CN113524018B - 用于圆柱滚子的滚动表面精加工的研具套件、设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于圆柱滚子的滚动表面精加工的研具套件、设备和方法。设备包括主机、外循环系统、研具套件和研具套件夹具。主机构型包括研磨条组件回转型和研磨套回转型。外循环系统包括收集单元、整理单元、送料单元和传输子系统。研具套件包括工作时保持同轴的研磨套和贯穿所述研磨套的研磨条组件，研磨套的内表面设有圆柱螺旋槽，研磨条组件包括多个正面设置有直线沟槽的呈圆周柱状阵列分布的研磨条。研磨加工时，在螺旋槽工作面和直线沟槽工作面的摩擦和推挤作用下，圆柱滚子在绕自身轴线旋转的同时分别沿直线沟槽和螺旋槽移动，从而实现对圆柱滚子的滚动表面的研磨加工。本发明可提高圆柱滚子的滚动表面的尺寸一致性。

Description

用于圆柱滚子的滚动表面精加工的研具套件、设备及方法
技术领域
本发明涉及一种用于圆柱滚子的滚动表面精加工的研具套件、设备及方法，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圆柱滚子轴承的性能具有重要影响。现阶段，公知的圆柱滚子的滚动表面的加工工艺流程为：毛坯成型(车削或冷镦或轧制)、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，其中公知的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，圆柱滚子的滚动表面的精加工多采用无心贯穿式或无心切入式超精加工方法。在超精加工过程中，同一批次的圆柱滚子依次进入加工区域并经受油石超精加工。同一时刻只对单个(或少数几个)圆柱滚子进行加工，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圆柱滚子滚动表面的直径分散性。
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：
公布号为CN108908094A的专利文献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，第二研磨盘的正面包括一条或多条分布于第二研磨盘基面(正圆锥面)的螺旋槽。
上述加工方法属于多样本直接比较加工，具备直径较大的圆柱滚子滚动表面材料多去除、直径较小的圆柱滚子滚动表面材料少去除的能力。但利用上述设备和方法研磨圆柱滚子滚动表面时，由于直线沟槽分布于正圆锥面，一方面，作为研磨盘基面的正圆锥面的大端和小端的圆周周长不一，直线沟槽数量受限于正圆锥面的小端的圆周周长，影响同时参与研磨的圆柱滚子数量，不利于充分发挥比较式加工的优势；另一方面，研磨加工时，由于正圆锥面上的螺旋槽的不同位置到研磨盘轴线的距离不同，螺旋槽的不同位置绕研磨盘轴线相对直线沟槽的回转线速度不同，圆柱滚子在螺旋槽的不同位置的自转速度不同，圆柱滚子滚动表面的材料去除速率和研磨盘工作面的磨损速率随圆柱滚子在螺旋槽的位置发生变化，从而影响圆柱滚子滚动表面尺寸一致性的提高。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提出一种用于圆柱滚子的滚动表面精加工的研具套件、设备及方法，安装有本发明研具套件的设备具有大批量圆柱滚子的滚动表面的精加工能力。本发明同时参与加工的圆柱滚子的数量较现有技术大幅提高，可以更好地发挥多样本直接比较加工的优势；并且圆柱滚子的滚动表面的材料去除速率和研具工作面的磨损速率不随圆柱滚子在研具套件内的位置发生变化，从而可提高圆柱滚子的滚动表面的尺寸一致性。
为了解决上述技术问题，本发明提出一种用于圆柱滚子的滚动表面精加工的研具套件，包括研磨套和研磨条组件；研磨加工时，所述研磨套与所述研磨条组件同轴，所述研磨条组件贯穿所述研磨套；所述研磨套的内表面设有一条或者多条螺旋槽，所述螺旋槽为圆柱螺旋槽；所述研磨条组件包括不少于3个、呈圆周柱状阵列分布的研磨条，各研磨条与所述研磨套的内表面相对的表面为所述研磨条的正面，每个研磨条的正面均设置有一条沿所述研磨条的长度方向贯穿所述研磨条的直线沟槽；
所述螺旋槽的表面包括研磨加工时与要加工的圆柱滚子发生接触的螺旋槽工作面，所述直线沟槽的表面包括研磨加工时与所述圆柱滚子发生接触的直线沟槽工作面；
研磨加工时，在所述螺旋槽与所述直线沟槽的每一交会处分布一个圆柱滚子；对应每一交会处，所述螺旋槽工作面与所述直线沟槽工作面合围而成的区域为研磨加工区域；所述研磨条组件与所述研磨套绕所述研磨条组件的轴线相对回转，所述研磨条沿所述研磨条组件的径向向分布在所述螺旋槽内的圆柱滚子施加工作压力；在所述研磨加工区域，所述圆柱滚子分别与所述螺旋槽工作面和直线沟槽工作面发生接触；所述圆柱滚子在所述螺旋槽工作面的摩擦驱动下绕自身轴线作旋转运动，同时在所述直线沟槽工作面和螺旋槽工作面的推挤作用下分别沿所述螺旋槽)和直线沟槽移动，所述圆柱滚子的滚动表面与所述螺旋槽工作面和直线沟槽工作面发生相对滑动，从而实现对所述滚动表面的研磨加工；
所述螺旋槽工作面在螺旋槽扫描面上，所述螺旋槽扫描面为等截面扫描面，所述螺旋槽工作面是连续的或者是断续的；以所述圆柱滚子作为所述螺旋槽扫描面的实体扫描的扫描轮廓A，所述螺旋槽扫描面的扫描路径A为圆柱螺旋线，将过所述圆柱滚子的质心的扫描路径A记为圆柱螺旋线A，所有圆柱螺旋线A在同一圆柱面上，所述圆柱螺旋线A的轴线为所述研磨套的轴线；
所述直线沟槽工作面在直线沟槽扫描面上，所述直线沟槽扫描面为等截面扫描面，所述直线沟槽工作面是连续的或者是断续的；以所述圆柱滚子作为所述直线沟槽扫描面的实体扫描的扫描轮廓B，所述直线沟槽扫描面的扫描路径B为平行于所述研磨条组件的阵列轴的直线，将过所述圆柱滚子的质心的扫描路径B记为直线B，所述直线B到所述阵列轴的距离为阵列半径，所述阵列轴为所述研磨条组件的轴线；
研磨加工时，所述阵列半径相等于所述圆柱螺旋线A的半径。
进一步地，本发明所述的研具套件，其中：作为所述扫描轮廓B的圆柱滚子的轴线重合于所述直线B；将所述扫描轮廓B沿所述扫描路径B进行实体扫描，则在所述研磨条的正面由所述扫描轮廓B包络形成的沟槽表面为所述直线沟槽扫描面；所述扫描路径A是圆柱等距螺旋线或者圆柱非等距螺旋线；作为所述扫描轮廓A的圆柱滚子的轴线平行于所述研磨套的轴线；将所述扫描轮廓A沿所述扫描路径A进行实体扫描，则在所述研磨套的内表面由作为所述扫描轮廓A的圆柱滚子的滚动表面和一端的端面倒圆角包络形成的沟槽表面为所述螺旋槽扫描面。
将本发明中所述的研具套件用于铁磁性材质的圆柱滚子的滚动表面精加工，将研磨加工时与所述滚动表面发生接触的所述螺旋槽的表面记为螺旋槽工作面一，其中，所述研磨套由导磁材料制造，在所述研磨套的实体内部嵌装有圆筒状磁性结构，以在所述研磨加工区域形成磁力线分布于所述研磨套的轴截面的研磨套磁场；所述螺旋槽工作面一沿所述扫描路径A嵌入有一条或多条螺旋带状非导磁材料，或者在背对所述螺旋槽工作面一的研磨套的实体的内腔一侧沿所述扫描路径A设置有一条或多条螺旋带状研磨套隔磁槽或者多条圆环带状研磨套隔磁槽，以增加所述研磨套磁场的磁力线通过所述研磨套在所述螺旋槽工作面一处的实体的磁阻。
本发明同时提出一种用于圆柱滚子的滚动表面精加工的设备，包括主机、外循环系统、研磨套夹具、研磨条组件夹具和本发明所述的用于圆柱滚子的滚动表面精加工的研具套件；
所述研磨套夹具用于装夹所述研磨套；
所述研磨条组件夹具用于装夹所述研磨条组件；所述研磨条组件夹具包括一组呈圆周柱状阵列分布的用于固连所述研磨条的研磨条安装座和位于所述研磨条组件夹具的中心的径向扩张机构；所述研磨条的背面固连于所述研磨条安装座位于所述研磨条组件夹具的外周的表面；所述径向扩张机构包括径向扩张部件和与所述研磨条组件同轴的基础芯轴；所述研磨条组件的轴线为所述研磨条组件夹具的轴线；所述基础芯轴连接于所述主机；所述径向扩张部件分别与所述研磨条安装座和基础芯轴连接，用于驱动所有研磨条安装座及其上的研磨条沿所述研磨条组件夹具的径向同步向外扩张加载并在所述基础芯轴与所述研磨条安装座之间传递扭矩；
