圆柱滚子原有的次序会被打乱。

一方面，第一研磨盘直线沟槽的开放性设计非常适应于大批量圆柱滚子滚动表面精加工；另一方面，经由滚子循环盘外系统时打乱的被加工圆柱滚子次序使得前述特征“圆柱滚子滚动表面高点材料多去除、低点材料少去除，直径较大的圆柱滚子滚动表面的材料多去除、直径较小的圆柱滚子滚动表面的材料少去除”可以扩散至整个加工批次，从而可提高整个批次的圆柱滚子滚动表面的形状精度和尺寸一致性；再一方面由于研磨加工时，第一研磨盘直线沟槽的工作面与第二研磨盘工作面合围而成的每一研磨加工区域H内分布有十多个至数十个被加工圆柱滚子，在第一研磨盘和第二研磨盘之间众多的研磨加工区域H内同时有数百甚至上千个被加工圆柱滚子参与研磨，从而可以提高圆柱滚子滚动表面的加工效率，降低加工成本。

进一步地，由于第一研磨盘的基面的锥面设计，在第一研磨盘的正面上可以设计更多、更长的直线沟槽，即同时会有数量更多的被加工圆柱滚子参与研磨。并且对于第一研磨盘基面为平面的情况，特别地将直线沟槽的入口设置在第一研磨盘外缘，从而也可以在第一研磨盘的正面上设计更多、更长的直线沟槽。

附图说明

图1是本发明研磨盘套件示意图；

图2(a)是本发明第一研磨盘直线沟槽结构示意及被加工圆柱滚子滚动表面与直线沟槽工作面的接触关系示意图；

图2(b)是被加工圆柱滚子的三维结构示意图；

图2(c)是本发明第一研磨盘直线沟槽的工作面所在的扫描面的扫描轮廓示意图；

图3是本发明第一研磨盘基面示意图；

图4(a)是本发明第二研磨盘结构示意及被加工圆柱滚子与第二研磨盘工作面的接触关系示意图；

图4(b)是图4(a)中的E部放大图；

图5是本发明研磨加工状态下被加工圆柱滚子在直线沟槽和第二研磨盘工作面之间的分布示意图；

图6是本发明研磨设备的主机结构示意图；

图7是本发明研磨设备的圆柱滚子循环示意图；

图8是本发明研磨加工状态下被加工圆柱滚子在研磨盘套件内外的循环示意图。

图中：

11-基座；

12-立柱；

13-横梁；

14-滑台；

15-上托盘；

16-下托盘；

17-轴向加载装置；

18-主轴装置；

2-研磨盘套件；

21-第一研磨盘；

211-第一研磨盘的正面；

2111-第一研磨盘的直线沟槽；

21111-第一研磨盘直线沟槽的工作面；

21112-第一研磨盘直线沟槽的工作面的中心平面；

21113-第一研磨盘直线沟槽的工作面所在的扫描面；

211131-第一研磨盘直线沟槽的工作面所在的扫描面在其法截面内的截面轮廓；

21114-第一研磨盘直线沟槽的法截面；

21116-第一研磨盘直线沟槽的基线(第一研磨盘直线沟槽的工作面所在的扫描面的扫描路径，直线)；

21118-第一研磨盘直线沟槽的入口；

21119-第一研磨盘直线沟槽的出口；

2112-连接第一研磨盘相邻的两个直线沟槽的过渡面；

212-第一研磨盘的安装面；

213-第一研磨盘的轴线；

214-第一研磨盘的基面(正圆锥面)；

2141-第一研磨盘基面在第一研磨盘轴截面内的截线；

215-第一研磨盘的轴截面；

22-第二研磨盘；

221-第二研磨盘的正面(第二研磨盘的工作面)；

2210-第二研磨盘工作面在第二研磨盘轴截面内的截线；

222-第二研磨盘的安装面；

223-第二研磨盘的轴线；

225-第二研磨盘轴截面；

3-被加工圆柱滚子；

31-被加工圆柱滚子的轴线；

32-被加工圆柱滚子的滚动表面；

4-滚子循环盘外系统；

41-滚子收集装置；

43-滚子输送系统；

44-滚子整理机构；

45-滚子送进机构；

451-滚子送进通道；

4511-滚子送进通道的定位面；

A、B-第一研磨盘直线沟槽的工作面所在的扫描面在其法截面内的截面轮廓在所述直线沟槽中心平面两侧的远端点；

H-研磨加工时，第一研磨盘直线沟槽的工作面与第二研磨盘工作面合围而成的区域；

2α-第一研磨盘基面的锥顶角；

2β-第二研磨盘工作面的锥顶角；

θ₁、θ₂-第一研磨盘直线沟槽的工作面所在的扫描面在其法截面内的截面轮廓在所述直线沟槽中心平面两侧的远端点的圆心角。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。另外，以下实施方式中记载的构成零件的尺寸、材质、形状及其相对配置等，如无特别的特定记载，并未将本发明的范围仅限于此。

本发明提出的一种用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨盘套件，包括一对同轴213和223的第一研磨盘21和第二研磨盘22，所述第一研磨盘21的正面211与第二研磨盘22的正面221相对布置，如图1所示，附图标记213是第一研磨盘的轴线(即第一研磨盘基面214正圆锥面的轴线)，附图标记223是第二研磨盘的轴线(即第二研磨盘工作面221正圆锥面的轴线)。

