CN110270898B - 一种凸度圆柱滚子外圆的柔性超精研抛加工装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种凸度圆柱滚子外圆的柔性超精研抛加工装置及方法，用以研抛凸度圆柱滚子的外圆表面，包括加载装置和工件驱动装置，加载装置中的磨具组件包括磨具基座及固定设置在磨具基座底端的磨具，磨具基座顶面为平面、底面为凹面，以使磨具固定于磨具基座底面时产生弹性变形，磨具的下轮廓形成凹形曲面，以与凸度圆柱滚子外圆表面充分接触；工件驱动装置包括驱动机构以及通过驱动机构驱动并实现同向同速转动的两根导辊。另外本发明还公开一种通过该加工装置研抛凸度圆柱滚子外圆表面的方法，以获得高质量外圆表面的凸度圆柱滚子，具备实现并提高各种规格凸度圆柱滚子外圆的形状精度、表面质量以及生产柔性。

Description

一种凸度圆柱滚子外圆的柔性超精研抛加工装置及方法

技术领域

本发明涉及一种装备制造技术领域，尤其涉及一种凸度圆柱滚子外圆的柔性超精研抛加工装置及方法。

背景技术

轴承是装备制造业中关键的精密基础零部件，轴承的性能直接决定着重大装备和主机产品的性能、寿命和可靠性。圆柱滚子作为轴承的滚动体，对圆柱滚子轴承的性能和寿命起到至关重要的作用。为了使圆柱滚子能够承受高强度载荷，必须避免或减缓滚子两端产生应力集中的“边缘效应”，因此圆柱滚子的母线需设计为凸度形状，形成凸度圆柱滚子，且不同的工况场景所需的凸度形状亦不尽相同。研究圆柱滚子的凸度形状对提高轴承的使用寿命、动态性能、额定动负荷和静负荷具有重要意义。此外，圆柱滚子外圆的表面质量对圆柱滚子与滚道沟槽之间的接触状态影响很大，进而影响圆柱滚子外圆表面和滚道沟槽表面的疲劳寿命，高质量的圆柱滚子外圆表面能够明显提升滚动轴承的使用寿命。

目前，在实际生产中对凸度圆柱滚子的外圆表面进行超精加工的主要加工方法仍然为无心贯穿式超精研，其主要依靠螺纹状导辊的几何形状来保证滚子凸度轮廓的形状精度，特别适用于固定型号的圆柱滚子大批量生产，然而一旦产品需求更新，圆柱滚子凸度形状的设计要求改变，生产企业就不得不更换新的导辊或重新将导辊返工修形，此时生产成本剧增，阻碍了生产企业的产品更新，降低生产柔性和整体效率。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出凸度圆柱滚子外圆的柔性超精研抛加工装置及方法，以提高凸度圆柱滚子外圆的表面质量、形状精度和生产柔性。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种凸度圆柱滚子外圆的柔性超精研抛加工装置，用以研抛凸度圆柱滚子，包括加载装置和工件驱动装置，所述加载装置包括垂直进给装置、水平进给装置以及通过垂直进给装置和水平进给装置驱动的磨具组件，所述磨具组件固定地安装在垂直进给装置上，该磨具组件包括磨具基座以及固定设置在磨具基座底端的磨具，所述磨具基座的顶面为平面、底面为凹面，且磨具固定于磨具基座的底面时，磨具产生弹性变形，以使磨具的上轮廓表面与磨具基座的底面充分贴合接触，并使磨具的下轮廓形成凹形曲面，以与凸度圆柱滚子外圆表面充分接触；所述工件驱动装置包括工作台、置于工作台两侧的底座以及通过滚动轴承平行地安装在两底座上用以放置凸度圆柱滚子的两根导辊，两根导辊通过一驱动机构驱动并实现同向同速转动。

优选的，两根所述导辊的尺寸和结构相同，均为中间低、两端高的阶梯轴，且导辊中间小直径段的长度与待研抛的凸度圆柱滚子长度相当。

优选的，所述垂直进给装置包括垂直进给机构以及用以驱使垂直进给机构运动的垂直进给驱动电机，垂直进给机构包括垂直导轨滑块、滚珠丝杠螺母副以及滚动轴承，垂直进给机构在垂直进给驱动电机的驱动作用下，上下滑动；所述水平进给装置包括水平进给机构以及用以驱使水平进给机构水平运动的水平进给驱动电机，水平进给机构包括水平导轨滑块，所述垂直进给机构可滑动地安装于水平进给机构的水平导轨滑块上。

