CN113442052A - 一种轴承套圈超精加工的研磨装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴承套圈超精加工的研磨装置，包括工作台、套圈夹具、套圈固定结构和至少一个油石定位结构，所述油石定位结构上设置有至少一个油石，所述油石移动机构用于带动所述油石移动以使所述油石研磨端靠近套圈；所述套圈固定结构用于固定套圈并带动所述套圈旋转；所述套圈夹具用于将套圈移动到套圈固定结构上或移除所述套圈移动结构上的套圈；所述套圈夹具、所述套圈固定结构和所述油石定位结构均设置在所述工作台上。本发明的轴承套圈超精加工的研磨装置能够完成不同方法、不同线型的套圈的精研，使套圈精研能够实现多品种、小批量、复杂产品的加工。

Description

一种轴承套圈超精加工的研磨装置

技术领域

本发明涉及轴承套圈的加工技术领域，特别涉及一种轴承套圈超精加工的研磨装置。

背景技术

滚动轴承是一种大规模使用的机械零部件，使用在机械的主轴上，支撑主轴旋转。要求轴承精度高，噪音低，摩擦小，工作可靠，因此滚动轴承的加工精度很高。

滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体、保持架等基本零件组成，滚动轴承作为一种支撑和减摩的零件，套圈滚道的精度和粗糙度起非常重要的作用。滚动体在轴承套圈的滚道上运动，因此滚道形状根据滚动体的不同，具有不同的形状，滚动体一般为球形或者圆柱形，也有圆锥形滚子，也有少量的滚子形状为弧形，总体而言支撑套圈滚道的形状一般是直线形状或者圆弧形状，当然具体的形状略有差异，例如圆柱形或者圆锥形滚道，但其表面的素线形状都是以直线为基础，或者在直线的基础上略有修形，例如为了提高应力下的载荷能力和寿命，修形为素线中间凸起数微米到十几微米的形状。圆弧形状的滚道根据滚动体的形状，圆弧半径大小不同；采用球形滚动体的轴承，套圈滚道为圆弧形，滚道圆弧半径略大于球直径；采用圆弧滚子的轴承，滚道圆弧半径根据滚子圆弧半径的大小，滚道半径较大。也有滚道是由两段半径、形状相同但圆心不在同一位置的圆弧组成，形成一个尖拱形状的圆弧。

滚动轴承要求精度高，使用中的摩擦小，因此绝大部分的滚动轴承的零部件加工精度很高，例如轴承内圈外圈的滚道、滚动体等，最终运动表面的加工，一般采用超精加工等方式，通过降低表面粗糙度，提高加工精度，降低摩擦损耗。

在轴承行业中，所谓精研加工，是指采用油石在旋转的加工表面，使用一定的压力沿着一定的轨迹往复研磨，轨迹与被加工表面的形状相同。例如滚道为直线形状，油石在直线方向往复振荡；滚道为圆弧形状，油石以圆弧中心往复摆动，通过一定的振荡或者摆动频率，对油石施加一定的压力，在被加工表面形成研磨效果，提高被加工部件的表面质量。主要作用是大幅度改善被加工表面的微观质量，例如降低表面粗糙度、波纹度等，油石振荡过程中工件旋转，能够加工圆周表面，油石在一定压力下往复振荡或者摆动，是精研加工的工艺基础，与一般机械加工的研磨相比，轴承精研是一种具有修饰性的精密研磨，是轴承套圈加工中的最后一道工序，比一般的研磨具有更低的切削率、高精度、低粗糙度的特点，因此在轴承行业中简称为精研。

现有技术中，轴承套圈滚道的精研过程中，油石及其夹持和运动机构，一般只有一个自由度，例如围绕中心摆动或者在一个方向的往复运动，满足套圈滚道加工的要求，在超精球轴承套圈滚道过程中，根据球轴承套圈滚道圆弧形状的特点，油石机构围绕滚道中心作摆动运动，油石摆动中心与滚道中心重合，套圈旋转，油石在一定的压力下往复摆动对滚道进行研磨；而在滚子轴承套圈滚道的超精过程中，套圈滚道素线的形状为直线，油石及其机构只进行直线方向的往复运动。还有部分轴承，一套轴承上分布多列滚动体，甚至多列滚动体的形状都各不相同，例如在汽车发动机水泵上使用的轴承，一套轴承上分布2～3列的滚动体，滚动体分别是圆柱滚子和钢球，而目前的轴承精研设备，由于油石机构运动的单一性，不同形状的套圈滚道，需要采用不同的超精设备，设备不具有通用性质，因此具有很大的局限性。

