CN110871395A - 一种圆锥滚子轴承的滚子超精加工新设备 - Google Patents

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严宏志
蔡孟凯
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颜昭君
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Abstract

本发明公开了一种圆锥滚子轴承的滚子超精加工新设备，包括机架及固定于其上的滚子传送装置及依次独立排布于其上方的粗、半精和精超精研磨装置；三套装置分别包括直线电机、振板、升降气缸、油石和超声波辅助研磨装置；直线电机沿水平方向固定于机架上，振板固定于直线电机上可沿水平方向往复运动，升降气缸以活塞杆朝下布置固定于振板上，超声辅助研磨装置的执行元件固定于升降气缸活塞杆的末端，油石固定于执行元件的末端；三套装置的直线电机和升降气缸均由多通道柔性控制器单独驱动控制；三套装置的振板振幅依次递减，振动频率依次递增；升降气缸的输出压力依次递减，油石目数依次递增；三套装置完成对滚子的加工后，可保证滚子成品的高质量。

Description

一种圆锥滚子轴承的滚子超精加工新设备
技术领域
本发明属于轴承滚子加工领域，尤其是涉及一种圆锥滚子轴承的滚子超精加工新设备。
背景技术
随着超精密加工技术的发展，轴承广泛地应用于各个领域，轴承滚子是轴承中最重要的零件之一，轴承滚子的精度是影响滚子轴承质量的关键因素，滚子对轴承质量和使用寿命的影响几乎占到60％，而轴承滚子的表面粗糙度、应力分布及表面形貌一致性又是影响轴承精度的主要原因之一。
根据超精研加工的原理，超精研加工过程是从切削作用转化为光整作用的过程，因此在初始阶段需要尽快地切除工件的加工余量，这就需要较强的切削作用；而在光整阶段，主要是降低工件表面的粗糙度，这是需要有较弱的切削作用。超精研加工切削作用的强弱通常用切削角θ来表示，θ角是瞬时切削速度与工件圆周速度的夹角，可以表示为：
Figure BDA0002301192320000011
其中：a为油石振动幅度mm；f为油石的振荡频率min-1；D为工件直径mm；n为工件转速r/min。
然而，轴承滚子在移动加工的过程中，表面精度会逐步改善，超精研加工过程从切削作用转化为光整作用的过程，但现有的超精加工技术，气缸、振板振幅及频率均为同步控制，若在初始阶段，切削作用力较弱，则无法达到轴承滚子的尺寸要求，若在光整作用阶段，工件加工表面若受到较大的油石压力，往往会产生内径划伤和划痕。
CN201410255915.7公开了一种涉及轴承滚子加工领域的高精度数控圆柱滚子精磨超精一体机床，所述的机床包含数控床身，以及对应安装在床身上部面左右两侧的两套砂轮磨头机构和两套顶尖机构，床身还设有用于向两套顶尖机构之间传送圆柱滚子的上料机构，以及用于检测圆柱滚子的测量机构。但该专利设计的圆柱滚子超精一体机床，只有两套砂轮进行精磨工序，加工精度达不到更高的精度要求，并且需要逐个滚子打磨，加工效率较低。
CN201520331808.8公开了一种轴承滚子加工装置，包括机架、电机、皮带轮、外圆主轴、液压夹紧机构、数控刀架、切断刀架和接料槽；机架上安装有外圆主轴，外圆主轴的一端与液压夹紧机构相连接，外圆主轴的另一端安装有卡盘；但该专利设计的轴承滚子加工装置，加工精度达不到要求，并且滚子打磨效率较低，且压力控制不当容易损伤滚子表面。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不仅可满足圆锥滚子的高精度加工要求，还能提高圆锥滚子加工效率的精加工新设备。