优选的，所述加载装置还包括用以支撑水平进给装置的两根立柱，所述水平进给机构的水平导轨滑块两端对应地安装于两根所述立柱上。

优选的，所述驱动机构包括驱动电机、与驱动电机配合的减速器以及与减速器连接的联轴器；两根所述导辊的一端通过所述联轴器与所述减速器连接，并通过所述驱动电机驱动以实现同向同速驱动。

优选的，所述加载装置还包括用以安装磨具组件的支撑结构，其安装在垂直进给机构的垂直导轨滑块上，该支撑结构包括垂直板、与垂直板一体形成的水平板以及置于垂直板与水平板之间的侧板，垂直板通过若干螺栓固定安装在垂直导轨滑块上，所述磨具组件包括水平夹紧板、两竖直夹紧板、置于两竖直夹紧板之间的所述磨具基座以及设置在磨具基座底端的磨具，水平夹紧板安装在支撑结构的水平板下部。

优选的，所述水平夹紧板与所述水平板之间安装有用以测量磨具研抛凸度圆柱滚子工件磨削力的测力传感器，以便于及时调整垂直进给机构的升降。

优选的，所述磨具为含有磨粒的橡胶结合剂磨具或含有磨粒的薄膜抛光垫，磨粒种类包括二氧化硅、氧化铝、碳化硅、金刚石、立方氮化硼。

优选的，所述磨具为不含有磨粒的聚氨酯抛光垫。

另外，本发明还公开一种通过凸度圆柱滚子外圆的柔性超精研抛加工装置研抛凸度圆柱滚子的加工方法，包括以下步骤：

步骤一，将圆柱滚子工件放置与两个导辊之间，使圆柱滚子工件与两导辊的中间小直径段接触，且圆柱滚子工件与两导辊两端大直径段的侧壁形成间隙配合，以实现对圆柱滚子工件轴向的定位，防止圆柱滚子工件来回滑动；

步骤二，驱动机构驱动两根导辊同向同速转动，进而驱动圆柱滚子滚动，并向圆柱滚子上表面位置喷射加工液，当磨具材料选用橡胶结合剂磨具或薄膜抛光垫时，加工液为冷却润滑液；当磨具材料选用聚氨酯抛光垫时，加工液为含有微细磨粒的研磨或抛光液；

步骤三，启动加载装置，实现磨具组件的磨具的垂直方向和水平方向的进给，使磨具的几何中心对准圆柱滚子的中心，通过垂直进给装置驱使磨具下降，对圆柱滚子施加载荷，使磨具的凹形下轮廓表面与圆柱滚子工件外圆表面充分接触，此时开始对圆柱滚子外圆表面进行超精研或抛光加工。

本发明凸度圆柱滚子外圆的柔性超精研抛加工装置通过改变磨具基座的下轮廓表面为曲面形状，依靠磨具的弹性变形特性，即可获得不同的磨具形状，加工时，再依靠面形复制原理，将磨具形状复制到圆柱滚子外圆表面上形成凸度形状，即可使圆柱滚子外圆表面轻易获得不同形状的凸度轮廓，以提高形状精度和生产柔性；该加工装置加工凸度圆柱滚子的方法，由于应用超细磨粒研抛工艺，可获得高质量的凸度圆柱滚子外圆表面。综上，本发明具备实现并提高各种规格凸度圆柱滚子的形状精度、表面质量以及生产柔性。

附图说明

图1是本发明加工装置的主视图；

图2是图1中A-A向侧视图。

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，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

请结合参阅图1-2所示，一种凸度圆柱滚子外圆的柔性超精研抛加工装置，该装置用以对圆柱滚子的外圆表面进行超精研或抛光加工，其结构包括加载装置和工件驱动装置。

所述加载装置包括垂直进给装置100、水平进给装置80、用以支撑水平进给装置80的两根立柱6、支撑结构11以及置于支撑结构11上的磨具组件200。

垂直进给装置100包括垂直进给机构9以及用以驱使垂直进给机构9运动的垂直进给驱动电机10，垂直进给机构9包括垂直导轨滑块、滚珠丝杠螺母副以及滚动轴承(图未标)。垂直进给机构9在垂直进给驱动电机10的驱动作用下，上下滑动。

水平进给装置80包括水平进给机构7以及用以驱使水平进给机构7水平运动的水平进给驱动电机8，水平进给机构7包括水平导轨滑块(图未标)。

垂直进给装置100的垂直进给机构9可滑动地安装于水平进给机构7的水平导轨滑块上，水平进给机构7的水平导轨滑块两端对应地安装于两根立柱6上。支撑结构11安装于垂直进给机构9的垂直导轨滑块上。磨具组件200安装于支撑结构11的下方。