根据所述研具套件不同的相对回转方式，所述主机的构型是研磨条组件回转型或是研磨套回转型；对于研磨条组件回转型主机，所述主机包括研磨条组件回转驱动部件和研磨套夹具装夹部件；所述研磨条组件回转驱动部件用于夹持所述研磨条组件夹具中的基础芯轴并驱动所述研磨条组件回转；所述研磨套夹具装夹部件用于装夹所述研磨套夹具；对于研磨套回转型主机，所述主机包括研磨套回转驱动部件和研磨条组件夹具夹持部件；所述研磨套回转驱动部件用于装夹所述研磨套夹具并驱动所述研磨套回转；所述研磨条组件夹具夹持部件用于夹持所述研磨条组件夹具中的基础芯轴；
所述外循环系统包括收集单元、整理单元、送料单元和传输子系统；
所述收集单元设置在所述螺旋槽的出口处，用于收集从各螺旋槽的出口离开所述研磨加工区域的圆柱滚子；
所述整理单元用于将所述圆柱滚子整理成所述送料单元所要求的队列；
根据所述主机的构型不同，所述送料单元在所述设备中的设置位置和工作方式分别如下：
1)对于研磨条组件回转型主机，所述送料单元设置在所述螺旋槽的入口处，所述送料单元的机架与所述研磨套保持固定的相对位置；所述送料单元设置有送料通道，所述送料通道在所述入口处与所述螺旋槽相交；所述送料单元用于将所述圆柱滚子经过所述送料通道送入所述直线沟槽；
2)对于研磨套回转型主机，所述送料单元设置在所述研磨套的位于所述螺旋槽的入口一端，所述送料单元的机架与所述研磨套在所述研磨套的轴线的方向保持固定的相对位置，所述送料单元的机架与所述直线沟槽在所述研磨条组件的周向保持固定的相对位置；各直线沟槽位于所述研磨套的端面之外并临近所述端面的区域为送料等待区，所述端面位于所述螺旋槽的入口端；所述送料单元用于将所述圆柱滚子经过所述送料等待区送入所述螺旋槽的入口；
所述传输子系统用于在所述外循环系统中的各单元之间传输所述圆柱滚子；
研磨加工过程中，所述圆柱滚子在所述外循环系统中的外循环移动路径为：自所述螺旋槽的出口依次经过收集单元、整理单元、送料单元至所述螺旋槽的入口；所述圆柱滚子在所述研磨条组件和研磨套之间沿所述螺旋槽的螺旋移动路径与在所述外循环系统中的外循环移动路径相结合形成一个封闭循环；
所述径向扩张机构为锥面径向扩张机构、联通型流体压力径向扩张机构和微位移单元径向扩张机构中的一种。
将本发明中所述的设备用于铁磁性材质的圆柱滚子的滚动表面精加工，将研磨加工时与所述滚动表面发生接触的所述螺旋槽的表面记为螺旋槽工作面一，其中，所述研磨套由导磁材料制造；在下述两处位置之一设置有圆筒状磁性结构，以在所述研磨加工区域形成磁力线分布于所述研磨套的轴截面的研磨套磁场：
1)在所述研磨套的实体内部嵌装所述圆筒状磁性结构；所述螺旋槽工作面一沿所述扫描路径A嵌入有一条或多条螺旋带状非导磁材料，或者在背对所述螺旋槽工作面一的研磨套的实体的内腔一侧沿所述扫描路径A设置有一条或多条螺旋带状研磨套隔磁槽或者多条圆环带状研磨套隔磁槽，以增加所述研磨套磁场的磁力线通过所述研磨套在所述螺旋槽工作面一处的实体的磁阻；
2)所述研磨套夹具还包括由导磁材料制造的磁性套筒，所述研磨套夹具通过所述磁性套筒装夹所述研磨套；在所述磁性套筒的内壁中部嵌装所述圆筒状磁性结构，所述磁性套筒套装在所述研磨套的外周，所述磁性套筒与所述研磨套在所述圆筒状磁性结构的两端相连以导通所述研磨套磁场；所述螺旋槽工作面一沿所述扫描路径A嵌入有一条或多条螺旋带状非导磁材料，或者在背对所述螺旋槽工作面一的研磨套的外壁沿所述扫描路径A设置有一条或多条螺旋带状研磨套隔磁槽或者多条圆环带状研磨套隔磁槽，以增加所述研磨套磁场的磁力线通过所述研磨套在所述螺旋槽工作面一处的实体的磁阻；
所述外循环系统还包括退磁单元，所述退磁单元用于对被所述圆筒状磁性结构的研磨套磁场磁化的铁磁性材质的圆柱滚子消磁。
本发明同时还提出一种用于圆柱滚子的滚动表面精加工的方法，采用本发明所述的设备，实现圆柱滚子的滚动表面批量循环精加工，包括以下具体步骤：
步骤一、启动所述径向扩张机构，使所述研磨条组件沿其径向向所述研磨套的内表面趋进，至所述螺旋槽与所述直线沟槽的每一交会处的研磨加工区域的空间能够且仅能够容纳一个圆柱滚子：
步骤二、启动所述研磨条组件回转驱动部件或者研磨套回转驱动部件，使所述研磨条组件与所述研磨套以0～10rpm的初速度相对回转；
步骤三、启动所述传输子系统、整理单元和送料单元；调整所述送料单元、传输子系统和整理单元的运行速度，从而建立所述圆柱滚子在所述研磨条组件和研磨套之间沿所述螺旋槽的螺旋移动与经由所述外循环系统的收集、整理和送料的封闭循环；
步骤四、调整所述研磨条组件与所述研磨套的相对回转速度至5～60rpm的工作回转速度，进一步调整所述送料单元、传输子系统和整理单元的运行速度，使得所述外循环系统中的收集单元、整理单元、送料单元和传输子系统各处的圆柱滚子的存量匹配、外循环顺畅有序；
步骤五、对所述研磨加工区域加注研磨液；
步骤六、包括：
1)调整所述径向扩张机构，使所述研磨条组件沿其径向向所述研磨套的内表面进一步趋进，至所述研磨加工区域内的圆柱滚子分别与所述直线沟槽工作面和螺旋槽工作面发生接触；
2)进一步调整所述径向扩张机构，对分布于所述研磨加工区域内的每个圆柱滚子平均施加0.5～2N的初始压力；所述圆柱滚子在所述螺旋槽工作面的摩擦驱动下绕自身轴线作旋转运动，同时在所述螺旋槽工作面和直线沟槽工作面的推挤作用下分别沿所述直线沟槽和螺旋槽移动；所述滚动表面与所述螺旋槽工作面和直线沟槽工作面发生相对滑动，所述滚动表面开始经受所述螺旋槽工作面和直线沟槽工作面的研磨加工；
步骤七、随着研磨加工过程稳定运行，进一步调整所述径向扩张机构，对分布于所述研磨加工区域内的每个圆柱滚子平均施加2～50N的工作压力；所述圆柱滚子保持步骤六的与所述螺旋槽工作面和直线沟槽工作面的接触关系、绕自身轴线的旋转运动以及沿所述直线沟槽和螺旋槽的运动关系，所述滚动表面继续经受所述螺旋槽工作面和直线沟槽工作面的研磨加工；
步骤八、经过一段时间的研磨加工后，对所述圆柱滚子进行抽检；当所述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；当所述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、逐渐减小对所述圆柱滚子施加的压力并最终至零；停止所述整理单元、送料单元和传输子系统运行，调整所述研磨条组件与所述研磨套的相对回转速度至零；停止对所述研磨加工区域加注研磨液；所述研磨条组件沿其径向退回到非工作位置。
本发明同时还提出一种用于铁磁性材质的圆柱滚子的滚动表面精加工的方法，与前述方法的不同之处在于：
采用前述用于铁磁性材质的圆柱滚子的滚动表面精加工的设备，实现铁磁性材质的圆柱滚子的滚动表面批量循环精加工；
其中，本发明所述方法的具体步骤与前述方法的具体步骤的不同之处在于：
步骤三、启动所述传输子系统、整理单元、送料单元和退磁单元；调整所述送料单元、传输子系统和整理单元的运行速度，从而建立所述圆柱滚子在所述研磨条组件和研磨套之间沿所述螺旋槽的螺旋移动与经由所述外循环系统的收集、整理和送料的封闭循环；
步骤六、其中的：
2)进一步调整径所述向扩张机构，对分布于所述研磨加工区域内的每个圆柱滚子平均施加0.5～2N的初始压力；
所述圆筒状磁性结构进入工作状态，调整所述研磨套磁场的磁场强度，从而驱动所述圆柱滚子绕自身轴线作旋转运动；与此同时，在所述螺旋槽工作面和直线沟槽工作面的推挤作用下所述圆柱滚子分别沿所述直线沟槽和螺旋槽移动；所述滚动表面与所述螺旋槽工作面和直线沟槽工作面发生相对滑动，所述滚动表面开始经受所述螺旋槽工作面和直线沟槽工作面的研磨加工；