所述第一研磨盘的安装面212和第二研磨盘的安装面222分别背对所述第一研磨盘的正面211和第二研磨盘的正面221，所述第一研磨盘21和第二研磨盘22分别通过各自的安装面212/222与研磨设备上对应的安装基础相连接。

所述第一研磨盘21的正面211包括一组(不少于3条的)放射状分布的直线沟槽2111和连接相邻的两个直线沟槽2111的过渡面2112。

如图2(a)所示，所述直线沟槽2111的表面包括研磨加工时与被加工圆柱滚子3的滚动表面32发生接触的工作面21111和与被加工圆柱滚子滚动表面32不发生接触的非工作面。图2(b)所示为被加工圆柱滚子3的三维结构。

如图2(a)所示，所述直线沟槽工作面21111在一扫描面21113上，所述扫描面21113为等截面扫描面；所述扫描面21113的扫描路径为直线，所述扫描面21113的母线(即扫描轮廓)在所述直线沟槽2111的法截面21114内。所述法截面21114是垂直于所述直线沟槽21111的扫描路径(直线)的平面。

如图2(c)所示，在所述直线沟槽2111的法截面21114内，所述扫描面21113的截面轮廓211131(所述法截面21114内的扫描轮廓)为一曲率半径与被加工圆柱滚子滚动表面32的曲率半径相等的圆弧，所述扫描面21113的扫描路径过所述截面轮廓211131的曲率中心，定义：所述扫描路径(直线)为所述直线沟槽的基线21116。

所述扫描面21113为等截面扫描面的具体含义为：在所述直线沟槽的基线21116的不同位置处的法截面21114内，所述扫描面21113的截面轮廓211131保持不变。

可以理解到，本发明所述的扫描面与其上的工作面的关系为：扫描面确定工作面的形状、位置和边界，扫描面是连续表面；工作面与对应的扫描面具有相同的形状、位置和边界，在不影响圆柱滚子3与工作面的接触关系、不影响圆柱滚子滚动表面32的研磨均匀性的前提下工作面是可以不连续的。

如图3所示，所有所述直线沟槽的基线21116分布于一正圆锥面上，定义：所述正圆锥面为所述第一研磨盘的基面214，所述基面214的轴线为所述第一研磨盘21的轴线213。

定义：所述第一研磨盘基面214的锥顶角2α为在所述第一研磨盘的轴截面215内所述基面214的截线2141位于所述第一研磨盘21的实体一侧的夹角，附图标记α为所述基面214的锥顶半角。

所述直线沟槽的基线21116在所述第一研磨盘的轴截面215内，定义：包含所述直线沟槽基线21116的第一研磨盘轴截面215为所述直线沟槽工作面21111的中心平面21112，如图2(c)所示，在所述直线沟槽的法截面21114内，所述直线沟槽工作面21111所在的扫描面21113的截面轮廓211131在所述中心平面21112两侧的远端点A和B的圆心角θ₁≤90°、θ₂≤90°。

研磨加工时，被加工圆柱滚子的轴线31在所述直线沟槽工作面的中心平面21112内，被加工圆柱滚子滚动表面32与所述直线沟槽工作面21111发生面接触，被加工圆柱滚子轴线31重合于所述直线沟槽的基线21116。

研磨加工时，被加工圆柱滚子3依次自所述第一研磨盘各直线沟槽2111的入口21118进入所述直线沟槽2111，贯穿通过所述直线沟槽2111并从对应的各直线沟槽2111的出口21119离开所述直线沟槽2111。

所述第一研磨盘各直线沟槽2111的入口21118均设在所述第一研磨盘21的外缘，所述第一研磨盘各直线沟槽2111的出口21119均设在所述第一研磨盘21的内缘。或者所述第一研磨盘各直线沟槽2111的入口21118均设在所述第一研磨盘21的内缘，所述第一研磨盘各直线沟槽2111的出口21119均设在所述第一研磨盘21的外缘。推荐所述第一研磨盘各直线沟槽2111的入口21118均设在所述第一研磨盘21的外缘，所述第一研磨盘各直线沟槽2111的出口21119均设在所述第一研磨盘21的内缘。

推荐所有所述直线沟槽2111绕所述第一研磨盘的轴线213均布。

如图4(a)所示，所述第二研磨盘的正面221为一正圆锥面，所述正圆锥面221为第二研磨盘的工作面，所述工作面221的轴线为所述第二研磨盘的轴线223。定义：所述工作面221的锥顶角2β为在所述第二研磨盘的轴截面225内所述工作面的截线2210位于所述第二研磨盘22的实体一侧的夹角。附图标记β为所述工作面221的锥顶半角。

所述第二研磨盘工作面221的锥顶角2β与第一研磨盘基面214的锥顶角2α满足关系：

2α+2β＝360°

研磨加工时，在所述第一研磨盘直线沟槽的工作面21111的约束下，如图4(a)所示，图4(b)为图4(a)的E部放大，被加工圆柱滚子的滚动表面32在与所述第一研磨盘直线沟槽的工作面21111发生面接触的同时与所述第二研磨盘工作面221发生线接触(相切)。所述被加工圆柱滚子3仅具有绕自身轴线31的回转运动自由度和沿所述直线沟槽基线21116的平移运动自由度。