水平进给机构7的结构与垂直进给机构9结构相近，故在此不在赘述。

支撑结构11固定安装在垂直进给机构9的垂直导轨滑块上，以通过垂直进给机构9运动，进而带动支撑结构11运动，具体地，支撑结构11包括垂直板、与垂直板一体形成的水平板以及置于垂直板与水平板之间的侧板，垂直板通过若干螺栓固定安装在垂直导轨滑块上。

磨具组件200固定地安装在支撑结构11的水平板下部，用以对圆柱滚子工件5研磨。具体地，磨具组件200包括水平夹紧板13、两竖直夹紧板14、置于两竖直夹紧板14之间的磨具基座15以及设置在磨具基座15底端的磨具16，水平夹紧板13安装在支撑结构11的水平板下部，水平夹紧板13与支撑结构11的水平板之间安装有测力传感器12，该测力传感器12用以测量磨具16研抛圆柱滚子工件5的磨削力，以便于及时调整垂直进给机构9的升降。

磨具基座15置于两竖直夹紧板14之间并通过螺栓紧固，磨具16固定地设置在磨具基座15下方，本实施例中，磨具16通过螺钉或者粘胶固定地设置在磨具基座15下方，以对圆柱滚子工件5研磨。

所述磨具基座15的顶面为平面、底面为凹面。磨具16固定于磨具基座15的底面时，使磨具16产生弹性变形，以使磨具16的上轮廓表面与磨具基座15的底面充分贴合接触，并使磨具16的下轮廓形成凹形曲面，具体请参阅图2。

本实施例中，磨具16可选用含有磨粒的橡胶结合剂磨具，磨粒种类包括二氧化硅、氧化铝、碳化硅、金刚石、立方氮化硼；或选用含有磨粒的薄膜抛光垫，磨粒种类包括二氧化硅、氧化铝、碳化硅、金刚石、立方氮化硼；也或选用不含有磨粒的聚氨酯抛光垫。

工件驱动装置包括工作台20、置于工作台20两侧的底座3以及通过滚动轴承平行地安装在两底座3上的两根导辊4，两根导辊4通过一驱动机构201驱动并实现同向同速转动。具体为：驱动机构包括驱动电机1、与驱动电机1配合的减速器2以及与减速器2连接的联轴器(图未示)，两根导辊4的一端通过联轴器与减速器2连接，并通过驱动电机1实现同向同速驱动。

所述两根导辊4的形状、尺寸及结构均相同，均为中间低、两端高的阶梯轴，且导辊4中间小直径段的长度与圆柱滚子工件5长度相当。

工作时，首先将圆柱滚子工件5放置与两个导辊4之间，使圆柱滚子工件5与两导辊4的中间小直径段接触，且圆柱滚子工件5与两导辊4两端大直径段的侧壁形成间隙配合，以实现对圆柱滚子工件5轴向的定位，防止圆柱滚子工件5来回滑动。启动驱动电机1，经过减速器2驱动两根导辊4同向同速转动，进而驱动圆柱滚子滚动。

向圆柱滚子上表面位置喷射加工液。启动加载装置中的驱动垂直进给装置100和水平进给装置80，实现磨具组件200的磨具16的垂直方向和水平方向的进给，使磨具16的几何中心对准圆柱滚子工件5的中心，通过垂直进给装置100驱使磨具16下降，对圆柱滚子工件5施加载荷，使磨具16的凹形下轮廓表面与圆柱滚子工件5外圆表面充分接触，此时开始对圆柱滚子工件5外圆表面进行超精研或抛光加工。

当磨具16材料选用橡胶结合剂磨具或薄膜抛光垫时，加工液为冷却润滑液；当磨具材料选用聚氨酯抛光垫时，加工液为含有微细磨粒的研磨或抛光液，磨粒种类包括二氧化硅、氧化铝、碳化硅、金刚石、立方氮化硼。