精密轴承或者质量要求很高套圈的精研过程中，为了满足精研效率和加工精度的要求，普遍采用粗精二次研磨的工艺。首先在一个工位，对套圈滚道使用较粗粒度、硬度软的油石进行研磨，使被研磨的表面达到较好的精度，然后套圈被输送到第二个工位，采用细粒度、硬度高的油石进行研磨，使被研磨表面的质量达到很高的水平，为了满足自动化需求，在两个工位之间，使用料道和上下料机构对工件进行输送、安装、定位和夹持，但是具有设备体积大，机构复杂的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种轴承套圈超精加工的研磨装置，以解决现有技术中轴承精研设备体积大，机构复杂的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种轴承套圈超精加工的研磨装置，其特征在于：包括工作台、套圈夹具、套圈固定结构和至少一个油石定位结构，

所述油石定位结构上设置有至少一个油石，所述油石移动机构用于带动所述油石移动以使所述油石研磨端靠近套圈；

所述套圈固定结构用于固定套圈并带动所述套圈旋转，所述套圈的中心与所述油石的中心位于同一水平面；

所述套圈夹具用于将套圈移动到套圈固定结构上或移除所述套圈移动结构上的套圈；

所述套圈夹具、所述套圈固定结构和所述油石定位结构均设置在所述工作台上。

进一步的：所述油石定位结构包括X轴移动机构、Y轴移动机构和油石旋转机构，

所述油石旋转机构安装在所述X轴移动机构上，用于带动所述油石旋转；

所述X轴移动机构安装在所述Y轴移动机构，用于带动所述油石在X轴方向移动；

所述Y轴移动机构安装在工作台上，用于带动所述油石在Y轴方向移动。

进一步的：所述Y轴移动机构包括Y轴移动平台和Y轴移动丝杠，所述Y轴移动丝杠设置在所述工作台上，所述Y轴移动平台固定在所述Y轴移动丝杠上。

进一步的：所述X轴移动机构包括X轴移动平台和X轴移动丝杠，所述X轴移动丝杠设置在所述Y轴移动平台上，所述X轴移动平台固定在所述X轴移动丝杠上。

进一步的：所述油石旋转机构包括旋转电机25，所述旋转电机25的转轴上设置有油石底座，所述油石底座上设置有至少一个油石夹持机构，所述油石固定在所述油石夹持机构上。

进一步的：所述油石夹持机构包括油石架、油石压杆和压杆驱动机构，所述油石水平放置在所述油石架上且能水平滑动，所述油石压杆一端固定在所述压杆驱动机构上，另一端靠近油石受力端，所油石压杆在所述压杆驱动机构的作用下向着油石受力端移动，与所述油石受力端接触并带动油石水平移动直至油石研磨端接触套圈轨道。

进一步的：所述压杆驱动机构包括油石加压气缸。

进一步的：所述套圈夹具包括输送机构和至少一个机械手，所述机械手设置在所述输送机构上，所述输送机构用于带动所述机械手水平移动，所述机械手能够上下移动。

进一步的：所述套圈固定结构包括支撑台、套圈旋转机构和套圈定位机构，所述支撑台上设置有弧形凹槽，所述套圈设置在所述套圈旋转机构上，所述套圈旋转机构带动所述套圈想前移动直至所述套圈抵在所述套圈定位机构的端面。

进一步的：所述套圈定位机构包括套圈定位盘。

采用上述技术方案，由于油石定位结构上设置有至少一个油石定位结构，油石定位结构上设置有至少一个油石，可以实现在一台设备上对不同轴承套圈滚道形式进行加工，也可以对一个轴承套圈的多个相同以及不同形式的滚道同事进行加工，实现在一个工位对同一滚道进行粗、精不同工步的精研，采用本方法和装置，拓展了精研设备的加工范围和方法，使精研加工能够更大范围的加工不同形状的轴承套圈产品。

附图说明

图1为本发明轴承套圈超精加工的研磨装置的结构示意图；

图2为本发明轴承套圈超精加工的研磨装置中油石定位结构的结构示意图；

图3为本发明轴承套圈超精加工的研磨装置中油石定位结构的侧视图；

图4为本发明轴承套圈超精加工的研磨装置中套圈固定结构的结构示意图；

图5为本发明轴承套圈超精加工的研磨装置中套圈固定结构的剖视图。

图中，1-工作台，2-油石定位结构，21-Y轴移动丝杠，22-Y轴移动平台，23-X轴移动丝杠，24-X轴移动平台，25-旋转电机25，26-油石底座，27-油石架，28-油石压杆，29-压杆驱动机构，3-套圈，41-机械手，42-输送机构，51-料道，52-下料位置，6-油石,71-支撑台，72-定位芯轴，73-套圈定位盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例