当2α＝2β＝180°时，所述第一研磨盘基面214和第二研磨盘的工作面221均为平面；所述第一研磨盘的轴线213垂直于所述第一研磨盘基面214，所述第二研磨盘的轴线223垂直于所述第二研磨盘工作面221，且除所述直线沟槽的基线21116在所述第一研磨盘的轴截面215内之外还存在所述直线沟槽的基线21116不在所述第一研磨盘的轴截面215内的情形。所述第一研磨盘各直线沟槽2111的入口21118均设在所述第一研磨盘21的外缘，所述第一研磨盘各直线沟槽2111的出口21119均设在所述第一研磨盘21的内缘。当所述直线沟槽的基线21116不在所述第一研磨盘的轴截面215内时，所述直线沟槽工作面的中心平面21112为包含所述直线沟槽的基线21116且平行于所述第一研磨盘的轴线213的平面，且研磨加工时，被加工圆柱滚子的轴线31不在所述第一研磨盘和第二研磨盘的轴截面215/225内。

如图5所示，研磨加工时，所述第一研磨盘各直线沟槽2111内沿所述直线沟槽基线21116布满被加工圆柱滚子3。定义：所述第一研磨盘直线沟槽的工作面21111与所述第二研磨盘工作面221合围而成的区域为研磨加工区域H。

本发明中同时提出了一种用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨设备，包括主机、滚子循环盘外系统4和前述研磨盘套件2，如图6所示。

所述主机包括基座11、立柱12、横梁13、滑台14、上托盘15、下托盘16、轴向加载装置17和主轴装置18。

所述基座11、立柱12和横梁13组成所述主机的框架。

所述研磨盘套件2的第一研磨盘21与所述下托盘16连接，所述研磨盘套件2的第二研磨盘22与所述上托盘15连接。

所述主轴装置18安装在所述滑台14上，通过与其连接的上托盘15驱动所述第二研磨盘22绕其轴线回转。所述下托盘16安装在所述基座11上，所述第一研磨盘21和下托盘16不回转。

所述滑台14通过所述轴向加载装置17与所述横梁13连接。所述立柱12还可以作为导向部件为所述滑台14沿所述第二研磨盘22的轴线作直线运动提供导向作用。所述滑台14在所述轴向加载装置17的驱动下，在所述立柱12或其他导向部件的约束下，连同其上的主轴装置18、与所述主轴装置18连接的上托盘15、以及与所述上托盘15连接的第二研磨盘22沿所述第二研磨盘22的轴线作直线运动。

如图7和图8所示，所述滚子循环盘外系统4包括滚子收集装置41、滚子输送系统43、滚子整理机构44和滚子送进机构45。

所述滚子收集装置41设置在所述第一研磨盘各直线沟槽2111的出口21119处，用于收集从所述各直线沟槽2111的出口21119离开研磨加工区域H的被加工圆柱滚子3。

所述滚子输送系统43用于将被加工圆柱滚子3从所述滚子收集装置41处输送至所述滚子送进机构45处。

所述第一研磨盘的每个直线沟槽2111均配置有一所述滚子送进机构45，所述滚子送进机构45分别安装在所述第一研磨盘各直线沟槽2111的入口21118处，用于将被加工圆柱滚子3推送进入所述第一研磨盘各直线沟槽2111的入口21118，并为被加工圆柱滚子3沿各直线沟槽基线21116的直线进给运动提供推力。所述各滚子送进机构45各自独立运行，所实现的推送运动之间没有固定的时间顺序关系；

所述滚子整理机构44设置在所述滚子送进机构45的前端，用于将被加工圆柱滚子的轴线31调整到所述滚子送进机构45所要求的方向。

如图8所示，研磨加工时，所述第二研磨盘22绕其轴线回转；所述第二研磨盘22沿其轴线向所述第一研磨盘21趋近，并对分布于所述第一研磨盘各直线沟槽2111内的被加工圆柱滚子3施加工作压力。

所述滚子送进机构45内设置有滚子送进通道451，在任一直线沟槽2111的入口21118处，所述滚子送进通道451的定位面4511是所述直线沟槽工作面21111在滚子送进机构45内的的延续。在被加工圆柱滚子3进入所述直线沟槽的入口21118的过程中，在所述滚子送进通道的定位面4511的定位支撑下，被加工圆柱滚子3的轴线31与所述直线沟槽的基线21116重合。被加工圆柱滚子3经由所述滚子送进通道451，在所述滚子送进机构45的推送作用下进入所述第一研磨盘直线沟槽2111的入口21118。

一方面，被加工圆柱滚子3在所述第二研磨盘工作面221的滑动摩擦驱动力矩的驱动下绕自身轴线31连续旋转；另一方面，被加工圆柱滚子3在滚子送进机构45的作用下源源不断地从所述第一研磨盘各直线沟槽2111的入口21118进入所述研磨加工区域H，沿所述直线沟槽的基线21116作直线进给运动，贯穿通过所述直线沟槽2111，并从所述第一研磨盘各直线沟槽2111的出口21119离开所述研磨加工区域H，完成一次研磨加工。离开所述研磨加工区域H的被加工圆柱滚子3经由滚子收集装置41、滚子输送系统43和滚子整理机构44，原有的次序被打乱后再次在所述滚子送进机构45的作用下从所述第一研磨盘各直线沟槽2111的入口21118依次进入所述研磨加工区域H，整个研磨过程不断循环重复，直至被加工圆柱滚子滚动表面32的表面质量、形状精度和尺寸一致性达到技术要求，精加工工序结束。

