CN112428135A - 一种球面滚子超精机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球面滚子超精机，包括有控制器、上料机构、用于固定物料并使物料沿自身轴线旋转的无心支撑机构、垂直进给机构、摆动机构、摆头及连接在摆头上的油石，摆动机构包括摆动机构箱体及连接在摆动机构箱体上的旋转动力、曲柄、与曲柄相铰接的连杆及第一端与连杆相铰接而第二端可转动地连接在摆动机构箱体上的摆杆，摆杆的第二端与摆头连接并带动摆头摆动；垂直进给机构包括升降动力、升降导轨及升降拖板，摆动机构箱体与升降拖板连接并随升降拖板沿升降导轨升降位移。该球面滚子超精机能够对各类球面滚子进行超精细加工，降低表面粗糙度、波纹度、点损伤及表面形状偏差度，提高球面滚子的轮廓度。

Description

一种球面滚子超精机

技术领域

本发明涉及球面滚子加工技术领域，更具体地说，涉及一种球面滚子超精机。

背景技术

球面滚子轴承可以承受径向和轴向的强冲击负荷，具有高承载能力和适应错位的能力，并以低维护成本和长使用寿命的优势在高铁建设、大型输送设备、矿山机械、起重机械等各行业进行广泛应用。而球面滚子是滚子轴承上的重要组成部件，球面滚子的精度决定着轴承的精度和质量，影响着轴承运转的顺畅性、刚性、负荷承受度和抗变形持久性等重要性能参数。目前国内对高精度的球面滚子轴承的需求日益增加，然而如图1所示，球面滚子100的表面是具有弧形的球面，现有技术中对球面滚子的表面加工通常都是使用车削或砂纸磨削或流沙磨削来实现，表面精度并不能满足高精需求，表面粗糙度、轮廓度都有待提高，行业内能自动进行高精度加工的生产设备也很少，生产效率需要进一步提高。因此，能够高效率地生产高精度球面滚子的自动化设备自然也成为本领域的重点研究方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种球面滚子超精机，能够高效率的生产出降低表面粗糙度、波纹度、点损伤及表面形状偏差度的高精度球面滚子，提高球面滚子的轮廓度，实现超精细加工。

为实现上述目的，本发明提供的一种球面滚子超精机，包括有控制器、上料机构、用于固定物料并使物料沿自身轴线旋转的无心支撑机构、垂直进给机构、摆动机构、摆头及连接在所述摆头上的油石，所述摆动机构包括摆动机构箱体及连接在所述摆动机构箱体上的旋转动力、曲柄连杆结构与摆动结构，所述曲柄连杆机构包括与所述旋转动力传动连接的曲柄及与所述曲柄相铰接的连杆，所述摆动结构包括第一端与所述连杆相铰接、第二端可转动地连接在所述摆动机构箱体上的摆杆，所述摆杆的第二端与所述摆头连接并带动所述摆头摆动；所述垂直进给机构包括升降动力、升降导轨及升降拖板，所述控制器与所述升降动力及所述旋转动力电连接，所述摆动机构箱体与所述升降拖板连接并随所述升降拖板在所述升降动力的推动下沿所述升降导轨升降位移。

优选地，所述摆动机构还包括用于调节所述曲柄长度的调节结构。

优选地，所述摆动结构还包括摆动轴、摆动轴座及摆动轴箱体，所述摆动轴箱体上设置有供所述摆动轴穿过的通孔，所述摆动轴可转动地连接在所述通孔内，所述摆动轴的一端与所述摆杆的第二端相连接、另一端通过所述摆动轴座与所述摆头连接。

所述摆动轴通过背靠背安装的角接触球轴承安装在所述通孔内。

优选地，所述垂直进给机构还包括用于调节所述摆头升降位移的微调结构，所述微调结构包括调节支架、位于所述调节支架上的导向槽、位于所述导向槽内的调节丝杠及与所述丝杠螺纹连接的丝母，所述导向槽与所述调节丝杠均沿竖直方向延伸，所述摆头上设置有用于固定所述油石的油石支架，所述油石支架与所述丝母固定连接并伸入所述导向槽内。