一种轴承套圈超精加工的研磨装置，如图所示，包括工作台1、套圈夹具、套圈固定结构和至少一个油石定位结构2，在本发明的实施例中，以设置有两个油石定位结构2为例进行说明。

油石定位结构2上设置有至少一个油石6，在本发明的实施例中，以设置有两个油石6为例进行说明。两个油石6包括粗研油石6和精研油石6。油石6移动机构用于带动油石6移动以使油石6研磨端靠近套圈3；套圈3固定结构用于固定套圈3并带动套圈3旋转，套圈3的中心与油石6的中心位于同一水平面；套圈3夹具用于将套圈3移动到套圈3固定结构上或移除套圈3移动结构上的套圈3；套圈3夹具、套圈3固定结构和油石定位结构2均设置在工作台1上。

在本发明的实施例中，油石定位结构2包括X轴移动机构、Y轴移动机构和油石6旋转机构，油石6旋转机构安装在X轴移动机构上，用于带动油石6旋转；X轴移动机构安装在Y轴移动机构，用于带动油石6在X轴方向移动；Y轴移动机构安装在工作台1上，用于带动油石6在Y轴方向移动。

具体的，Y轴移动机构包括Y轴移动丝杠22和Y轴移动丝杠21，Y轴移动丝杠21设置在工作台1上，Y轴移动丝杠22固定在Y轴移动丝杠21上。

Y轴移动丝杠22在Y轴移动丝杠21的驱动下，可以在Y轴方向往复运动。

在本发明的实施例中，Y轴移动丝杠21为由伺服电机驱动的滚珠丝杠，通过滚珠丝杠螺母，将伺服电机的正反旋转运动转化为Y轴移动丝杠22的往复直线运动。

为了保证Y轴移动丝杠22只能做往复运动，在工作台1上，滚珠丝杠左右两侧沿着滚珠丝杠的方向对称的安装有导轨，以防止Y轴移动丝杠22转动，使其只能在Y轴方向前后移动。

在本发明的实施例中，X轴移动机构包括X轴移动平台24和X轴移动丝杠23，X轴移动丝杠23设置在Y轴移动丝杠22上，X轴移动平台24固定在X轴移动丝杠23上。

其中，X轴移动丝杠23为由伺服电机驱动的滚珠丝杠，通过滚珠丝杠螺母，将伺服电机的正反旋转运动转化为Y轴移动丝杠22的往复直线运动。

为了保证X轴移动平台24只能做往复运动，在Y轴移动丝杠22上，滚珠丝杠左右两侧沿着滚珠丝杠的方向对称的安装有导轨，以防止X轴移动平台24转动，使其只能在X轴方向前后移动。

油石6旋转机构包括旋转电机2526，旋转电机2526垂直向上的安装在Y轴移动丝杠22上，即旋转电机2526的转轴是垂直向上的。

旋转电机2526的转轴上设置有油石底座26，油石底座26上设置有至少一个油石6夹持机构，油石6固定在油石6夹持机构上。由于在本发明的实施例中是以设置有两个油石6为例进行说明的，因此在这里油石底座26上设置有两个油石6夹持机构。

两个油石6夹持机构的结构相同，但是夹持的油石6可以在粒度、硬度、形状等方面有所不同。例如一套油石6夹持机构可以安装粒度粗、硬度软的粗研油石6，提高研磨效率；另外一套油石6夹持机构可以安装粒度细、硬度高的精研油石6，提高研磨精度高。两套油石6夹持机构结合，可以提高研磨效率和研磨精度。

两套油石6夹持机构的转换，通过控制旋转电机2526旋转不同角度实现。例如在一套油石6工作结束后，旋转电机2526旋转180°，另外一套油石6投入工作。其工作方法可以采用以下方法：首先粗研油石6采用大幅度摆动、高压力、高频率往复摆动，往复摆动的摆角能够覆盖滚道的全部表面，短时间内进行强力研磨，然后转入大幅度、低压力、中频率往复摆动，往复摆动的振幅小，实现中度的研磨效果，最后旋转电机2526旋转180°，精研油石6投入工作，采用大幅度、低压力、低频率往复摆动，短时间内进行修饰研磨，然后结束研磨。

在精研过程中，可以根据需要，不断调整油石6摆动幅度、位置，通过与油石6振动频率、压力和研磨时间的组合，对研磨表面的不同位置进行针对性的加工，从而提高加工质量和效率。