在进入所述滚子送进机构45之前，在滚子整理机构44的作用下，被加工圆柱滚子的轴线31被调整到所述滚子送进机构45所要求的方向。

研磨加工时，被加工圆柱滚子3从所述第一研磨盘直线沟槽的入口21118进入研磨加工区域H，从所述第一研磨盘直线沟槽的出口21119离开研磨加工区域H，再从所述第一研磨盘直线沟槽的出口21119，顺次经由所述滚子收集装置41、滚子输送系统43、滚子整理机构44和滚子送进机构45，进入所述第一研磨盘直线沟槽的入口21118，形成被加工圆柱滚子3在第一研磨盘21和第二研磨盘22之间沿直线沟槽基线21116的直线进给与经由滚子循环盘外系统4的收集、输送、整理、送进的循环。所述循环在所述研磨盘套件2之外的路径为从所述第一研磨盘直线沟槽的出口21119，顺次经由所述滚子收集装置41、滚子输送系统43、滚子整理机构44和滚子送进机构45，进入所述第一研磨盘直线沟槽的入口21118，定义所述路径为滚子循环盘外路径。

本发明实施时，可采用游离磨粒研磨方式或固结磨粒研磨方式。

当采用固结磨粒研磨时，所述第一研磨盘直线沟槽的工作面21111由固结磨粒材料制成。

采用游离磨粒研磨方式时，可通过分别选择所述第一研磨盘直线沟槽的工作面21111的材料和所述第二研磨盘工作面221的材料，使得在研磨加工工况下所述第二研磨盘工作面221的材料与被加工圆柱滚子3的材料组成的摩擦副对被加工圆柱滚子3绕自身轴线31旋转所产生的滑动摩擦驱动力矩大于所述第一研磨盘直线沟槽的工作面21111的材料与被加工圆柱滚子3的材料组成的摩擦副对被加工圆柱滚子3绕自身轴线31旋转所产生的滑动摩擦阻力矩，从而驱动被加工圆柱滚子3绕自身轴线31连续旋转。

当所述第一研磨盘直线沟槽的工作面21111的材料选择聚四氟乙烯、所述第二研磨盘工作面221的材料选择聚甲基丙烯酸甲酯时，可实现GCr15、G20CrNi2MoA、Cr4Mo4V等材质的被加工圆柱滚子3绕自身轴线31连续旋转。

采用固结磨粒研磨方式研磨铁磁性材质(如GCr15、G20CrNi2MoA、Cr4Mo4V等)的被加工圆柱滚子3时，可在第二研磨盘22的内部设置磁性结构，以在所述第二研磨盘工作面221附近形成磁场。通过调整所述磁性结构的磁场强度，使所述第二研磨盘的工作面221对所述铁磁性材质的被加工圆柱滚子3产生足够强的磁吸力，以使所述第二研磨盘工作面221对所述铁磁性材质的被加工圆柱滚子3绕自身轴线31旋转所产生的滑动摩擦驱动力矩大于所述第一研磨盘直线沟槽的工作面21111对所述铁磁性材质的被加工圆柱滚子3绕自身轴线31旋转所产生的滑动摩擦阻力矩，从而驱动所述铁磁性材质的被加工圆柱滚子3绕自身轴线31连续旋转。

采用游离磨粒研磨方式研磨铁磁性材质的被加工圆柱滚子3时，所述第二研磨盘22亦可内置磁性结构，以增大所述第二研磨盘工作面221对所述铁磁性材质的被加工圆柱滚子3绕自身轴线31旋转所产生的滑动摩擦驱动力矩。此时所述铁磁性材质的被加工圆柱滚子3绕自身轴线31连续旋转可不受所述第一研磨盘直线沟槽的工作面21111的材料与所述第二研磨盘工作面221的材料的匹配制约。

可以理解到，上述的和下述的特征不仅可以进行如各实例所述的组合，而且可以进行其它的组合或单独使用，这不超出本发明的范围。

采用本发明研磨设备对圆柱滚子滚动表面进行研磨加工时，其研磨方法包括以下步骤：

步骤一、驱动第二研磨盘沿其轴线向第一研磨盘趋近，至研磨加工区域H内的被加工圆柱滚子滚动表面32接近同时与第一研磨盘直线沟槽的工作面21111发生面接触和与第二研磨盘工作面21发生线接触，即第一研磨盘直线沟槽的工作面21111与第二研磨盘工作面221合围而成的每一个研磨加工区域H的空间沿直线沟槽基线21116方向能够且仅能够容纳一个队列的被加工圆柱滚子3。

步骤二、驱动第二研磨盘22绕其轴线223相对于第一研磨盘21低速回转，根据第二研磨盘22的外径尺寸回转速度为1～10rpm。

步骤三、启动滚子输送系统43、滚子整理机构44和滚子送进机构45；调整滚子输送系统43的输送速度和滚子整理机构44的整理速度与滚子送进机构45的送进速度相匹配，使被加工圆柱滚子3经由滚子输送系统43和滚子整理机构44，在滚子送进机构45的作用下源源不断地从第一研磨盘各直线沟槽2111的入口21118进入研磨加工区域H，沿直线沟槽的基线21116作直线进给运动，贯穿通过直线沟槽2111，并从第一研磨盘各直线沟槽2111的出口21119离开研磨加工区域H；离开研磨加工区域H的被加工圆柱滚子3经由滚子收集装置41、滚子输送系统43和滚子整理机构44，原有的次序被打乱后再次在滚子送进机构45的作用下从第一研磨盘各直线沟槽2111的入口21118依次进入研磨加工区域H，从而建立被加工圆柱滚子3在第一研磨盘21和第二研磨盘22之间沿直线沟槽基线21116的直线进给与经由滚子循环盘外系统4的收集、输送、整理、送进的循环。