本发明提供的这种圆锥滚子轴承的滚子超精加工新设备，包括机架及固定于机架上的滚子传送装置、粗超精研磨装置、半精超精研磨装置和精超精研磨装置；粗超精研磨装置、半精超精研磨装置和精超精研磨装置依次沿滚子传送方向独立排布于滚子传送装置的上方；三套超精研磨装置分别包括直线电机、振板、升降气缸、油石和超声波辅助研磨装置；直线电机沿水平方向固定于机架上，振板固定于直线电机上，直线电机驱动振板沿水平方向往复运动，升降气缸以活塞杆朝下布置固定于振板上，超声辅助研磨装置的执行元件固定于升降气缸活塞杆的末端，油石固定于执行元件的末端，油石位于滚子的正上方；三套超精研磨装置的直线电机和升降气缸均由多通道柔性控制器单独驱动控制；粗超精研磨装置、半精超精研磨装置和精超精研磨装置的振板振幅依次递减，振动频率依次递增；升降气缸的输出压力依次递减，油石目数依次递增；使三套超精研磨装置依次完成对滚子的粗超精研磨、半精超精研磨和精超精研磨加工后，保证滚子成品的高质量。
上述技术方案的一种实施方式中，所述滚子传送装置为一对旋向相反的螺纹辊。
上述技术方案的一种实施方式中，所述粗超精研磨装置、半精超精研磨装置和精超精研磨装置均包括一台直线电机、一块振板和多个升降气缸。
上述技术方案的一种实施方式中，所述直线电机为平板式直线电机。
上述技术方案的一种实施方式中，所述振板的前侧伸出与升降气缸数量相同的支撑板，各支撑板的中心位置处下侧垂直连接有套筒导轨，升降气缸的活塞杆从套筒导轨中穿过，缸体固定于支撑板上。
上述技术方案的一种实施方式中，所述振板的后部固定于所述直线电机的动子上。
上述技术方案的一种实施方式中，所述超声辅助研磨装置采用超声波聚能器，所述油石固定于超声波聚能器的末端。
上述技术方案的一种实施方式中，所述粗超精研磨装置的升降气缸的输出压力在15-20N之间，振板振幅在4mm-6mm之间，振动频率在5Hz-20Hz之间，振动方向沿滚子研磨时移动的方向，油石石磨料的粒度为W2.5-W10，硬度为CR3-R4。
上述技术方案的一种实施方式中，所述半精超精研磨机构的升降气缸的输出压力在10-15N之间，振板振幅在2mm～4mm之间，振动频率在20Hz-35Hz之间，振动方向是轴承滚子研磨时移动的方向，油石石磨料的粒度为W10-W20，硬度为CR3-R4。
上述技术方案的一种实施方式中，所述精超精研磨机构的升降气缸的输出压力在5-10N之间，振板振幅在1mm-2mm之间，振动频率在35Hz-50Hz之间，振动方向沿轴承滚子研磨时移动的方向，油石石磨料的粒度为W20-W38，硬度为CR3-R4。
本发明在工件圆锥滚子的传送方向上依次设置粗超精研磨装置、半粗超精研磨装置和精超精研磨装置，各套超精研磨装置单独配置直线电机和振板及超声辅助研磨装置，通过直线电机实现振板的水平往复运动，通过超声辅助研磨装置使各套超精研磨装置振板可具有不同的振幅及振动频率。即各套超精研磨装置不仅可通过直线电机的工作来实现油石的水平方向摆动，还可通过超声辅助研磨装置增加的超声波振动实现油石竖直方向的高频率振动。所以在圆锥滚子的传送过程中，依次经过本发明粗超精研磨装置、半粗超精研磨装置和精粗超精研磨装置的不同参数下的粗、半精和精超精研磨加工后，不仅可满足外形尺寸和表面粗糙度的高精度要求，还能避免现有技术因压力控制不当对滚子表面的损伤。总之，本发明通过的上述结构及配置可解决现有技术圆锥轴承滚子超精加工切削作用力大、光整温度高、去材效率低、表面粗糙度高、表面压应力低的问题，达到最好的超精研磨加工效果，保证滚子成品的高质量。
附图说明
图1为本发明一个实施例的结构示意图。
图2为去掉图1中右侧的螺旋辊后的右视示意图。
具体实施方式
结合如图1、图2可以看出，本实施例公开的这种圆锥滚子轴承的滚子超精加工新设备，包括机架1、螺旋辊2、粗超精研磨装置3、半精超精研磨装置4和精超精研磨装置5。