步骤九、逐渐减小对所述圆柱滚子施加的压力并最终至零；停止所述整理单元、送料单元和传输子系统运行，调整所述研磨条组件与所述研磨套的相对回转速度至零；所述圆筒状磁性结构切换至非工作状态，停止所述退磁单元运行；停止对所述研磨加工区域加注研磨液；所述研磨条组件沿其径向退回到非工作位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所述的圆柱螺旋槽设置在研磨套的内表面，各直线沟槽设置在一个可径向扩张的呈圆周柱状阵列分布的研磨条组件的研磨条上。一方面，本发明所述的研磨条组件的阵列半径是定值，不会出现现有技术中因作为研磨盘基面的正圆锥面的大端和小端的圆周周长不一所引起的直线沟槽数量受限于正圆锥面的小端的圆周周长的情况，同时参与研磨的圆柱滚子的数量较现有技术大幅提高，可以更好地发挥多样本直接比较加工方法的优势；另一方面，由于所述螺旋槽的不同位置绕所述研磨条组件的轴线相对所述直线沟槽的回转线速度相同，圆柱滚子在所述螺旋槽的不同位置的自转速度相同，圆柱滚子的滚动表面的材料去除速率和研具工作面的磨损速率不随圆柱滚子在所述螺旋槽的位置发生变化，从而有利于圆柱滚子的滚动表面尺寸一致性的提高。
附图说明
图1-1是圆柱滚子精加工的研具套件示意图；
图1-2是圆柱滚子的三维结构示意图；
图1-3是研磨加工状态下圆柱滚子在直线沟槽和螺旋槽内的分布示意图；
图1-4是直线沟槽扫描面与圆柱滚子的实体扫描关系示意图；
图1-5是圆柱滚子精加工的直线沟槽扫描面的法截面轮廓示意图；
图1-6是螺旋槽扫描面与圆柱滚子的实体扫描关系示意图；
图1-7(a)是圆柱滚子与螺旋槽工作面的接触关系示意图一；
图1-7(b)是圆柱滚子与螺旋槽工作面的接触关系示意图二；
图1-8(a)是锥面径向扩张机构示意图；
图1-8(b)是图1-8(a)中所示剖切位置的剖面图；
图1-8(c)是联通型流体径向扩张机构示意图；
图1-8(d)是图1-8(c)中所示剖切位置的剖面图；
图1-8(e)是微位移单元径向扩张机构示意图；
图1-8(f)是图1-8(e)中所示剖切位置的剖面图；
图1-9是圆柱滚子精加工的卧式研磨条组件回转型主机的研具套件相对运动与外循环系统示意图；
图1-10是研磨条组件回转型主机的圆柱滚子经过送料通道进入直线沟槽示意图；
图1-11是立式研磨套回转型主机的研具套件相对运动与圆柱滚子经过直线沟槽进入螺旋槽的入口示意图；
图2-1(a)是圆柱滚子精加工的圆筒状磁性结构示意与研磨加工区域的磁场分布示意图一；
图2-1(b)是图2-1(a)中的A部放大图，是研磨加工区域的磁力线优选通过铁磁性材质的圆柱滚子的示意图；
图2-2(a)是圆柱滚子精加工的圆筒状磁性结构示意与研磨加工区域的磁场分布示意图二；
图2-2(b)是图2-2(a)中的B部放大图，是研磨加工区域的磁力线优选通过铁磁性材质的圆柱滚子的示意图；
图2-3是圆柱滚子精加工的圆筒状磁性结构示意与研磨加工区域的磁场分布示意图三；
图2-4是圆柱滚子精加工的圆筒状磁性结构示意与研磨加工区域的磁场分布示意图四；
图2-5是包括退磁单元的圆柱滚子精加工的卧式研磨条组件回转型主机的外循环系统示意图；
图中：
12研磨条安装座；14-基础芯轴；141-导向轴套B；1411-导向孔B；142-锥度芯轴；1421-外圆锥面；152-导柱B；162-轴形缸体；163-母腔；164-缸套；165-活塞杆；17-微位移单元；171-推杆；
21-研磨套；211-螺旋槽；2111-螺旋槽工作面；21111-螺旋槽工作面一；21112-螺旋槽工作面二；2112-螺旋槽扫描面；21121-螺旋槽扫描面一；21122-螺旋槽扫描面二；2121-圆柱螺旋线A；213-研磨套的轴线；215-引导面；217-圆筒状磁性结构；2171-研磨套磁场的磁力线；218-螺旋带状非导磁材料；2181-研磨套隔磁槽；219-磁性套筒；
22-研磨条；221-直线沟槽；2211-直线沟槽工作面；2212-直线沟槽扫描面；2213-直线沟槽的法截面；22131-法截面轮廓B；2221-直线B；223-研磨条组件的轴线；225-送料等待区；226-可扩展支撑件；
31-圆柱滚子的轴线；32-滚动表面；322-接触线二；34-端面倒圆角；341-接触线四；
41-收集单元；42-整理单元；43-送料单元；431-送料通道；44-退磁单元；
N-圆柱滚子的端面倒圆角与螺旋槽工作面二的接触点；O1-圆柱滚子的质心；
d-嵌入深度；t-非导磁材料的宽度；d'-隔磁槽深度；t'-隔磁槽宽度。
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。
研具套件实施例1：一种用于圆柱滚子的滚动表面精加工的研具套件。
如图1-1所示，所述研具套件包括研磨套21和研磨条组件。研磨加工时，所述研磨套21与所述研磨条组件同轴，图中，标记213为所述研磨套21的轴线，标记223为所述研磨条组件的轴线，所述研磨条组件贯穿所述研磨套21。所述研磨套21的内表面设有一条或者多条螺旋槽211，所述螺旋槽211为圆柱螺旋槽。所述研磨条组件包括不少于3个、呈圆周柱状阵列分布的研磨条22，各研磨条22与所述研磨套21的内表面相对的表面为所述研磨条22的正面，每个研磨条22的正面均设置有一条沿所述研磨条22的长度方向贯穿所述研磨条22的直线沟槽221。图1-1中示出的研磨套21的内表面仅设有一条螺旋槽211，标记2221为直线B，参见图1-4。
图1-2为要加工的圆柱滚子的三维结构，所述圆柱滚子的表面包括滚动表面32、位于一端的端面倒圆角34和端平面、位于另一端的端面倒圆角34和端平面。
如图1-1和图1-3所示(图1-3为研磨加工状态下所述圆柱滚子在所述螺旋槽211和直线沟槽221内的分布示意图，图中左侧一个研磨条被剖切以便于显示所述圆柱滚子在所述螺旋槽211内的分布)，所述螺旋槽211的表面包括研磨加工时与所述圆柱滚子发生接触的螺旋槽工作面2111和与所述圆柱滚子不发生接触的非工作面(图中未标记)。所述直线沟槽221的表面包括研磨加工时与所述圆柱滚子发生接触的直线沟槽工作面2211和与所述圆柱滚子不发生接触的非工作面(图中未标记)。
如图1-1、图1-3、图1-9和图1-11所示，研磨加工时，在所述螺旋槽211与所述直线沟槽221的每一交会处分布一个圆柱滚子。对应每一交会处，所述螺旋槽工作面2111与所述直线沟槽工作面2211合围而成的区域为研磨加工区域。所述研磨条组件与所述研磨套21绕所述研磨条组件的轴线223相对回转，所述研磨条22沿所述研磨条组件的径向向分布在所述螺旋槽211内的圆柱滚子施加工作压力，参见图1-8(a)、图1-8(b)、图1-8(c)、图1-8(d)、图1-8(e)和图1-8(f)。在所述研磨加工区域，所述圆柱滚子分别与所述螺旋槽工作面2111和直线沟槽工作面2211发生接触。所述圆柱滚子在所述螺旋槽工作面2111的摩擦驱动下绕自身轴线作旋转运动，同时在所述直线沟槽工作面2211和螺旋槽工作面2111的推挤作用下分别沿所述螺旋槽211和直线沟槽221移动，所述圆柱滚子的滚动表面32与所述螺旋槽工作面2111和直线沟槽工作面2211发生相对滑动，从而实现对所述滚动表面32的研磨加工。
所述直线沟槽工作面2211在直线沟槽扫描面2212上，所述直线沟槽扫描面2212为等截面扫描面。如图1-1、图1-3和图1-4所示，以所述圆柱滚子作为所述直线沟槽扫描面2212的实体扫描的扫描轮廓B，所述直线沟槽扫描面2212的扫描路径B为平行于所述研磨条组件的阵列轴的直线，将过所述圆柱滚子的质心O1(在所述圆柱滚子的轴线上)的扫描路径B记为直线B 2221，所述直线B 2221到所述阵列轴的距离为阵列半径，所述阵列轴为所述研磨条组件的轴线。作为所述扫描轮廓B的圆柱滚子的轴线31重合于所述直线B 2221。将所述扫描轮廓B沿所述扫描路径B进行实体扫描，则在所述研磨条22的正面由所述扫描轮廓B包络形成的沟槽表面为所述直线沟槽扫描面2212。