优选地，所述垂直进给机构包括用于消除所述摆头的空行程的消空结构，所述消空结构包括消空气缸及连接板，所述消空气缸与所述调节支架固定连接，所述消空气缸的活塞杆竖直设置通过所述连接板与所述摆动轴座连接。

优选地，所述摆头上还设置有加压结构，所述加压结构包括加压动力及压杆，所述加压动力固定在所述油石支架上，所述压杆位于所述油石上方并用于压抵所述油石，所述压杆与所述加压动力传动连接并沿竖直方向调节升降位移。

优选地，所述调节结构包括与所述旋转动力传动连接的旋转轴、连接在所述旋转轴一端的调节轮、偏心设置在所述调节轮轮盘上的曲柄块及用于距离所述曲柄块与所述调节轮轮心距离的距离调节结构。

优选地，还包括水平位移机构，所述水平位移机构包括水平移动动力、水平拖板及水平滑轨，所述垂直进给机构设置在所述水平拖板上，所述水平拖板沿水平滑轨滑动位移。

优选地，所述距离调节结构包括位于所述调节轮轮盘上的T型槽及位于所述T型槽内的调节螺钉，所述调节螺钉与所述T型槽均沿所述调节轮的径向延伸，所述曲柄块与所述调节螺钉螺纹连接。

本发明提供的技术方案中，球面滚子超精机包括控制器、上料机构、用于固定物料的无心支撑机构、垂直进给机构、摆动机构、摆头及连接在摆头上的油石，通过上料机构自动上料、并通过无心支撑机构固定夹持物料，然后垂直进给机构带动摆动机构和摆头进行升降位移，使油石精确且无缝隙的贴合在球面滚子的表面上；同时，摆动机构通过曲柄连杆结构和摆动结构可以带动摆头使摆头沿精准的圆形轨迹进行往复摆动，则油石在贴合球面滚子之后可以沿滚子的轴向进行精准地圆形轨迹加工，在球面滚子的表面加工出理论真实球形，完成精确高质的超精细加工，降低球面滚子的表面粗糙度、波纹度和点损伤，是一台操作简便、能够高效率生产且提高了球面滚子精度的自动化设备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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为现有技术中的球面滚子的结构示意图；

图2为本发明实施例中球面滚子超精机第一角度的结构示意图；

图3为本发明实施例中球面滚子超精机第二角度的结构示意图；

图4为本发明实施例中摆动机构的结构示意图；

图5为本发明实施例中距离调节结构的结构示意图；

图6为本发明实施例中摆头、摆动机构和垂直进给机构的整体示意图；

图7为本发明实施例中摆头的结构示意图；

图8为本发明实施例中摆头的剖视图；

图9为本发明实施例中水平位移机构的结构示意图。

图1-图9中：

100、球面滚子；1、上料机构；2、无心支撑机构；3、摆动机构；31、摆动机构箱体；32、曲柄块；33、连杆；34、摆杆；35、摆动轴；36、摆动轴箱体；37、摆动轴座；38、调节轮；39、调节螺钉；4、垂直进给机构；41、升降导轨；42、第一伺服电机；5、摆头；51、调节支架；511、连接板；512、消空气缸；513、调节丝杠；514、导向槽；515、丝母；52、油石支架；521、加压动力；522、横向连接板；523、压杆；524、油石夹；6、水平位移机构；61、水平拖板；62、水平滑轨。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本具体实施方式的目的在于提供一种球面滚子超精机，能够高效率的生产出降低表面粗糙度、波纹度、点损伤及表面形状偏差度的高精度球面滚子，提高球面滚子的轮廓度，实现超精细加工。

以下，结合附图对实施例作详细说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明的内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。