从图1可以看出，螺旋辊2有一对，以旋向相反安装固定于机架1上，用于传送圆锥滚子GZ。
从图2可以看出，粗超精研磨装置3、半粗超精研磨装置4和精粗超精研磨装置5沿圆锥滚子的传送方向依次独立排布于其上方，依次对使圆锥滚子进行粗、半精和精超精研磨加工。
三套超精研磨装置均包括一台直线电机DJ、一块振板ZB、多个升降气缸QG、及每个升降气缸连接的超声波聚能器JNQ和油石YS。
直线电机DJ采用板式直线电机，其定子沿水平方向固定于机架1上。
振板ZB包括矩形厚板和其前侧伸出的多块矩形薄板，用于安装升降气缸，所以矩形薄板的数量与升降气缸的数量相同。
矩形薄板中心位置处的下侧垂直连接有套筒导轨DG。
各升降气缸QG以活塞杆朝下竖直布置，活塞杆穿过矩形薄板和套筒导轨DG之后连接超声波聚能器JNQ，油石YS固定于声波聚能器JNQ的下端。
各声波聚能器JNQ分别连接超声波电源DY。
具体每套超精研磨装置配置多少个升降气缸根据实际情况确定，图2中所示三个气缸只是示例。
各直线电机和各升降气缸的工作通过多通道控制器单独控制，即各直线电机动子的运动速度及推力可单独设定，各升降气缸的活塞杆通过油石给工件圆锥滚子施加的压力可单独设定。
如背景技术部分所述，圆锥滚子的超精加工过程是从切削作用转化为光整作用的过程，在初始阶段需要尽快地切除工件的加工余量，而在光整阶段，主要是降低工件表面的粗糙度。
所以，本发明的粗超精研磨装置3、半粗超精研磨装置4和精超精研磨装置5的振板振幅依次递减，振动频率依次递增，升降气缸的输出压力依次递减，油石目数依次递增，使三套超精研磨装置依次完成对滚子的粗超精研磨、半精超精研磨和精超精研磨加工后，保证滚子成品的高质量。
本实施例具体来说：
粗超精研磨装置3的各升降气缸的输出压力范围在10-15N之间，振板振幅范围在4-6mm之间，振动方向沿圆锥滚子研磨时移动的方向，振动频率在5-20Hz之间，油石石磨料的粒度为W2.5-W10，硬度为CR3-R4，材料为陶瓷结合剂CBN超精油石等。
半精超精研磨机构的升降气缸的输出压力在10-15N之间，振板振幅在2mm-4mm之间，振动频率在20Hz-35Hz之间，振动方向是轴承滚子6研磨时移动的方向，油石石磨料的粒度为W10-W20，硬度为CR3-R4，材料为陶瓷结合剂CBN超精油石等。
精超精研磨机构的升降气缸的输出压力在5-10N之间，振板振幅在1mm-2mm之间，振动频率在35Hz-50Hz之间，振动方向沿轴承滚子6研磨时移动的方向，油石石磨料的粒度为W20-W38，硬度为CR3-R4，材料为陶瓷结合剂CBN超精油石等。
本发明在工件圆锥滚子的传送方向上依次设置粗超精研磨装置、半粗超精研磨装置和精超精研磨装置，各套超精研磨装置单独配置直线电机和振板及超声辅助研磨装置，通过直线电机实现振板的水平往复运动，通过超声辅助研磨装置使各套超精研磨装置振板可具有不同的振幅及振动频率。即各套超精研磨装置不仅可通过直线电机的工作来实现油石的水平方向摆动，还可通过超声辅助研磨装置增加的超声波振动实现竖直方向的高频率振动。所以在圆锥滚子的传送过程中，依次经过本发明粗超精研磨装置、半粗超精研磨装置和精粗超精研磨装置的不同参数下的粗、半精和精超精研磨加工后，不仅可满足外形尺寸和表面粗糙度的高精度要求，还能避免现有技术因压力控制不当对滚子表面的损伤。
本实施例的具体加工过程如下：
圆锥滚子通过螺旋辊传送，靠近进料端的粗超精研磨装置的油石在升降气缸的最大压力下紧压滚子，同时振板开始以较大频率和振幅振动，超声波聚能器开始工作，其超声波换能器输出的机械纵向振动通过其超声波变幅杆传给油石，使滚子受到高频锤击、弹跳冲击、研磨液空化。
圆锥滚子进入半精超精研磨装置对其进行半超精研磨，半精超精研磨装置的油石在升降气缸的中等压力下紧压轴承滚子，同时振板开始以中等频率和振幅振动，超声波聚能器开始振动，其超声波换能器输出的机械纵向振动通过其超声波变幅杆传给油石，使滚子受到高频锤击、弹跳冲击、研磨液空化。