综上所述，本发明凸度圆柱滚子外圆的柔性超精研抛加工装置，通过改变磨具基座的下轮廓表面为凹曲面形状，依靠磨具的弹性变形特性，磨具即可获得不同形状的凹形曲面，加工时，依靠面形复制原理，将磨具形状复制到圆柱滚子外圆表面上形成凸度形状，即可使圆柱滚子外圆表面轻易获得不同形状的凸度轮廓，提高圆柱滚子的加工效率；应用超细磨粒研抛工艺，可获得高质量的圆柱滚子外圆表面，具备实现并提高各种规格凸度圆柱滚子外圆的形状精度、表面质量以及生产柔性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种凸度圆柱滚子外圆的柔性超精研抛加工装置，用以研抛圆柱滚子，其特征在于：包括加载装置和工件驱动装置，所述加载装置包括垂直进给装置、水平进给装置、通过垂直进给装置和水平进给装置驱动的磨具组件以及安装磨具组件的支撑结构，该支撑结构包括水平板，所述磨具组件固定地安装在垂直进给装置上，该磨具组件包括水平夹紧板、磨具基座以及固定设置在磨具基座底端的磨具，所述水平夹紧板与所述支撑结构的水平板之间安装有测力传感器，测力传感器用以测量磨具研抛圆柱滚子工件的磨削力，以便于及时调整垂直进给装置的升降，所述磨具为含有磨粒的橡胶结合剂磨具或含有磨粒的薄膜抛光垫，磨粒种类包括二氧化硅、氧化铝、碳化硅、金刚石、立方氮化硼，或者磨具为不含有磨粒的聚氨酯抛光垫，所述磨具基座的顶面为平面、底面为凹面，且磨具固定于磨具基座的底面时，所述磨具材料产生弹性变形，以使磨具的上轮廓表面与磨具基座的底面充分贴合接触，并使磨具的下轮廓形成凹形曲面，以与圆柱滚子外圆表面充分接触，依靠面形复制原理，将磨具形状复制到圆柱滚子外圆表面上形成凸度形状，可使圆柱滚子外圆表面形成不同形状的凸度轮廓；所述工件驱动装置包括工作台、置于工作台两侧的底座以及通过滚动轴承平行地安装在两底座上用以放置圆柱滚子的两根导辊，两根导辊通过一驱动机构驱动并实现同向同速转动。

2.根据权利要求1所述的凸度圆柱滚子外圆的柔性超精研抛加工装置，其特征在于，两根所述导辊的尺寸和结构相同，均为中间低、两端高的阶梯轴，且导辊中间小直径段的长度与待研抛的圆柱滚子长度相当。

3.根据权利要求1所述的凸度圆柱滚子外圆的柔性超精研抛加工装置，其特征在于，所述垂直进给装置包括垂直进给机构以及用以驱使垂直进给机构运动的垂直进给驱动电机，垂直进给机构包括垂直导轨滑块、滚珠丝杠螺母副以及滚动轴承，垂直进给机构在垂直进给驱动电机的驱动作用下，上下滑动；所述水平进给装置包括水平进给机构以及用以驱使水平进给机构水平运动的水平进给驱动电机，水平进给机构包括水平导轨滑块，所述垂直进给机构可滑动地安装于水平进给机构的水平导轨滑块上。

4.根据权利要求3所述的凸度圆柱滚子外圆的柔性超精研抛加工装置，其特征在于，所述加载装置还包括用以支撑水平进给装置的两根立柱，所述水平进给机构的水平导轨滑块两端对应地安装于两根所述立柱上。

5.根据权利要求1所述的凸度圆柱滚子外圆的柔性超精研抛加工装置，其特征在于，所述驱动机构包括驱动电机、与驱动电机配合的减速器以及与减速器连接的联轴器；两根所述导辊的一端通过所述联轴器与所述减速器连接，并通过所述驱动电机驱动以实现同向同速驱动。

6.根据权利要求3所述的凸度圆柱滚子外圆的柔性超精研抛加工装置，其特征在于，所述加载装置的支撑结构安装在垂直进给机构的垂直导轨滑块上，该支撑结构包括垂直板、与垂直板一体形成的所述水平板以及置于垂直板与水平板之间的侧板，垂直板通过若干螺栓固定安装在垂直导轨滑块上，所述磨具组件还包括两竖直夹紧板，所述磨具基座置于两竖直夹紧板之间，所述水平夹紧板安装在支撑结构的水平板下部。

7.一种通过权利要求1-6任一项所述的凸度圆柱滚子外圆的柔性超精研抛加工装置研抛圆柱滚子的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，将圆柱滚子工件放置与两个导辊之间，使圆柱滚子工件与两导辊的中间小直径段接触，且圆柱滚子工件与两导辊两端大直径段的侧壁形成间隙配合，以实现对圆柱滚子工件轴向的定位，

防止圆柱滚子工件来回滑动；

步骤二，驱动机构驱动两根导辊同向同速转动，进而驱动圆柱滚子滚动，并向圆柱滚子上表面位置喷射加工液，当磨具材料选用橡胶结合剂磨具或薄膜抛光垫时，加工液为冷却润滑液；当磨具材料选用聚氨酯抛光垫时，加工液为含有微细磨粒的研磨或抛光液；

步骤三，启动加载装置，实现磨具组件的磨具的垂直方向和水平方向的进给，使磨具的几何中心对准圆柱滚子的中心，通过垂直进给装置驱使磨具下降，对圆柱滚子施加载荷，使磨具的凹形下轮廓表面与圆柱滚子工件外圆表面充分接触，此时开始对圆柱滚子外圆表面进行超精研或抛光加工。

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