所述直线沟槽221的法截面是垂直于所述直线B 2221的平面。如图1-4和图1-5所示，在直线沟槽的法截面2213内，所述直线沟槽扫描面的法截面轮廓A 22131为圆弧A，所述圆弧A的曲率半径与所述滚动表面32的曲率半径相等。在所述直线沟槽的法截面2213内，所述直线沟槽工作面2211的初始轮廓为所述圆弧A、或者为断续的圆弧A、或者为与所述圆弧A外切的V形或与所述圆弧A外切的多边形。
研磨加工时，如图1-3所示，所述滚动表面32与所述直线沟槽工作面2211发生面接触。
所述直线沟槽扫描面2212为等截面扫描面的具体含义为：在所述直线沟槽221的不同位置处的直线沟槽的法截面2213内，所述直线沟槽扫描面的法截面轮廓A 22131保持不变。
可以理解到，本发明所述直线沟槽扫描面2212与所述直线沟槽工作面2211的关系为：所述直线沟槽扫描面2212是连续表面，所述直线沟槽工作面2211与所述直线沟槽扫描面2212具有相同的形状、位置和边界，在不影响所述圆柱滚子与所述直线沟槽工作面2211的接触关系、不影响所述滚动表面32的研磨均匀性的前提下所述直线沟槽工作面2211可以是断续的。
本发明中，推荐所有直线沟槽221绕所述研磨条组件的轴线223均布。
所述螺旋槽工作面2111在螺旋槽扫描面2112上，所述螺旋槽扫描面2112为等截面扫描面。所述螺旋槽工作面2111包括研磨加工时与所述滚动表面32发生接触的螺旋槽工作面一21111和与所述圆柱滚子的一端的端面倒圆角34发生接触的螺旋槽工作面二21112。所述螺旋槽工作面一21111和螺旋槽工作面二21112分别在螺旋槽扫描面一21121和螺旋槽扫描面二21122上。如图1-1、图1-3和图1-6所示，以所述圆柱滚子作为所述螺旋槽扫描面2112的实体扫描的扫描轮廓A，所述螺旋槽扫描面2112的扫描路径A为圆柱螺旋线，所述圆柱螺旋线是圆柱等距螺旋线或者圆柱非等距螺旋线，将过所述圆柱滚子的质心O1的扫描路径A记为圆柱螺旋线A 2121，所有圆柱螺旋线A 2121在同一圆柱面上，所述圆柱螺旋线A 2121的轴线为所述研磨套21的轴线。作为所述扫描轮廓A的圆柱滚子的轴线31平行于所述研磨套的轴线213。将所述扫描轮廓A沿所述扫描路径A进行实体扫描，则在所述研磨套21的内表面由作为所述扫描轮廓A的圆柱滚子的滚动表面32和一端的端面倒圆角34包络形成的沟槽表面为所述螺旋槽扫描面2112。其中，由所述滚动表面32包络形成的沟槽表面为所述螺旋槽扫描面一21121，由所述端面倒圆角34包络形成的沟槽表面为所述螺旋槽扫描面二21122。
研磨加工时，所述阵列半径相等于所述圆柱螺旋线A 2121的半径。
在所述直线沟槽工作面2211的约束下，所述滚动表面32与所述螺旋槽工作面一21111发生线接触，所述圆柱滚子的一端的端面倒圆角34与所述螺旋槽工作面二21112发生接触。
如图1-7(a)和图1-7(b)所示，标记322为所述滚动表面32与所述螺旋槽工作面一21111的接触线二。如图1-7(a)所示，当所述扫描路径A为圆柱等距螺旋线时，由于所述圆柱等距螺旋线的螺旋升角为定角，所述圆柱滚子的一端的端面倒圆角34与所述螺旋槽工作面二21112发生线接触，标记341为所述端面倒圆角34与所述螺旋槽工作面二21112的接触线四。如图1-7(b)所示，当所述扫描路径A为圆柱非等距螺旋线时，由于所述圆柱非等距螺旋线的螺旋升角不为定角，所述圆柱滚子的一端的端面倒圆角34与所述螺旋槽工作面二21112发生点接触，接触点N在所述端面倒圆角34上的位置随所述圆柱滚子在所述螺旋槽211上的位置变化而变化。
所述螺旋槽扫描面2112为等截面扫描面的具体含义为：在所述螺旋槽211的不同位置处的研磨套的轴截面内，所述螺旋槽扫描面2112的轴截面轮廓保持不变。
可以理解到，本发明所述螺旋槽扫描面2112与所述螺旋槽工作面2111的关系为：所述螺旋槽扫描面2112是连续表面，所述螺旋槽工作面2111与所述螺旋槽扫描面2112具有相同的形状、位置和边界，在不影响所述圆柱滚子与所述螺旋槽工作面2111的接触关系、不影响所述滚动表面32的研磨均匀性的前提下所述螺旋槽工作面2111可以是断续的。
本发明中，推荐所有螺旋槽211绕所述研磨套的轴线213均布。
研具套件实施例2：一种用于铁磁性材质(如GCr15、G20CrNi2MoA、Cr4Mo4V30等)的圆柱滚子的滚动表面精加工的研具套件。
所述研具套件与研具套件实施例1所述的研具套件的主要不同之处在于：
所述研磨套21由导磁材料制造，如图2-1(a)和图2-1(b)所示，图2-1(b)为图2-1(a)的A部放大，在所述研磨套21的实体内部嵌装有圆筒状磁性结构217，以在所述研磨加工区域形成磁力线分布于所述研磨套21的轴截面的研磨套磁场，标记2171为所述研磨套磁场的磁力线。所述螺旋槽工作面一21111沿所述扫描路径A嵌入有一条或多条螺旋带状非导磁材料218，以增加所述研磨套磁场的磁力线2171通过所述研磨套21在所述螺旋槽工作面一21111处的实体的磁阻。图2-1(a)和图2-1(b)中，所述螺旋槽工作面一21111嵌入有一条螺旋带状非导磁材料218。
所述螺旋带状非导磁材料218的宽度t、嵌入深度d和相邻两条螺旋带状非导磁材料的间距一方面需满足所述螺旋槽工作面一21111对结构强度和刚度的要求，另一方面应保证研磨加工时在所述研磨加工区域的研磨套磁场的磁力线2171优先通过与所述螺旋槽工作面一21111发生接触的圆柱滚子。
所述圆筒状状磁性结构217可为永磁结构或者电磁结构或电控永磁结构。所述导磁材料采用导磁率较高的软磁结构材料如软铁、低碳钢、中碳钢以及软磁合金等，所述螺旋带状非导磁材料218采用非铁磁结构材料如有色金属、奥氏体不锈钢等。
研具套件实施例3：一种用于铁磁性材质(如GCr15、G20CrNi2MoA、Cr4Mo4V30等)的圆柱滚子的滚动表面精加工的研具套件。
所述研具套件与研具套件实施例2所述的研具套件的主要不同之处在于：
如图2-2(a)和图2-2(b)所示，图2-2(b)为图2-2(a)的B部放大，所述螺旋槽工作面一21111沿所述扫描路径A未嵌入螺旋带状非导磁材料，但在背对所述螺旋槽工作面一的研磨套21的实体的内腔一侧沿所述扫描路径A设置有一条或多条螺旋带状研磨套隔磁槽2181或者多条圆环带状研磨套隔磁槽2181，以增加所述研磨套磁场的磁力线2171通过所述研磨套21在所述螺旋槽工作面一21111处的实体的磁阻。
所述研磨套隔磁槽2181的宽度t'、深度d'和相邻研磨套隔磁槽的间距一方面需满足所述螺旋槽工作面一21111对结构强度和刚度的要求，另一方面应保证研磨加工时在所述研磨加工区域的研磨套磁场的磁力线2171优先通过与所述螺旋槽工作面一21111发生接触的圆柱滚子。
设备实施例1：一种用于圆柱滚子的滚动表面精加工的设备。
所述设备包括主机、外循环系统、研磨套夹具、研磨条组件夹具和如研具套件实施例1所述的研具套件。
所述研磨套夹具用于装夹所述研磨套21。
所述研磨条组件夹具用于装夹所述研磨条组件。所述研磨条组件夹具包括一组呈圆周柱状阵列分布的用于固连所述研磨条22的研磨条安装座12和位于所述研磨条组件夹具的中心的径向扩张机构。所述研磨条22的背面(背对所述研磨条22的正面的表面)固连于所述研磨条安装座12位于所述研磨条组件夹具的外周的表面。参见图1-8(a)、图1-8(b)、图1-8(c)、图1-8(d)、图1-8(e)和图1-8(f)，所述径向扩张机构包括径向扩张部件和与所述研磨条组件同轴的基础芯轴。所述研磨条组件的轴线223为所述研磨条组件夹具的轴线。所述基础芯轴连接于所述主机。所述径向扩张部件分别与所述研磨条安装座12和基础芯轴连接，用于驱动所有研磨条安装座12及其上的研磨条22沿所述研磨条组件夹具的径向同步向外扩张加载并在所述基础芯轴与所述研磨条安装座12之间传递扭矩。