最后圆锥滚子进入精超精研磨装置的精加工阶段，精超精研磨装置的油石在升降气缸的最小压力下紧压轴承滚子，振板开始以最小频率和振幅振动，超声波聚能器开始工作，其超声波换能器输出的机械纵向振动通过其超声波变幅杆传给油石，使滚子受到高频锤击、弹跳冲击、研磨液空化后连续输出，完成超精加工，成为高质量的成品滚子。

Claims (10)

1.一种圆锥滚子轴承的滚子超精加工新设备，其特征在于：它包括机架及固定于机架上的滚子传送装置、粗超精研磨装置、半精超精研磨装置和精超精研磨装置；
粗超精研磨装置、半精超精研磨装置和精超精研磨装置依次沿滚子传送方向独立排布于滚子传送装置的上方；
三套超精研磨装置分别包括直线电机、振板、升降气缸、油石和超声波辅助研磨装置；
直线电机沿水平方向固定于机架上，振板固定于直线电机上，直线电机驱动振板沿水平方向往复运动，升降气缸以活塞杆朝下布置固定于振板上，超声辅助研磨装置的执行元件固定于升降气缸活塞杆的末端，油石固定于执行元件的末端，油石位于滚子的正上方；
三套超精研磨装置的直线电机和升降气缸均由多通道柔性控制器单独驱动控制；
粗超精研磨装置、半精超精研磨装置和精超精研磨装置的振板振幅依次递减，振动频率依次递增；升降气缸的输出压力依次递减，油石目数依次递增；使三套超精研磨装置依次完成对滚子的粗超精研磨、半精超精研磨和精超精研磨加工后，保证滚子成品的高质量。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述滚子传送装置为一对旋向相反的螺纹辊。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述粗超精研磨装置、半精超精研磨装置和精超精研磨装置均包括一台直线电机、一块振板和多个升降气缸。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于：所述直线电机为平板式直线电机。
5.如权利要求3所述的设备，其特征在于：所述振板的前侧伸出与升降气缸数量相同的支撑板，各支撑板的中心位置处下侧垂直连接有套筒导轨，升降气缸的活塞杆从套筒导轨中穿过，缸体固定于支撑板上。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于：所述振板的后部固定于所述直线电机的动子上。
7.如权利要求4所述的设备，其特征在于：所述超声辅助研磨装置采用超声波聚能器，所述油石固定于超声波聚能器的末端。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述粗超精研磨装置的升降气缸的输出压力在15-20N之间，振板振幅在4mm-6mm之间，振动频率在5Hz-20Hz之间，振动方向沿滚子研磨时移动的方向，油石石磨料的粒度为W2.5-W10，硬度为CR3-R4。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述半精超精研磨机构的升降气缸的输出压力在10-15N之间，振板振幅在2mm～4mm之间，振动频率在20Hz-35Hz之间，振动方向是轴承滚子6研磨时移动的方向，油石石磨料的粒度为W10-W20，硬度为CR3-R4。
10.如权利要求1所述的设备，其特征在于：所述精超精研磨机构的升降气缸的输出压力在5-10N之间，振板振幅在1mm-2mm之间，振动频率在35Hz-50Hz之间，振动方向沿轴承滚子6研磨时移动的方向，油石石磨料的粒度为W20-W38，硬度为CR3-R4。
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