请参考附图2-9，本实施例提供的一种球面滚子超精机，包括有控制器、上料机构1、无心支撑机构2、垂直进给机构4、摆动机构3、摆头5及连接在摆头5上的油石。摆头5上设置有用于固定油石的部件，可以是现有技术中的油石夹524，油石固定在油石夹524上对滚子的表面进行超精加工。上料机构1可以是现有技术中的小型螺旋输送机或者是包括上料动力及倾斜式螺旋振动料斗，料斗的宽度与球面滚子的长度相匹配，使滚子可以依次上料。无心支撑机构2可以是现有技术中的与球面滚子生产相配套的夹具，用于定位、夹持和支撑球面滚子，并带动球面滚子使其沿滚子自身的中心轴线旋转，摆动机构3用于带动摆头5在滚子的轴向上进行往复摆动，则在滚子的转动下，油石可以对滚子的整个外表面进行加工。

垂直进给机构4包括升降动力、升降导轨41及升降拖板，摆动机构3通过摆动机构箱体31整体与升降拖板连接并随升降拖板在升降动力的推动下沿升降导轨41升降位移，则通过垂直进给机构4，摆头5与摆动机构3可以整体沿竖直方向进行升降，可以精准调整摆头5上的油石与球面滚子的距离，不仅可以使油石匹配不同尺寸、不同半径的球面滚子，满足不同大小、不同半径的球面滚子的加工需求，且可以使油石准确且无缝隙的贴合在各类尺寸的球面滚子的表面上、保证表面加工一致性并降低波纹度，还可以调节油石对滚子的磨削量即调控对滚子的超精量。

而摆动机构3包括摆动机构箱体31及连接在摆动机构箱体31上的旋转动力、曲柄连杆结构与摆动结构，曲柄连杆33机构包括与旋转动力传动连接的曲柄及与曲柄相铰接的连杆33，摆动结构包括第一端与连杆33相铰接、第二端可转动地连接在摆动机构箱体31上的摆杆34，摆杆34的第二端与摆头5连接并带动摆头5摆动；则曲柄在旋转动力的带动下进行转动时，会带动连杆33沿水平方向进行往复移动，而由于摆杆34的第二端受摆动机构箱体31铰接约束，使得连杆33带动摆杆34的第一端摇动，而摆杆34的第二端围自身绕转动中心在一定角度范围内进行往复转动，摆杆34的第二端与摆头5连接，则会带动摆头5随同往复摆动。即摆头5围绕转动中心在一定角度范围内沿圆形轨迹进行往复摆动，产生精准的具有固定半径的圆形摆动轨迹。通过摆动机构3，把旋转运动转变成曲柄连杆33的直线往复运动并经过摆动结构把连杆33的往复直线运动变成油石的圆形摆动，精准实现滚子所需的球面弧形轨迹，从而在油石贴合球面滚子表面后，通过摆头5摆动，油石会按滚子表面所需的弧形轨迹进行精准的圆形轨迹摆动，结合滚子自身的转动，对滚子表面整体超精，能够在球面滚子表面加工出理论真实球形，保证加工质量。

同时，控制器与升降动力及旋转动力电连接，可以同时调控油石的升降及油石的摆动，通过调节曲柄的长度或连杆33的水平往复距离，摆头5可以产生不同弧度范围的摆动，结合升降调整，摆头5可以产生不同的摆动轨迹，适应不同尺寸不同曲率的球面滚子的加工需求。将摆动半径设置为球面滚子的球面的半径，摆头5的转动中心轴线与球面滚子的轴向相垂直，则可以调控摆头5的摆动轨迹与球面滚子所需的弧形表面相匹配。

如此设置，本实施例提供的球面滚子超精机，结构简单、操作便捷、便于调控，生产高效，通过对升降及摆动的调控，一方面，可以产生不同的摆动轨迹，适应不同尺寸、不同曲率的球面滚子加工需求；另一方面，可以精准的对各类球面滚子进行理论真实球形的超精细加工并可以调控超精细加工量，整体去除球面滚子的表面形变层，降低表面粗糙度、波纹度、点损伤和几何形状偏差，与现有技术相比，显著提高了球面滚子的轮廓度和表面光度，保证球面滚子的高质量，使得对球面滚子的超精细加工与高效率生产得以实现。