在本发明的实施例中，油石6夹持机构包括油石架27、油石压杆28和压杆驱动机构29，油石架27和压杆驱动机构29均设置在油石底座26上。

具体的，由于设置有两个油石6，所以两个油石架27左右对称的安装在油石底座26左右两边上，压杆驱动机构29安装在油石底座26中心位置。

油石架27上设置有通孔，油石6水平放置在油石架27的通孔内且能在通孔中水平滑动，油石压杆28竖直方向固定在压杆驱动机构29上，油石压杆28一端固定在压杆驱动机构29上，另一端靠近油石6受力端，油石压杆28在压杆驱动机构29的作用下向着油石6受力端移动，与油石6受力端接触并带动油石6水平移动直至油石6研磨端接触套圈3轨道，在压杆驱动机构29的压力作用下，对套圈3轨道表面产生压力，被加工套圈3旋转，油石6运动形成研磨。研磨结束，压杆驱动机构29回退，带动压杆回退，停止研磨。

在本发明的实施例中，压杆驱动机构29为双出杆油石6加压气缸，双出杆油石6加压气缸对称的设置有两个活塞，可以分别用于驱动两个油石6移动。

由于两个油石6夹持机构的结构相同，因此在此只对其中一个油石6夹持机构的结构进行描述，另一个油石6夹持机构的结构不再赘述。

在本发明的实施例中，套圈夹具包括输送机构42和至少一个机械手41，机械手41设置在输送机构42上，输送机构42用于带动机械手41水平移动，机械手41能够上下移动。

输送机构42可以链条式输送机构42或其他输送机构42，输送机构42可以在X轴方向移动。在此对其具体结构型号不做限定。

机械手41的数量由油石定位结构2的数量决定，需要比油石定位结构2的数量多一个，由于在本发明的实施例中，油石定位结构2的数量为两个，因此机械手41的数量应为3个。机械手41可以在Z轴方向上下往复运动，抓取部位可开合。

工作时，3个机械手41同时向Z轴方向向下运动，分别抓取料道51、两个套圈3固定结构上的套圈3，然后向Z轴方向向上移动，到达位置后，输送机构42沿着X轴的向前移动(即在图中为向右移动)，到达设定位置后，输送机构42停止运动，三个机械手41同时向Z轴方向向下运动，分别将抓取的三个套圈3放置在两个套圈3固定结构上和下料位置52。套圈3固定结构将套圈3定位和固定在加工位置。

在本发明的实施例中，套圈固定结构包括包括支撑台71、套圈旋转机构和套圈定位机构，支撑台71上设置有弧形凹槽，套圈设置在套圈旋转机构上，套圈旋转机构带动套圈向前移动直至套圈抵在套圈定位机构的端面。

支撑台71可以固定在套圈旋转机构的底座上，也可以固定在工作台上。

套圈旋转机构包括套圈旋转电机。

套圈3被机械手41放置在支撑台71上后，套圈旋转电机的定位芯轴72插入套圈3的内孔中，套圈旋转电机向着套圈定位盘73的方向移动，直至套圈3抵在套圈定位盘73的端面上，然后套圈旋转电机转动，套圈3在套圈旋转电机的带动下转动，定位芯轴72和套圈3之间同步旋转不会产生摩擦或磨损。

套圈旋转电机的平行移动可以通过丝杠实现，与X轴移动机构的结构相似，因此在此不再赘述。

套圈3的转速通过变频器进行速度调整，也可以停止，例如在放置或者移除套圈3的过程，套圈旋转电机25停止旋转，可以保护套圈3和套圈3上经过精研加工的表面。

为了确保套圈3的中心与油石6的中心位于同一水平面，待加工套圈3的中心高度是一固定不变的数值。不同产品的套圈3，直径大小不同，可以通过调整支撑台的位置保持套圈3中心不变，因此，在本发明的实施例中，支撑台的高度为可调的。

本发明的轴承套圈超精加工的研磨装置具体是这样使用的：

套圈3在被定位和夹紧后，在套圈3旋转电机2526带动下旋转。

油石底座26在伺服电机的驱动下，在X轴和Y轴方向快速移动，带动粗研油石6快速接近套圈3的待加工表面。粗研油石6为长方体结构，双出杆油石6加压气缸在压缩空气作用下活塞杆移动，带动油石压杆28移动，粗研油石6在油石压杆28的作用下移动，直至与被加工表面接触，在压力作用下，对被加工表面产生压力，被加工套圈3旋转，粗研油石6运动形成研磨。研磨结束，加压气缸活塞杆回退，带动压杆回退，被加工套圈3停止旋转，旋转电机2526旋转180°，使精研油石6机构进入加工状态。双出杆油石6加压气缸在压缩空气作用下活塞杆移动，带动油石压杆28移动，精研油石6在油石压杆28的作用下移动，直至与被加工表面接触，在压力作用下，对被加工表面产生压力，被加工套圈3旋转，精研油石6运动形成研磨。研磨结束，加压气缸活塞杆回退，带动精研压杆回退，被加工套圈3停止旋转，旋转电机2526旋转设定的角度，粗研油石6再次进入加工状态。