所述径向扩张机构为锥面径向扩张机构、联通型流体压力径向扩张机构和微位移单元径向扩张机构中的一种。
如图1-8(a)和图1-8(b)所示，所述锥面径向扩张机构的基础芯轴包括导向轴套B141和锥度芯轴142，所述导向轴套B 141的内表面为内圆柱面，所述导向轴套B 141的圆周设置有导向孔B 1411，所有导向孔B 1411沿所述研磨条组件夹具的径向布置。所述锥度芯轴142设有同轴的外圆柱面和多个外圆锥面1421，所述锥度芯轴142的外圆柱面与所述导向轴套B 141的内圆柱面滑动配合。所述锥面径向扩张机构的径向扩张部件为导柱B 152，所述导柱B 152的一端与所述研磨条安装座12固连，所述导柱B 152的另一端的端表面与所述外圆锥面1421相切，所述导柱B 152的柱面与所述导向孔B 1411滑动配合。当所述锥度芯轴142相对导向轴套B 141向所述外圆锥面1421的小端方向移动时，在所述外圆锥面1421的作用下所述导柱B 152推动所述研磨条安装座12及其上的研磨条22沿所述研磨条组件的径向同步向外扩张。所述导柱B 152在所述导向轴套B 141与所述研磨条安装座12之间传递扭矩。
如图1-8(c)和图1-8(d)所示，所述联通型流体压力径向扩张机构的基础芯轴为带有母腔163和多个缸套164的轴形缸体161，所述缸套164沿所述轴形缸体161的外周、所述研磨条组件夹具的径向布置，所述母腔163和缸套164连通并充满液压油或者压缩空气。所述联通型流体压力径向扩张机构的径向扩张部件为设置于每个缸套164的活塞杆165，所述活塞杆165的活塞端在所述缸套164内滑动，所述活塞杆165的另一端与所述研磨条安装座12固连。当所述母腔163内的液压油或者压缩空气的压力增加时，所述活塞杆165推动所述研磨条安装座12及其上的研磨条22沿所述研磨条组件的径向同步向外扩张。所述活塞杆165在所述轴形缸体161与所述研磨条安装座12之间传递扭矩。
如图1-8(e)和图1-8(f)所示，所述微位移单元径向扩张机构的径向扩张部件为微位移单元17，所述微位移单元17为电致伸缩单元、磁致伸缩单元、伸缩电机单元、超声电机单元、气动单元和液动单元等可产生一维微位移的伸缩单元之一。所述微位移单元17安装于所述基础芯轴14的外周沿所述研磨条组件夹具的径向布置。所述微位移单元设有推杆171，所述推杆171与所述研磨条安装座12固连。在控制器的控制下所有推杆171沿所述研磨条组件夹具的径向产生相同的微位移并推动所述研磨条安装座12及其上的研磨条22沿所述研磨条组件夹具的径向同步向外扩张。所述微位移单元17在所述基础芯轴14与所述研磨条安装座12之间传递扭矩。
根据所述研磨套的轴线213的不同位置，所述主机构型包括卧式构型和立式构型。当所述研磨套的轴线213位于水平面时，所述主机构型为卧式构型，如图1-9所示。当所述研磨套的轴线213垂直于水平面时，所述主机构型为立式构型，如图1-11所示。
根据所述研具套件不同的相对回转方式，所述主机的构型是研磨条组件回转型或是研磨套回转型；对于研磨条组件回转型主机，所述主机包括研磨条组件回转驱动部件和研磨套夹具装夹部件；所述研磨条组件回转驱动部件用于夹持所述研磨条组件夹具中的基础芯轴并驱动所述研磨条组件回转；所述研磨套夹具装夹部件用于装夹所述研磨套夹具；对于研磨套回转型主机，所述主机包括研磨套回转驱动部件和研磨条组件夹具夹持部件；所述研磨套回转驱动部件用于装夹所述研磨套夹具并驱动所述研磨套21回转；所述研磨条组件夹具夹持部件用于夹持所述研磨条组件夹具中的基础芯轴。
如图1-9所示(图1-9是卧式研磨条组件回转型主机的研具套件相对运动与外循环系统示意图，图中左侧部分研磨条和可扩展支撑件被隐去以便于显示所述圆柱滚子从所述螺旋槽211的出口离开所述研磨加工区域)，所述外循环系统包括收集单元41、整理单元42、送料单元43和传输子系统。
所述收集单元41设置在所述螺旋槽211的出口处，用于收集从各螺旋槽211的出口离开所述研磨加工区域的圆柱滚子。
所述整理单元42用于将所述圆柱滚子整理成所述送料单元43所要求的队列，所述队列为相邻圆柱滚子之间滚动表面对滚动表面或相邻圆柱滚子之间端面对端面的一个圆柱滚子接着一个圆柱滚子的串行队列。
如图1-9和图1-10所示，对于研磨条组件回转型主机，所述送料单元43设置在所述螺旋槽211的入口处，所述送料单元43的机架与所述研磨套21保持确定的相对位置。所述送料单元43设置有送料通道431，所述送料通道431在所述入口处与所述螺旋槽211相交。在所述研磨条组件回转过程中，当任一直线沟槽221与所述送料通道431相对时，所述送料单元43将所述圆柱滚子经过所述送料通道431送入所述直线沟槽221。图1-10所示为卧式研磨条组件回转型主机的圆柱滚子经过所述送料通道431进入所述直线沟槽221的例子。
如图1-11所示，对于研磨套回转型主机，所述送料单元43设置在所述研磨套21的位于所述螺旋槽211的入口一端，所述送料单元43的机架与所述研磨套21在所述研磨套的轴线213的方向保持固定的相对位置，所述送料单元43的机架与所述直线沟槽221在所述研磨条组件的周向保持固定的相对位置。各直线沟槽221位于所述研磨套21的端面之外并临近所述端面的区域为送料等待区225，所述端面位于所述螺旋槽211的入口端。在所述研磨套回转过程中，当任一螺旋槽211的入口与所述直线沟槽221相对时，所述送料单元43将所述圆柱滚子经过所述送料等待区225送入所述螺旋槽211的入口。图1-11所示为立式研磨套回转型主机的圆柱滚子经过所述直线沟槽221的送料等待区225进入所述螺旋槽211的入口的例子。
所述传输子系统用于在所述外循环系统中的各单元之间传输所述圆柱滚子。
研磨加工过程中，所述圆柱滚子在所述外循环系统中的外循环移动路径为：自所述螺旋槽211的出口依次经过收集单元41、整理单元42、送料单元43至所述螺旋槽211的入口。所述圆柱滚子在所述研磨条组件和研磨套21之间沿所述螺旋槽211的螺旋移动路径与在所述外循环系统中的外循环移动路径相结合形成一个封闭循环。
如图1-10所示，对于研磨条组件回转型主机，所述研磨条组件夹具还包括可扩展支撑件226，所述可扩展支撑件226设置于相邻的两个研磨条22之间，与所述研磨条22或固连所述研磨条22的研磨条安装座12连接，所述可扩展支撑件226相对所述研磨套21的内表面的表面与相邻的研磨条22的正面平滑过渡。在所述研磨条组件回转过程中，所述可扩展支撑件226用于在所述螺旋槽211的入口处对即将进入与所述送料通道431相对的直线沟槽221的圆柱滚子提供支撑。所述可扩展支撑件226为可扩展结构或者为由低弹性模量材料制造的块体结构，在所述研磨条组件沿所述研磨条组件夹具的径向同步向外扩张时所述可扩展支撑件226沿所述研磨条组件夹具的周向同步扩展。
设备实施例2：一种用于铁磁性材质(如GCr15、G20CrNi2MoA、Cr4Mo4V30等)的圆柱滚子的滚动表面精加工的设备。
所述设备与设备实施例1所述的设备的主要不同之处在于：
在下述两处位置之一设置有圆筒状磁性结构，以在所述研磨加工区域形成磁力线分布于所述研磨套21的轴截面的研磨套磁场：
1)如图2-1(a)和图2-1(b)所示，图2-1(b)为图2-1(a)的A部放大，在所述研磨套21的实体内部嵌装所述圆筒状磁性结构217，标记2171为所述研磨套磁场的磁力线。