控制器可以是现有技术中的编程卡或PLC，PLC型号可以是西门子smart-7系列。旋转动力可设置为第一伺服电机42，改变第一伺服电机42的转速通过曲柄连杆33机构可以改变油石的摆动频率，不同频率可以实现粗超与精超的自动转换，如低频率可实现粗超，高频率进行精超，实现粗超与精超的一序两步的自动转换，保证超精细加工质量。本实施例的优选方案中，第一伺服电机42通过同步带轮及同步带与一个旋转轴传动连接，旋转轴与曲柄的转动中心端连接，可以使曲柄运转平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。油石在摆动超精过程中，可使球面滚子获得均匀一致的超精表面。

调节曲柄的长度或连杆33的水平往复距离，可以通过更换不同长度的杆件实现，也可以通过移动转动中心来调节距离实现，还可以通过在曲柄或连杆33上设置伸缩结构来实现。具体地，本实施例中，摆动机构3还包括用于调节曲柄长度的调节结构，通过调节曲柄的长度，来调节摆头5的摆动范围，结合升降，来针对不同曲率的球面滚子进行摆动轨迹的调控。

如图2和图4所示，调节结构包括与旋转动力传动连接的旋转轴、连接在旋转轴一端的调节轮38、偏心设置在调节轮38轮盘上的曲柄块32及用于距离曲柄块32与调节轮38轮心距离的距离调节结构。旋转动力带动旋转轴和调节轮38转动，曲柄块32偏心设置在调节轮38上，则曲柄块32与调节轮38轮心之间形成曲柄连杆结构的曲柄，连杆33的端部与曲柄块32铰接即可。而通过调节曲柄块32和调节轮38轮心之间的距离长短，就可以实现对曲柄长度的调节。结构简单，易于调节，且可以保证运动传递的稳定性。

如图5所示，距离调节结构包括位于调节轮38轮盘上的T型槽，T型槽沿调节轮38的径向延伸，曲柄块32连接在T型槽内。调节结构还包括位于T型槽内的调节螺钉39，调节螺钉39的螺杆上设置有沿T型槽的长度方向延伸的外螺纹，如图5所示，调节螺钉39通过固定块与T型槽固定连接，调节螺钉39与固定块可转动地连接连接，曲柄块32套在调节螺钉39上并与调节螺钉39螺纹连接。通过调节曲柄块32在调节螺钉39上的位置，可以调节曲柄块32距离调节轮38轮心的距离，从而实现调节曲柄长度而改变摆头5的摆动范围来适应不同曲率的球面滚子加工的功能。

摆动结构还包括摆动轴35、摆动轴座37及摆动轴箱体36，摆动轴箱体36与摆动机构箱体31固定连接，摆动轴箱体36上设置有供摆动轴35穿过的通孔，摆动轴35为整体套筒机构，该机构内有一对背靠背安装的角接触球轴承，摆动轴35通过两组角接触球轴承整体安装在摆动机构箱体31内。如此，摆动轴35通过轴承在摆动轴箱体36里平稳的旋转。摆杆34的第二端直接与摆动轴35一端的轴心通过销轴固定连接，摆头5可以通过摆动轴座37稳固的固定连接在摆动轴35的另一端。如此，动力传递顺畅且稳固。

通过改变曲柄长度，结合升降调整，可以使摆头5产生不同弧度的轨迹，进一步地，为增强对摆动轨迹的精准调节性和可调范围，本实施例中，球面滚子超精机还包括水平位移机构6，水平位移机构6包括水平移动动力、水平拖板61及水平滑轨62，垂直进给机构4整体设置在水平拖板61上，如图9所示，滚珠丝杠竖直设置，第二伺服电机连接在滚珠丝杠的上端，摆动机构3和摆头5通过摆动机构箱体31连接在滚珠丝杆的升降拖板上，而滚珠丝杠的底端连接在水平拖板61上，则水平拖板61在水平滑轨62的带动下左右位移，实现摆动头对被超球面滚子中心位置准确的调整。水平拖板61和水平滑轨62是手动调整丝杠丝母结构。