步骤四、调整第二研磨盘22的回转速度至工作回转速度，根据第二研磨盘22的外径尺寸工作回转速度为15～60rpm，调整滚子送进机构45的送进速度至工作送进速度使之与第二研磨盘22的工作回转速度相匹配，调整滚子输送系统43的输送速度和滚子整理机构44的整理速度，使得上述滚子循环盘外系统4中滚子收集装置41、滚子输送系统43、滚子整理机构44和滚子送进机构45各处的被加工圆柱滚子3的存量匹配、循环顺畅有序。

步骤五、对研磨加工区域H加注研磨液。

步骤六、第二研磨盘沿其轴线向第一研磨盘进一步趋近，使得研磨加工区域H内的被加工圆柱滚子滚动表面32分别与第一研磨盘直线沟槽的工作面21111发生面接触和与第二研磨盘工作面221发生线接触，并对分布于研磨加工区域H内的每个被加工圆柱滚子3施加初始工作压力，根据被加工圆柱滚子3的直径大小初始工作压力为0.5～2N。第二研磨盘工作面221对被加工圆柱滚子3绕自身轴线31旋转所产生的滑动摩擦驱动力矩大于第一研磨盘直线沟槽的工作面21111对被加工圆柱滚子3绕自身轴线31旋转所产生的滑动摩擦阻力矩，被加工圆柱滚子3绕自身轴线31作连续旋转运动；与此同时，被加工圆柱滚子3在滚子送进机构45的作用下沿第一研磨盘直线沟槽的基线21116作直线进给运动。被加工圆柱滚子滚动表面32开始经受第一研磨盘直线沟槽的工作面21111和第二研磨盘工作面221的研磨加工。

步骤七、随着研磨加工过程稳定运行，对分布于研磨加工区域H内的每个被加工圆柱滚子3逐渐增加工作压力至正常工作压力，根据被加工圆柱滚子3的直径大小正常工作压力为2～50N。被加工圆柱滚子3保持步骤六的与第一研磨盘直线沟槽的工作面21111和第二研磨盘工作面221的接触关系、绕自身轴线31的连续旋转运动以及沿第一研磨盘直线沟槽2111的基线21116的直线进给运动，其滚动表面32继续经受第一研磨盘直线沟槽的工作面21111和第二研磨盘工作面221的研磨加工。

步骤八、经过一段时间的研磨加工后，对被加工圆柱滚子3进行抽检；当被抽检的被加工圆柱滚子滚动表面32的表面质量、形状精度和尺寸一致性尚未达到技术要求时，继续本步骤的研磨加工；当被抽检的被加工圆柱滚子滚动表面32的表面质量、形状精度和尺寸一致性达到技术要求时，进入步骤九。

步骤九、逐渐减小工作压力并最终至零；停止滚子送进机构45、滚子输送系统43和滚子整理机构44运行，调整第二研磨盘2的转速至零；停止对研磨加工区域H加注研磨液；驱动第二研磨盘22沿其轴线223退回到非工作位置。收集循环中各处的被加工圆柱滚子3，至此，研磨加工过程结束。

可以理解到，上述的步骤及顺序不仅可以进行如实例所述的组合，而且可以进行其它的组合使用，这不超出本发明的范围。

本发明的用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨设备中，还可以在下述两种情形下在所述研磨盘套件2的第二研磨盘22内部设置有磁性结构。

情形一、采用固结磨粒研磨方式研磨铁磁性材质的被加工圆柱滚子3时，在第二研磨盘22的内部设置磁性结构，通过调整所述磁性结构的磁场强度，使得所述第二研磨盘工作面221对所述铁磁性材质的被加工圆柱滚子3绕自身轴线31旋转所产生的滑动摩擦驱动力矩大于所述第一研磨盘直线沟槽的工作面21111对所述铁磁性材质的被加工圆柱滚子3绕自身轴线31旋转所产生的滑动摩擦阻力矩，从而驱动所述铁磁性材质的被加工圆柱滚子3绕自身轴线31连续旋转。

情形二、采用游离磨粒研磨方式研磨铁磁性材质的被加工圆柱滚子3时，所述第二研磨盘22内置磁性结构，以增大所述第二研磨盘工作面221对所述铁磁性材质的被加工圆柱滚子3绕自身轴线31旋转所产生的滑动摩擦驱动力矩，使得所述铁磁性材质的被加工圆柱滚子3绕自身轴线31连续旋转不受所述第一研磨盘直线沟槽的工作面21111的材料与所述第二研磨盘工作面221的材料的匹配制约。

对于在本发明研磨设备中的研磨盘套件2的第二研磨盘22内部设置磁性结构的情况下对圆柱滚子的滚动表面进行研磨加工，所用到的研磨设备中的滚子循环盘外系统4还包括有滚子退磁装置，滚子退磁装置设置在滚子循环盘外路径中的滚子输送系统43中或滚子输送系统43之前用于对被第二研磨盘内置磁性结构的磁场磁化的铁磁性材质的被加工圆柱滚子消磁，以避免铁磁性材质的被加工圆柱滚子在通过滚子输送系统43或滚子整理机构44时发生团聚，与前面描述的研磨方法不同仅为：