2)所述研磨套夹具还包括由导磁材料制造的磁性套筒219，所述研磨套夹具通过所述磁性套筒219装夹所述研磨套21。如图2-3所示，在所述磁性套筒219的内壁中部嵌装所述圆筒状磁性结构217'，所述磁性套筒219套装在所述研磨套21的外周，所述磁性套筒219与所述研磨套21在所述圆筒状磁性结构217'的两端相连以导通所述研磨套磁场，标记2171为所述研磨套磁场的磁力线。由于两端的连接情况相同，图2-3中仅示出了所述磁性套筒219与所述研磨套21在所述圆筒状磁性结构217'一端的相连情况。
所述研磨套21由导磁材料制造，所述螺旋槽工作面一21111沿所述扫描路径A嵌入有一条或多条螺旋带状非导磁材料218，以增加所述研磨套磁场的磁力线2171通过所述研磨套21在所述螺旋槽工作面一21111处的实体的磁阻。图2-1(a)、图2-1(b)和图2-3中，所述螺旋槽工作面一21111嵌入有一条螺旋带状非导磁材料218。
所述螺旋带状非导磁材料218的宽度t、嵌入深度d和相邻两条螺旋带状非导磁材料的间距一方面需满足所述螺旋槽工作面一21111对结构强度和刚度的要求，另一方面应保证研磨加工时在所述研磨加工区域的研磨套磁场的磁力线2171优先通过与所述螺旋槽工作面一21111发生接触的圆柱滚子。
所述圆筒状状磁性结构可为永磁结构或者电磁结构或电控永磁结构。所述导磁材料采用导磁率较高的软磁结构材料如软铁、低碳钢、中碳钢以及软磁合金等，所述螺旋带状非导磁材料218采用非铁磁结构材料如有色金属、奥氏体不锈钢等。
所述设备中的外循环系统还包括退磁单元44，如图2-1(a)、图2-1(b)、图2-3和图2-5所示(图2-5是包括退磁单元的圆柱滚子精加工的卧式研磨条组件回转型主机的外循环系统示意图，图中左侧部分研磨条和可扩展支撑件被隐去以便于显示所述圆柱滚子从所述螺旋槽211的出口离开所述研磨加工区域)，所述退磁单元44用于对被所述圆筒状磁性结构的研磨套磁场磁化的铁磁性材质的圆柱滚子消磁。
设备实施例3：一种用于铁磁性材质(如GCr15、G20CrNi2MoA、Cr4Mo4V30等)的圆柱滚子的滚动表面精加工的设备。
所述设备与设备实施例2所述的设备的主要不同之处在于：
当所述圆筒状磁性结构217嵌装于所述研磨套21的实体内部时，如图2-2(a)、图2-2(b)所示，图2-2(b)为图2-2(a)的B部放大，所述螺旋槽工作面一21111沿所述扫描路径A未嵌入螺旋带状非导磁材料，但在背对所述螺旋槽工作面一的研磨套21的实体的内腔一侧沿所述扫描路径A设置有一条或多条螺旋带状研磨套隔磁槽2181或者多条圆环带状研磨套隔磁槽2181，以增加所述研磨套磁场的磁力线2171通过所述研磨套21在所述螺旋槽工作面一21111处的实体的磁阻。
当所述圆筒状磁性结构217'嵌装于所述磁性套筒219的内壁中部时，如图2-4所示，所述螺旋槽工作面一21111沿所述扫描路径A未嵌入螺旋带状非导磁材料，但在背对所述螺旋槽工作面一的研磨套21的外壁沿所述扫描路径A设置有一条或多条螺旋带状研磨套隔磁槽2181或者多条圆环带状研磨套隔磁槽2181，以增加所述研磨套磁场的磁力线2171通过所述研磨套21在所述螺旋槽工作面一21111处的实体的磁阻。
所述研磨套隔磁槽2181的宽度t'、深度d'和相邻研磨套隔磁槽的间距一方面需满足所述螺旋槽工作面一21111对结构强度和刚度的要求，另一方面应保证研磨加工时在所述研磨加工区域的研磨套磁场的磁力线2171优先通过与所述螺旋槽工作面一21111发生接触的圆柱滚子。
方法实施例1：一种用于圆柱滚子的滚动表面精加工的方法。
所述方法采用如设备实施例1所述的设备，用于所述圆柱滚子的滚动表面批量循环精加工。
采用游离磨粒研磨方式或者固结磨粒研磨方式。
分别选择所述直线沟槽工作面2211的材料和所述螺旋槽工作面2111的材料，使得在研磨加工工况下所述螺旋槽工作面2111的材料与所述圆柱滚子的材料组成的摩擦副对所述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直线沟槽工作面2211的材料与所述圆柱滚子的材料组成的摩擦副对所述圆柱滚子绕自身轴线旋转所产生的滑动摩擦阻力矩，从而驱动所述圆柱滚子绕自身轴线连续旋转。其中，采用固结磨粒研磨时，所述直线沟槽工作面2211由固结磨粒材料制成。采用游离磨粒研磨且所述直线沟槽工作面2211的材料选择聚四氟乙烯、所述螺旋槽工作面2111的材料选择聚甲基丙烯酸甲酯或者铸铁时，可实现GCr15、G20CrNi2MoA、Cr4Mo4V等材质的圆柱滚子绕自身轴线连续旋转。
如图1-9、图1-10和图1-11所示，研磨加工时，对于研磨条组件回转型主机，所述研磨条组件在所述研磨条组件回转驱动部件的驱动下绕研磨条组件的轴线223相对于所述研磨套21作回转运动；对于研磨套回转型主机，所述研磨套21在所述研磨套回转驱动部件的驱动下绕研磨套的轴线213相对于所述研磨条组件作回转运动。
所述研磨条组件在所述径向扩张机构的驱动下沿所述研磨条组件的径向向所述研磨套21的内表面趋进、扩张加载，并对分布于所述螺旋槽211内的圆柱滚子施加工作压力，参见图1-8(a)、图1-8(b)、图1-8(c)、图1-8(d)、图1-8(e)、图1-8(f)、图1-9和图1-11。
如图1-10所示，对于研磨条组件回转型主机，一个队列的圆柱滚子相对于所述研磨条组件由近及远排布在设置于所述螺旋槽211的入口处的送料单元的送料通道431内，所述队列为相邻圆柱滚子之间滚动表面对滚动表面的一个圆柱滚子接着一个圆柱滚子的串行队列，其中离所述研磨条组件最近的即将进入在所述研磨条组件回转过程中与所述送料通道431相对的直线沟槽221的圆柱滚子依托于相邻两个研磨条22之间的可扩展支撑件226。随着所述研磨条组件相对于所述研磨套21回转，当所述研磨条组件的任一直线沟槽221与所述送料通道431相对时，依托于所述可扩展支撑件226的圆柱滚子在重力作用和/或者送料单元43的推动下进入所述直线沟槽221。所述研磨条组件相对于所述研磨套21继续回转，所述圆柱滚子在所述直线沟槽工作面2211的推挤作用下经过所述螺旋槽211的入口进入所述螺旋槽211，从而进入由所述螺旋槽工作面2111与所述直线沟槽工作面2211合围而成的研磨加工区域。图1-10所示为卧式研磨条组件回转型主机的圆柱滚子进入研磨加工区域的例子。
如图1-11所示，对于研磨套回转型主机，在所述送料单元43的作用下，在任一直线沟槽221的送料等待区225沿所述直线沟槽221布置一个圆柱滚子，所述圆柱滚子在所述送料等待区225与所述直线沟槽工作面2211的接触关系相同于在研磨加工区域与所述直线沟槽工作面2211的接触关系。在所述螺旋槽211的入口端所述螺旋槽211被所述研磨套21的端面截断后暴露在所述端面、与所述螺旋槽工作面一21111毗邻的螺旋槽表面(非所述螺旋槽工作面二)记为引导面215。随着所述研磨套21相对于所述研磨条组件回转，当任一螺旋槽211的引导面215相对所述直线沟槽221的送料等待区225时，位于所述送料等待区225的圆柱滚子在重力作用和/或者送料单元43的推动下沿所述直线沟槽工作面2211和引导面215进入所述螺旋槽211的入口。所述研磨套21相对于所述研磨条组件继续回转，一方面所述圆柱滚子在所述直线沟槽工作面2211的推挤作用下经过所述入口进入所述螺旋槽211，从而进入由所述螺旋槽工作面2111与所述直线沟槽工作面2211合围而成的研磨加工区域；另一方面在所述送料单元43的作用下下一个圆柱滚子进入所述送料等待区225，等待所述引导面215或下一个螺旋槽211的引导面215与所述直线沟槽221相对时经过所述螺旋槽211的入口进入所述螺旋槽211。图1-11所示为立式研磨套回转型主机的圆柱滚子进入研磨加工区域的例子。