垂直进给机构4的升降动力设置为第二伺服电机，如图6所示，升降导轨41设置为直线导轨，可以是滚珠丝杠。升降拖板和摆动机构箱体31为滚珠丝杆的丝母组合件。第一伺服电机42、同步带轮、旋转轴、调节轮38、曲柄及连杆33均连接在摆动机构箱体31上，摆动轴箱体36与摆动机构箱体31固定连接，摆动轴35可转动地安装在摆动轴箱体36内，摆动轴座37连接在摆动轴35的一端。第二伺服电机通过滚珠丝杠丝母机构带动升降拖板及连接在升降拖板上的摆动机构3和摆头5整体升降。

摆头5上设置有调节支架51，用于和摆动轴座37连接。调节支架51与摆动轴座37之间设置有用于消除摆头5的空行程的消空结构。消空结构包括消空气缸512及连接板511，消空气缸512的缸身与调节支架51固定连接，连接板511与摆动轴座37连接并凸出于摆动轴座37。如图8所示，消空气缸512具有双向活塞杆，连接板511对应设置有上下间隔的两个，消空气缸512安装在两个连接板511之间，双向活塞杆竖直设置并分别与两个连接板511连接。则消空气缸512可以带动摆头5相对于摆动轴座37微量升降，且气缸具有快跳性质，可以快速消除油石和工件之间的空行程，实现快速消除空行程的作用，可以提高加工效率。

垂直进给机构4还包括用于调节摆头5升降位移的微调结构，如图7和图8所示，微调结构包括上述调节支架51，还包括位于调节支架51上的导向槽514、位于导向槽514内的调节丝杠513及与丝杠螺纹连接的丝母515，导向槽514与调节丝杠513均沿竖直方向延伸，调节丝杠513的端部与导向槽514侧壁即调节支架51连接。摆头5上设置有油石支架52，油石支架52的一端用于固定油石，另一端与丝母515固定连接并伸入导向槽514内，受导向槽514的竖直约束。当需要微调摆头5的位置时，旋拧调整丝杠，可以使油石支架52随着丝母515相对于调节支架51进行升降，同时，受导向槽514约束，油石支架52保持竖直和固定的朝向，而不会发生水平方向的转动。

为增强油石对球面滚子的压抵程度，摆头5上还设置有加压结构，如图6至图8所示，加压结构包括加压动力521及压杆523，压杆523沿竖直方向设置，压杆523的一端与加压动力521传动连接、另一端位于油石上方并用于压抵油石，加压动力521固定在油石支架52上，用于带动压杆523沿竖直方向调节升降位移，从而不仅可以使油石压抵在球面滚子的表面上，还可以调节压力大小。加压动力521设置为现有技术中的液压油缸，压杆523通过横向连接板522与液压油缸的伸缩杆连接。本实施例的优选方案中，横向连接板522与伸缩杆通过螺纹可转动的连接，如此，横向连接板522可以带动压杆523水平转动，便于对油石进行更换。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。本发明提供的多个方案包含本身的基本方案，相互独立，并不互相制约，但是其也可以在不冲突的情况下相互结合，达到多个效果共同实现。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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 (10)