步骤三中，同时启动滚子退磁装置。

步骤六中，在对分布于研磨加工区域H内的被加工圆柱滚子3施加初始工作压力之前，磁性结构进入工作状态；在对分布于研磨加工区域H内的每个被加工圆柱滚子3施加0.5～2N的初始工作压力的同时，调整磁性结构的磁场强度，使得第二研磨盘工作面221对被加工圆柱滚子3绕自身轴线31旋转所产生的滑动摩擦驱动力矩大于第一研磨盘直线沟槽的工作面21111对被加工圆柱滚子3绕自身轴线31旋转所产生的滑动摩擦阻力矩，从而驱动被加工圆柱滚子绕自身轴线作连续旋转运动。

步骤九中，在调整第二研磨盘22的转速至零之后，磁性结构切换至非工作状态，停止滚子退磁装置运行。

由于针对特定被加工圆柱滚子3的参数设计加工的所述第一研磨盘直线沟槽的工作面21111和第二研磨盘工作面221不可避免地存在制造误差，且所述第一研磨盘21和第二研磨盘22在研磨设备上安装时也会存在安装误差。这些制造误差和安装误差可能会导致研磨加工时被加工圆柱滚子3与所述第一研磨盘直线沟槽的工作面21111和第二研磨盘工作面221的接触状态与理想情况存在差异。

为了减小此种差异，在所述第一研磨盘21和第二研磨盘22首次使用前，推荐利用相同几何参数的被加工圆柱滚子3对所述第一研磨盘直线沟槽的工作面21111和第二研磨盘工作面221进行磨合。磨合方法与被加工圆柱滚子3的研磨方法相同；对于步骤八，对参与磨合的被加工圆柱滚子3进行抽检，当被抽检的被加工圆柱滚子滚动表面32的表面质量、形状精度和尺寸一致性达到技术要求时，磨合过程进入步骤九；否则，继续步骤八。

本发明提出的研磨盘套件、研磨设备及研磨方法不限用于圆柱滚子滚动表面精加工，还可用于滚针等具有圆柱滚子直素线特征的圆柱形零件的外径表面的精加工，这不超出本发明的范围。

Claims (7)

1.一种用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨盘套件，包括一对同轴的第一研磨盘(21)和第二研磨盘(22)，第一研磨盘正面(211)与第二研磨盘正面相对布置，其特征在于：

所述第一研磨盘正面(211)包括一组放射状分布的直线沟槽(2111)和连接相邻直线沟槽的过渡面(2112)；

研磨加工时与被加工圆柱滚子(3)的滚动表面(32)发生接触的直线沟槽工作面(21111)在一直线沟槽扫描面(21113)上，所述直线沟槽扫描面(21113)为等截面扫描面；所述直线沟槽扫描面(21113)的扫描路径为直线，所述直线沟槽扫描面(21113)的母线在直线沟槽法截面(21114)内；在所述直线沟槽法截面(21114)内，所述直线沟槽扫描面(21113)的法截面轮廓(211131)为一曲率半径与所述被加工圆柱滚子的滚动表面(32)的曲率半径相等的圆弧；

所述直线沟槽扫描面(21113)的扫描路径过所述法截面轮廓(211131)的曲率中心，所述扫描路径为直线沟槽基线(21116)；所有所述直线沟槽基线(21116)分布于一正圆锥面上，所述正圆锥面为第一研磨盘基面(214)，所述第一研磨盘基面(214)的轴线为第一研磨盘轴线(213)，所述第一研磨盘基面(214)的锥顶角为2α；

所述直线沟槽基线(21116)在第一研磨盘轴截面(215)内，包含所述直线沟槽基线(21116)的第一研磨盘轴截面(215)为所述直线沟槽工作面(21111)的中心平面(21112)；将所述被加工圆柱滚子(3)置于所述直线沟槽(2111)内，并使所述被加工圆柱滚子的滚动表面(32)与所述直线沟槽工作面(21111)发生面接触，所述被加工圆柱滚子的轴线(31)在所述直线沟槽工作面(21111)的中心平面(21112)内，所述被加工圆柱滚子的轴线(31)重合于所述直线沟槽基线(21116)；所有所述直线沟槽(2111)绕所述第一研磨盘轴线(213)均布；

所述第二研磨盘正面为一正圆锥面，也是第二研磨盘工作面(221)，所述第二研磨盘工作面(221)的轴线为第二研磨盘轴线(223)，所述第二研磨盘工作面(221)的锥顶角为2β，且：

2α+2β＝360°；

所述第一研磨盘的各直线沟槽入口(21118)均位于所述第一研磨盘(21)的外缘，所述第一研磨盘的各直线沟槽出口(21119)均位于所述第一研磨盘(21)的内缘；或者所述第一研磨盘的各直线沟槽入口(21118)均位于所述第一研磨盘(21)的内缘，所述第一研磨盘的各直线沟槽出口(21119)均位于所述第一研磨盘(21)的外缘；

当2α＝2β＝180°时，所述第一研磨盘轴线(213)垂直于所述第一研磨盘基面(214)，所述第二研磨盘轴线(223)垂直于所述第二研磨盘工作面(221)，且除所述直线沟槽基线(21116)在所述第一研磨盘轴截面(215)内之外还存在所述直线沟槽基线(21116)不在所述第一研磨盘轴截面(215)内的情形；当所述直线沟槽基线(21116)不在所述第一研磨盘轴截面(215)内时，所述直线沟槽工作面(21111)的中心平面(21112)为包含所述直线沟槽基线(21116)且平行于所述第一研磨盘轴线(213)的平面；研磨加工时，被加工圆柱滚子的轴线(31)不在所述第一研磨盘轴截面(215)和第二研磨盘轴截面(225)内。