处于所述研磨加工区域内的圆柱滚子的滚动表面32分别与所述直线沟槽工作面2211发生面接触和与所述螺旋槽工作面一21111发生接触，参见图1-3、图1-7(a)和图1-7(b)。在所述螺旋槽工作面2111的摩擦驱动下，所述圆柱滚子绕自身轴线作旋转运动。与此同时，在所述螺旋槽工作面2111和直线沟槽工作面2211的推挤作用下，所述圆柱滚子分别沿所述直线沟槽221和螺旋槽211移动。所述圆柱滚子的滚动表面32与所述螺旋槽工作面2111和直线沟槽工作面2211发生相对滑动，从而实现对所述圆柱滚子的滚动表面32的研磨加工。同时所述圆柱滚子贯穿通过所述螺旋槽211并从所述螺旋槽211的出口脱离所述研磨加工区域。
脱离所述研磨加工区域的圆柱滚子从所述螺旋槽211的出口，顺次经由所述收集单元41、整理单元42和送料单元43，再次经过所述螺旋211的槽入口进入所述研磨加工区域，如此不断循环直至整个批次的圆柱滚子达到指定的技术指标。
所述方法的具体步骤如下：
步骤一、启动所述径向扩张机构，使所述研磨条组件沿其径向向所述研磨套21的内表面趋进，至所述螺旋槽211与所述直线沟槽221的每一交会处的研磨加工区域的空间能够且仅能够容纳一个圆柱滚子。
步骤二、启动所述研磨条组件回转驱动部件或者研磨套回转驱动部件，使所述研磨条组件与所述研磨套21以0～10rpm的初速度相对回转。
步骤三、启动所述传输子系统、整理单元42和送料单元43。调整所述送料单元43的送料速度使之与所述研磨条组件与所述研磨套21的相对回转初速度相匹配。调整所述传输子系统的传输速度和所述整理单元42的整理速度使之与所述送料单元43的送料速度相匹配。从而建立所述圆柱滚子在所述研磨条组件和研磨套21之间沿所述螺旋槽211的螺旋移动与经由所述外循环系统的收集、整理和送料的封闭循环。
步骤四、调整所述研磨条组件与所述研磨套21的相对回转速度至5～60rpm的工作回转速度，调整所述送料单元43的送料速度至工作送料速度使之与所述研磨条组件与所述研磨套21的工作回转速度相匹配，调整所述传输子系统的传输速度和所述整理单元42的整理速度，使得所述外循环系统中的收集单元41、整理单元42、送料单元43和传输子系统各处的圆柱滚子的存量匹配、外循环顺畅有序。
步骤五、对所述研磨加工区域加注研磨液。
步骤六、包括：
1)调整所述径向扩张机构，使所述研磨条组件沿其径向向所述研磨套21的内表面进一步趋进，至所述研磨加工区域内的圆柱滚子的滚动表面32分别与所述直线沟槽工作面2211发生面接触和与所述螺旋槽工作面一21111发生接触。
2)调整所述径向扩张机构，对分布于所述研磨加工区域内的每个圆柱滚子平均施加0.5～2N的初始压力。
所述圆柱滚子在所述螺旋槽工作面2111摩擦驱动下绕自身轴线作旋转运动，同时在所述螺旋槽工作面2111和直线沟槽工作面2211的推挤作用下分别沿所述直线沟槽221和螺旋槽211移动。所述滚动表面32与所述螺旋槽工作面2111和直线沟槽工作面2211发生相对滑动，所述滚动表面32开始经受所述螺旋槽工作面2111和直线沟槽工作面2211的研磨加工。
步骤七、随着研磨加工过程稳定运行，进一步调整所述径向扩张机构，对分布于所述研磨加工区域内的每个圆柱滚子平均施加2～50N的工作压力。所述圆柱滚子保持步骤六的与所述螺旋槽工作面2111和直线沟槽工作面2211的接触关系、绕自身轴线的旋转运动以及沿所述直线沟槽221和螺旋槽211的运动关系，所述滚动表面32继续经受所述螺旋槽工作面2111和直线沟槽工作面2211的研磨加工。
步骤八、经过一段时间的研磨加工后，对所述圆柱滚子进行抽检；当所述滚动表面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。当所述滚动表面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、逐渐减小对所述圆柱滚子施加的压力并最终至零。停止所述整理单元42、送料单元43和传输子系统运行，调整所述研磨条组件与所述研磨套21的相对回转速度至零。停止对所述研磨加工区域加注研磨液。所述研磨条组件沿其径向退回到非工作位置。
方法实施例2：一种用于铁磁性材质(如GCr15、G20CrNi2MoA、Cr4Mo4V等)的圆柱滚子的滚动表面精加工的方法。
所述方法与方法实施例1所述的方法的主要不同之处在于：
所述方法采用如设备实施例2或设备实施例3所述的设备，用于铁磁性材质的圆柱滚子的滚动表面批量循环精加工。
通过调整所述圆筒状磁性结构的研磨套磁场的磁场强度，使所述螺旋槽工作面2111对所述圆柱滚子产生足够强的磁吸力，以使所述螺旋槽工作面2111对所述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直线沟槽工作面2211对所述圆柱滚子绕自身轴线旋转所产生的滑动摩擦阻力矩，从而驱动所述圆柱滚子绕自身轴线连续旋转，参见图2-1(a)、图2-1(b)、图2-2(a)、图2-2(b)、图2-3、图2-4和图2-5。
其中，所述方法的具体步骤与方法实施例1所述的方法的具体步骤的不同之处在于：
步骤三、启动所述传输子系统、整理单元42、送料单元43和退磁单元44。调整所述送料单元43的送料速度使之与所述研磨条组件与所述研磨套21的相对回转初速度相匹配。调整所述传输子系统的传输速度和所述整理单元42的整理速度使之与所述送料单元43的送料速度相匹配。从而建立所述圆柱滚子在所述研磨条组件和研磨套21之间沿所述螺旋槽211的螺旋移动与经由所述外循环系统的收集、整理和送料的封闭循环。
步骤六、其中的：
2)调整所述径向扩张机构，对分布于所述研磨加工区域内的每个圆柱滚子平均施加0.5～2N的初始压力。
所述圆筒状磁性结构进入工作状态，调整所述圆筒状磁性结构的研磨套磁场的磁场强度，使得所述螺旋槽工作面2111对所述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直线沟槽工作面2211对所述圆柱滚子绕自身轴线旋转所产生的滑动摩擦阻力矩，从而驱动所述圆柱滚子绕自身轴线作旋转运动。与此同时，在所述螺旋槽工作面2111和直线沟槽工作面2211的推挤作用下所述圆柱滚子分别沿所述直线沟槽221和螺旋槽211移动。所述滚动表面32与所述螺旋槽工作面2111和直线沟槽工作面2211发生相对滑动，所述滚动表面32开始经受所述螺旋槽工作面2111和直线沟槽工作面2211的研磨加工。
步骤九、逐渐减小对所述圆柱滚子施加的压力并最终至零。停止所述整理单元42、送料单元43和传输子系统运行，调整所述研磨条组件与所述研磨套21的相对回转速度至零。所述圆筒状磁性结构切换至非工作状态。停止退磁单元44运行。停止对所述研磨加工区域加注研磨液。所述研磨条组件沿其径向退回到非工作位置。

Claims (9)

1.一种用于圆柱滚子的滚动表面精加工的研具套件，其特征在于，包括研磨套(21)和研磨条组件；研磨加工时，所述研磨套(21)与所述研磨条组件同轴，所述研磨条组件贯穿所述研磨套(21)；所述研磨套(21)的内表面设有一条或者多条螺旋槽(211)，所述螺旋槽(211)为圆柱螺旋槽；所述研磨条组件包括不少于3个、呈圆周柱状阵列分布的研磨条(22)，各研磨条(22)与所述研磨套(21)的内表面相对的表面为所述研磨条(22)的正面，每个研磨条(22)的正面均设置有一条沿所述研磨条(22)的长度方向贯穿所述研磨条(22)的直线沟槽(221)；
所述螺旋槽(211)的表面包括研磨加工时与要加工的圆柱滚子发生接触的螺旋槽工作面(2111)，所述直线沟槽(221)的表面包括研磨加工时与所述圆柱滚子发生接触的直线沟槽工作面(2211)；