1.一种球面滚子超精机，其特征在于，包括有控制器、上料机构(1)、用于固定物料并使物料沿自身轴线旋转的无心支撑机构(2)、垂直进给机构(4)、摆动机构(3)、摆头(5)及连接在所述摆头(5)上的油石，所述摆动机构(3)包括摆动机构箱体(31)及连接在所述摆动机构箱体(31)上的旋转动力、曲柄连杆结构与摆动结构，所述曲柄连杆(33)机构包括与所述旋转动力传动连接的曲柄及与所述曲柄相铰接的连杆(33)，所述摆动结构包括第一端与所述连杆(33)相铰接、第二端可转动地连接在所述摆动机构箱体(31)上的摆杆(34)，所述摆杆(34)的第二端与所述摆头(5)连接并带动所述摆头(5)摆动；所述垂直进给机构(4)包括升降动力、升降导轨(41)及升降拖板，所述控制器与所述升降动力及所述旋转动力电连接，所述摆动机构箱体(31)与所述升降拖板连接并随所述升降拖板在所述升降动力的推动下沿所述升降导轨(41)升降位移。

2.如权利要求1所述的球面滚子超精机，其特征在于，所述摆动机构(3)还包括用于调节所述曲柄长度的调节结构。

3.如权利要求2所述的球面滚子超精机，其特征在于，所述摆动结构还包括摆动轴(35)、摆动轴座(37)及摆动轴箱体(36)，所述摆动轴箱体(36)上设置有供所述摆动轴(35)穿过的通孔，所述摆动轴(35)可转动地连接在所述通孔内，所述摆动轴(35)的一端与所述摆杆(34)的第二端相连接、另一端通过所述摆动轴座(37)与所述摆头(5)连接。

4.如权利要求3所述的球面滚子超精机，所述摆动轴(35)通过背靠背安装的角接触球轴承安装在所述通孔内。

5.如权利要求3所述的球面滚子超精机，其特征在于，所述垂直进给机构(4)还包括用于调节所述摆头(5)升降位移的微调结构，所述微调结构包括调节支架(51)、位于所述调节支架(51)上的导向槽(514)、位于所述导向槽(514)内的调节丝杠(513)及与所述丝杠螺纹连接的丝母(515)，所述导向槽(514)与所述调节丝杠(513)均沿竖直方向延伸，所述摆头(5)上设置有用于固定所述油石的油石支架(52)，所述油石支架(52)与所述丝母(515)固定连接并伸入所述导向槽(514)内。

6.如权利要求5所述的球面滚子超精机，其特征在于，所述垂直进给机构(4)包括用于消除所述摆头(5)的空行程的消空结构，所述消空结构包括消空气缸(512)及连接板(511)，所述消空气缸(512)与所述调节支架(51)固定连接，所述消空气缸(512)的活塞杆竖直设置通过所述连接板(511)与所述摆动轴座(37)连接。

7.如权利要求5所述的球面滚子超精机，其特征在于，所述摆头(5)上还设置有加压结构，所述加压结构包括加压动力(521)及压杆(523)，所述加压动力(521)固定在所述油石支架(52)上，所述压杆(523)位于所述油石上方并用于压抵所述油石，所述压杆(523)与所述加压动力(521)传动连接并沿竖直方向调节升降位移。

8.如权利要求2所述的球面滚子超精机，其特征在于，所述调节结构包括与所述旋转动力传动连接的旋转轴、连接在所述旋转轴一端的调节轮(38)、偏心设置在所述调节轮(38)轮盘上的曲柄块(32)及用于距离所述曲柄块(32)与所述调节轮(38)轮心距离的距离调节结构。

9.如权利要求1所述的球面滚子超精机，其特征在于，还包括水平位移机构(6)，所述水平位移机构(6)包括水平移动动力、水平拖板(61)及水平滑轨(62)，所述垂直进给机构(4)设置在所述水平拖板(61)上，所述水平拖板(61)沿水平滑轨(62)滑动位移。

10.如权利要求8所述的球面滚子超精机，其特征在于，所述距离调节结构包括位于所述调节轮(38)轮盘上的T型槽及位于所述T型槽内的调节螺钉(39)，所述调节螺钉(39)与所述T型槽均沿所述调节轮(38)的径向延伸，所述曲柄块(32)与所述调节螺钉(39)螺纹连接。

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