2.根据权利要求1所述用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨盘套件，其特征在于，采用游离磨粒研磨方式时，通过选择所述第一研磨盘的直线沟槽工作面(21111)的材料和所述第二研磨盘工作面(221)的材料，使得在研磨加工工况下所述第二研磨盘工作面(221)的材料与被加工圆柱滚子(3)的材料组成的摩擦副对被加工圆柱滚子(3)绕自身轴线(31)旋转所产生的滑动摩擦驱动力矩大于所述第一研磨盘的直线沟槽工作面(21111)的材料与被加工圆柱滚子(3)的材料组成的摩擦副对被加工圆柱滚子(3)绕自身轴线(31)旋转所产生的滑动摩擦阻力矩，从而驱动被加工圆柱滚子(3)绕自身轴线(31)连续旋转。

3.一种用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨设备，其特征在于，包括主机、滚子循环盘外系统和如权利要求1或2所述用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨盘套件(2)；

所述主机包括基座(11)、立柱(12)、横梁(13)、滑台(14)、上托盘(15)、下托盘(16)、轴向加载装置(17)和主轴装置(18)；

所述基座(11)、立柱(12)和横梁(13)组成所述主机的框架；

所述研磨盘套件(2)的第一研磨盘(21)与所述下托盘(16)连接，所述研磨盘套件(2)的第二研磨盘(22)与所述上托盘(15)连接；

所述主轴装置(18)安装在所述滑台(14)上，通过与其连接的所述上托盘(15)驱动所述第二研磨盘(22)绕其轴线回转；所述下托盘(16)安装在所述基座(11)上；

所述滑台(14)通过所述轴向加载装置(17)与所述横梁(13)连接；所述立柱(12)能够作为导向部件为所述滑台(14)沿所述第二研磨盘轴线(223)作直线运动提供导向作用；所述滑台(14)在所述轴向加载装置(17)的驱动下，在所述立柱(12)或其他导向部件的约束下，连同其上的主轴装置(18)、与所述主轴装置(18)连接的上托盘(15)、以及与所述上托盘(15)连接的第二研磨盘(22)沿所述第二研磨盘轴线(223)作直线运动；

所述滚子循环盘外系统包括滚子收集装置(41)、滚子输送系统(43)、滚子整理机构(44)和滚子送进机构(45)；

所述滚子收集装置(41)设置在所述第一研磨盘的各直线沟槽出口(21119)处，用于收集从所述各直线沟槽出口(21119)离开由所述第一研磨盘的直线沟槽工作面(21111)与所述第二研磨盘工作面(221)合围而成的研磨加工区域的被加工圆柱滚子(3)；

所述滚子输送系统(43)用于将被加工圆柱滚子(3)从所述滚子收集装置(41)处输送至所述滚子送进机构(45)处；

所述滚子送进机构(45)分别安装在所述第一研磨盘的各直线沟槽入口(21118)处，用于将被加工圆柱滚子(3)推送进入所述第一研磨盘的各直线沟槽入口(21118)，并为被加工圆柱滚子(3)沿各直线沟槽基线(21116)的直线进给运动提供推力；各滚子送进机构(45)各自独立运行，所实现的推送运动之间没有固定的时间顺序关系；

所述滚子整理机构(44)设置在所述滚子送进机构(45)的前端，用于将被加工圆柱滚子的轴线(31)调整到所述滚子送进机构(45)所要求的方向；

研磨加工时，所述第二研磨盘(22)绕其轴线回转；所述滑台(14)在所述立柱(12)或其他导向部件的约束下，连同与其连接的上托盘(15)、以及与所述上托盘连接的第二研磨盘(22)沿所述第二研磨盘轴线(223)向所述第一研磨盘(21)趋近，并对分布于所述第一研磨盘的各直线沟槽(2111)内的被加工圆柱滚子(3)施加工作压力。

4.一种用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨方法，其特征在于，采用如权利要求3所述用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨设备，并包括以下步骤：

步骤一、第二研磨盘(22)沿其轴线向第一研磨盘(21)趋近，直至第一研磨盘的直线沟槽工作面(21111)与第二研磨盘工作面(221)合围而成的每一个研磨加工区域的空间沿直线沟槽基线(21116)方向能够且仅能够容纳一个队列的被加工圆柱滚子(3)为止；

步骤二、第二研磨盘(22)绕其轴线相对于第一研磨盘(21)以1～10rpm低速回转；

步骤三、启动滚子输送系统(43)、滚子整理机构(44)和滚子送进机构(45)；调整滚子输送系统(43)的输送速度和滚子整理机构(44)的整理速度使之与滚子送进机构(45)的送进速度相匹配；从而建立被加工圆柱滚子(3)在第一研磨盘(21)和第二研磨盘(22)之间沿直线沟槽基线(21116)的直线进给与经由滚子循环盘外系统的收集、输送、整理、送进的循环；

步骤四、调整第二研磨盘(22)的回转速度至15～60rpm的工作回转速度，调整滚子送进机构(45)的送进速度至工作送进速度使之与第二研磨盘(22)的工作回转速度相匹配，调整滚子输送系统(43)的输送速度和滚子整理机构(44)的整理速度，使得上述滚子循环盘外系统中滚子收集装置(41)、滚子输送系统(43)、滚子整理机构(44)和滚子送进机构(45)各处的被加工圆柱滚子(3)的存量匹配、循环顺畅有序；