粗、精研完成后，油石底座26在伺服电机的驱动下，在X轴和Y轴方向快速移动，带动油石6机构快速脱离套圈3的待加工表面，套圈3旋转电机2526停止旋转，套圈3脱离夹紧状态，三个机械手41同时向Z轴下方运动，分别抓取料道51、两个精研工位上的套圈3，然后向Z轴上方移动，到达位置后发出信号，输送机构42向X轴的右方移动，到达设定位置后，输送机构42停止运动，发出信号，三个机械手41向Z轴下方运动，分别将抓取的三个套圈3放置在两个套圈3固定结构上和下料位置52。套圈3固定结构将套圈3定位和固定在加工位置，由套圈3旋转电机2526带动旋转。套圈3旋转电机2526旋转后向油石定位结构2发出信号，开始新的一轮加工。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种轴承套圈超精加工的研磨装置，其特征在于：包括工作台、套圈夹具、套圈固定结构和至少一个油石定位结构，

所述油石定位结构上设置有至少一个油石，所述油石移动机构用于带动所述油石移动以使所述油石研磨端靠近套圈；

所述套圈固定结构用于固定套圈并带动所述套圈旋转，所述套圈的中心与所述油石的中心位于同一水平面；

所述套圈夹具用于将套圈移动到套圈固定结构上或移除所述套圈移动结构上的套圈；

所述套圈夹具、所述套圈固定结构和所述油石定位结构均设置在所述工作台上。

2.根据权利要求1所述的轴承套圈超精加工的研磨装置，其特征在于：所述油石定位结构包括X轴移动机构、Y轴移动机构和油石旋转机构，

所述油石旋转机构安装在所述X轴移动机构上，用于带动所述油石旋转；

所述X轴移动机构安装在所述Y轴移动机构，用于带动所述油石在X轴方向移动；

所述Y轴移动机构安装在工作台上，用于带动所述油石在Y轴方向移动。

3.根据权利要求2所述的轴承套圈超精加工的研磨装置，其特征在于：所述Y轴移动机构包括Y轴移动平台和Y轴移动丝杠，所述Y轴移动丝杠设置在所述工作台上，所述Y轴移动平台固定在所述Y轴移动丝杠上。

4.根据权利要求3所述的轴承套圈超精加工的研磨装置，其特征在于：所述X轴移动机构包括X轴移动平台和X轴移动丝杠，所述X轴移动丝杠设置在所述Y轴移动平台上，所述X轴移动平台固定在所述X轴移动丝杠上。

5.根据权利要求4所述的轴承套圈超精加工的研磨装置，其特征在于：所述油石旋转机构包括旋转电机25，所述旋转电机25的转轴上设置有油石底座，所述油石底座上设置有至少一个油石夹持机构，所述油石固定在所述油石夹持机构上。

6.根据权利要求5所述的轴承套圈超精加工的研磨装置，其特征在于：所述油石夹持机构包括油石架、油石压杆和压杆驱动机构，所述油石水平放置在所述油石架上且能水平滑动，所述油石压杆一端固定在所述压杆驱动机构上，另一端靠近油石受力端，所述油石压杆在所述压杆驱动机构的作用下向着油石受力端移动，与所述油石受力端接触并带动油石水平移动直至油石研磨端接触套圈轨道。

7.根据权利要求6所述的轴承套圈超精加工的研磨装置，其特征在于：所述压杆驱动机构包括油石加压气缸。

8.根据权利要求2-7任一项所述的轴承套圈超精加工的研磨装置，其特征在于：所述套圈夹具包括输送机构和至少一个机械手，所述机械手设置在所述输送机构上，所述输送机构用于带动所述机械手水平移动，所述机械手能够上下移动。

9.根据权利要求3所述的轴承套圈超精加工的研磨装置，其特征在于：所述套圈固定结构包括支撑台、套圈旋转机构和套圈定位机构，所述支撑台上设置有弧形凹槽，所述套圈设置在所述套圈旋转机构上，所述套圈旋转机构带动所述套圈想前移动直至所述套圈抵在所述套圈定位机构的端面。

10.根据权利要求9所述的轴承套圈超精加工的研磨装置，其特征在于：所述套圈定位机构包括套圈定位盘。

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