步骤五、对研磨加工区域加注研磨液；

步骤六、第二研磨盘(22)沿其轴线向第一研磨盘(21)进一步趋近，使得研磨加工区域内的被加工圆柱滚子的滚动表面(32)分别与第一研磨盘的直线沟槽工作面(21111)发生面接触和与第二研磨盘工作面(221)发生线接触，并对分布于研磨加工区域H内的每个被加工圆柱滚子(3)施加0.5～2N的初始工作压力；被加工圆柱滚子(3)在第二研磨盘工作面(221)的摩擦驱动下绕自身轴线(31)作连续旋转运动；与此同时，被加工圆柱滚子(3)在滚子送进机构(45)的推送作用下沿第一研磨盘的直线沟槽基线(21116)作直线进给运动；从而被加工圆柱滚子的滚动表面(32)开始经受第一研磨盘的直线沟槽工作面(21111)和第二研磨盘工作面(221)的研磨加工；

步骤七、随着研磨加工过程稳定运行，对分布于研磨加工区域H内的每个被加工圆柱滚子(3)逐渐增加工作压力至2～50N的正常工作压力；被加工圆柱滚子(3)保持步骤六的与第一研磨盘的直线沟槽工作面(21111)和第二研磨盘工作面(221)的接触关系、绕自身轴线(31)的连续旋转运动以及沿直线沟槽基线(21116)的直线进给运动，其滚动表面(32)继续经受第一研磨盘的直线沟槽工作面(21111)和第二研磨盘工作面(221)的研磨加工；

步骤八、经过一段时间的研磨加工后，对被加工圆柱滚子(3)进行抽检；当被抽检的被加工圆柱滚子的滚动表面(32)的表面质量、形状精度和尺寸一致性尚未达到技术要求时，继续本步骤的研磨加工；当被抽检的被加工圆柱滚子的滚动表面(32)的表面质量、形状精度和尺寸一致性达到技术要求时，进入步骤九；

步骤九、逐渐减小工作压力并最终至零；停止滚子送进机构(45)、滚子输送系统(43)和滚子整理机构(44)运行，调整第二研磨盘(22)的转速至零；停止对研磨加工区域加注研磨液；第二研磨盘(22)沿其轴线退回到非工作位置；研磨加工结束。

5.根据权利要求4所述用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨方法，其特征在于，所用研磨设备中的研磨盘套件(2)的第二研磨盘(22)内部设置有磁性结构，所用研磨设备中的滚子循环盘外系统还包括滚子退磁装置，与权利要求4所述研磨方法不同仅为：

步骤三中，同时启动滚子退磁装置；

步骤六中，在对分布于研磨加工区域内的被加工圆柱滚子(3)施加初始工作压力之前，磁性结构进入工作状态；在对分布于研磨加工区域内的被加工圆柱滚子(3)施加初始工作压力的同时，调整磁性结构的磁场强度，使得第二研磨盘工作面(221)对被加工圆柱滚子(3)绕自身轴线(31)旋转所产生的滑动摩擦驱动力矩大于第一研磨盘的直线沟槽工作面(21111)对被加工圆柱滚子(3)绕自身轴线(31)旋转所产生的滑动摩擦阻力矩，从而驱动被加工圆柱滚子(3)绕自身轴线(31)作连续旋转运动；

步骤九中，在调整第二研磨盘(22)的转速至零之后，磁性结构切换至非工作状态，停止滚子退磁装置运行。

6.根据权利要求4或5所述用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨方法，其特征在于，在所述第一研磨盘(21)和第二研磨盘(22)首次使用前，利用相同几何参数的被加工圆柱滚子(3)对所述第一研磨盘的直线沟槽工作面(21111)和第二研磨盘工作面(221)进行磨合；磨合方法与被加工圆柱滚子(3)的研磨方法相同；对于步骤八，对参与磨合的被加工圆柱滚子(3)进行抽检，当被抽检的被加工圆柱滚子的滚动表面(32)的表面质量、形状精度和尺寸一致性达到技术要求时，磨合过程进入步骤九，磨合结束；否则，继续步骤八。

7.根据权利要求5所述用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨方法，其特征在于，所用研磨设备中的研磨盘套件(2)的第二研磨盘(22)内部设置磁性结构的情况，有下述两种情形之一：

情形一、采用固结磨粒研磨方式研磨铁磁性材质的被加工圆柱滚子(3)时，在第二研磨盘(22)的内部设置磁性结构，通过调整所述磁性结构的磁场强度，使得所述第二研磨盘工作面(221)对所述铁磁性材质的被加工圆柱滚子(3)绕自身轴线(31)旋转所产生的滑动摩擦驱动力矩大于所述第一研磨盘的直线沟槽工作面(21111)对所述铁磁性材质的被加工圆柱滚子(3)绕自身轴线(31)旋转所产生的滑动摩擦阻力矩，从而驱动所述铁磁性材质的被加工圆柱滚子(3)绕自身轴线(31)连续旋转；

情形二、采用游离磨粒研磨方式研磨铁磁性材质的被加工圆柱滚子(3)时，所述第二研磨盘(22)内置磁性结构，以增大所述第二研磨盘工作面(221)对所述铁磁性材质的被加工圆柱滚子(3)绕自身轴线(31)旋转所产生的滑动摩擦驱动力矩，使得所述铁磁性材质的被加工圆柱滚子(3)绕自身轴线(31)连续旋转不受所述第一研磨盘的直线沟槽工作面(21111)的材料与所述第二研磨盘工作面(221)的材料的匹配制约。