研磨加工时，在所述螺旋槽(211)与所述直线沟槽(221)的每一交会处分布一个圆柱滚子；对应每一交会处，所述螺旋槽工作面(2111)与所述直线沟槽工作面(2211)合围而成的区域为研磨加工区域；所述研磨条组件与所述研磨套(21)绕所述研磨条组件的轴线(223)相对回转，所述研磨条(22)沿所述研磨条组件的径向向分布在所述螺旋槽(211)内的圆柱滚子施加工作压力；在所述研磨加工区域，所述圆柱滚子分别与所述螺旋槽工作面(2111)和直线沟槽工作面(2211)发生接触；所述圆柱滚子在所述螺旋槽工作面(2111)的摩擦驱动下绕自身轴线作旋转运动，同时在所述直线沟槽工作面(2211)和螺旋槽工作面(2111)的推挤作用下分别沿所述螺旋槽(211)和直线沟槽(221)移动，所述圆柱滚子的滚动表面(32)与所述螺旋槽工作面(2111)和直线沟槽工作面(2211)发生相对滑动，从而实现对所述滚动表面(32)的研磨加工；
所述螺旋槽工作面(2111)在螺旋槽扫描面(2112)上，所述螺旋槽扫描面(2112)为等截面扫描面，所述螺旋槽工作面(2111)是连续的或者是断续的；以所述圆柱滚子作为所述螺旋槽扫描面(2112)的实体扫描的扫描轮廓A，所述螺旋槽扫描面(2112)的扫描路径A为圆柱螺旋线，将过所述圆柱滚子的质心(O1)的扫描路径A记为圆柱螺旋线A(2121)，所有圆柱螺旋线A(2121)在同一圆柱面上，所述圆柱螺旋线A(2121)的轴线为所述研磨套(21)的轴线；
所述直线沟槽工作面(2211)在直线沟槽扫描面(2212)上，所述直线沟槽扫描面(2212)为等截面扫描面，所述直线沟槽工作面(2211)是连续的或者是断续的；以所述圆柱滚子作为所述直线沟槽扫描面(2212)的实体扫描的扫描轮廓B，所述直线沟槽扫描面(2212)的扫描路径B为平行于所述研磨条组件的阵列轴的直线，将过所述圆柱滚子的质心(O1)的扫描路径B记为直线B(2221)，所述直线B(2221)到所述阵列轴的距离为阵列半径，所述阵列轴为所述研磨条组件的轴线；
研磨加工时，所述阵列半径相等于所述圆柱螺旋线A(2121)的半径。
2.根据权利要求1所述的用于圆柱滚子的滚动表面精加工的研具套件，其特征在于，作为所述扫描轮廓B的圆柱滚子的轴线(31)重合于所述直线B(2221)；将所述扫描轮廓B沿所述扫描路径B进行实体扫描，则在所述研磨条(22)的正面由所述扫描轮廓B包络形成的沟槽表面为所述直线沟槽扫描面(2212)；所述扫描路径A是圆柱等距螺旋线或者圆柱非等距螺旋线；作为所述扫描轮廓A的圆柱滚子的轴线(31)平行于所述研磨套的轴线(213)；将所述扫描轮廓A沿所述扫描路径A进行实体扫描，则在所述研磨套(21)的内表面由作为所述扫描轮廓A的圆柱滚子的滚动表面(32)和一端的端面倒圆角(34)包络形成的沟槽表面为所述螺旋槽扫描面(2112)。
3.根据权利要求2所述的用于圆柱滚子的滚动表面精加工的研具套件，将研磨加工时与所述滚动表面(32)发生接触的所述螺旋槽(211)的表面记为螺旋槽工作面一(21111)，其特征在于，用于铁磁性材质的圆柱滚子的滚动表面精加工；所述研磨套(21)由导磁材料制造，在所述研磨套(21)的实体内部嵌装有圆筒状磁性结构(217)，以在所述研磨加工区域形成磁力线分布于所述研磨套(21)的轴截面的研磨套磁场；所述螺旋槽工作面一(21111)沿所述扫描路径A嵌入有一条或多条螺旋带状非导磁材料(218)，以增加所述研磨套磁场的磁力线(2171)通过所述研磨套(21)在所述螺旋槽工作面一(21111)处的实体的磁阻。
4.根据权利要求2所述的用于圆柱滚子的滚动表面精加工的研具套件，将研磨加工时与所述滚动表面(32)发生接触的所述螺旋槽(211)的表面记为螺旋槽工作面一(21111)，其特征在于，用于铁磁性材质的圆柱滚子的滚动表面精加工；所述研磨套(21)由导磁材料制造，在所述研磨套(21)的实体内部嵌装有圆筒状磁性结构(217)，以在所述研磨加工区域形成磁力线分布于所述研磨套(21)的轴截面的研磨套磁场；在背对所述螺旋槽工作面一的研磨套(21)的实体的内腔一侧沿所述扫描路径A设置有一条或多条螺旋带状研磨套隔磁槽(2181)或者多条圆环带状研磨套隔磁槽(2181)，以增加所述研磨套磁场的磁力线(2171)通过所述研磨套(21)在所述螺旋槽工作面一(21111)处的实体的磁阻。
5.一种用于圆柱滚子的滚动表面精加工的设备，其特征在于，包括主机、外循环系统、研磨套夹具、研磨条组件夹具和如权利要求2所述的用于圆柱滚子的滚动表面精加工的研具套件；
所述研磨套夹具用于装夹所述研磨套(21)；
所述研磨条组件夹具用于装夹所述研磨条组件；所述研磨条组件夹具包括一组呈圆周柱状阵列分布的用于固连所述研磨条(22)的研磨条安装座(12)和位于所述研磨条组件夹具的中心的径向扩张机构；所述研磨条(22)的背面固连于所述研磨条安装座(12)位于所述研磨条组件夹具的外周的表面；所述径向扩张机构包括径向扩张部件和与所述研磨条组件同轴的基础芯轴；所述研磨条组件的轴线(223)为所述研磨条组件夹具的轴线；所述基础芯轴连接于所述主机；所述径向扩张部件分别与所述研磨条安装座(12)和基础芯轴连接，用于驱动所有研磨条安装座(12)及其上的研磨条(22)沿所述研磨条组件夹具的径向同步向外扩张加载并在所述基础芯轴与所述研磨条安装座(12)之间传递扭矩；
根据所述研具套件不同的相对回转方式，所述主机的构型是研磨条组件回转型或是研磨套回转型；对于研磨条组件回转型主机，所述主机包括研磨条组件回转驱动部件和研磨套夹具装夹部件；所述研磨条组件回转驱动部件用于夹持所述研磨条组件夹具中的基础芯轴并驱动所述研磨条组件回转；所述研磨套夹具装夹部件用于装夹所述研磨套夹具；对于研磨套回转型主机，所述主机包括研磨套回转驱动部件和研磨条组件夹具夹持部件；所述研磨套回转驱动部件用于装夹所述研磨套夹具并驱动所述研磨套(21)回转；所述研磨条组件夹具夹持部件用于夹持所述研磨条组件夹具中的基础芯轴；
所述外循环系统包括收集单元(41)、整理单元(42)、送料单元(43)和传输子系统；
所述收集单元(41)设置在所述螺旋槽(211)的出口处，用于收集从各螺旋槽(211)的出口离开所述研磨加工区域的圆柱滚子；
所述整理单元(42)用于将所述圆柱滚子整理成所述送料单元(43)所要求的队列；
根据所述主机的构型不同，所述送料单元(43)在所述设备中的设置位置和工作方式分别如下：
1)对于研磨条组件回转型主机，所述送料单元(43)设置在所述螺旋槽(211)的入口处，所述送料单元(43)的机架与所述研磨套(21)保持固定的相对位置；所述送料单元(43)设置有送料通道(431)，所述送料通道(431)在所述入口处与所述螺旋槽(211)相交；所述送料单元(43)用于将所述圆柱滚子经过所述送料通道(431)送入所述直线沟槽(221)；
2)对于研磨套回转型主机，所述送料单元(43)设置在所述研磨套(21)的位于所述螺旋槽(211)的入口一端，所述送料单元(43)的机架与所述研磨套(21)在所述研磨套的轴线(213)的方向保持固定的相对位置，所述送料单元(43)的机架与所述直线沟槽在所述研磨条组件的周向保持固定的相对位置；各直线沟槽(221)位于所述研磨套(21)的端面之外并临近所述端面的区域为送料等待区(225)，所述端面位于所述螺旋槽(211)的入口端；所述送料单元(43)用于将所述圆柱滚子经过所述送料等待区(225)送入所述螺旋槽(211)的入口；
所述传输子系统用于在所述外循环系统中的各单元之间传输所述圆柱滚子；
研磨加工过程中，所述圆柱滚子在所述外循环系统中的外循环移动路径为：自所述螺旋槽(211)的出口依次经过收集单元(41)、整理单元(42)、送料单元(43)至所述螺旋槽(211)的入口；所述圆柱滚子在所述研磨条组件和研磨套(21)之间沿所述螺旋槽(211)的螺旋移动路径与在所述外循环系统中的外循环移动路径相结合形成一个封闭循环；
所述径向扩张机构为锥面径向扩张机构、联通型流体压力径向扩张机构和微位移单元径向扩张机构中的一种。
6.根据权利要求5所述的用于圆柱滚子的滚动表面精加工的设备，将研磨加工时与所述滚动表面(32)发生接触的所述螺旋槽(211)的表面记为螺旋槽工作面一(21111)，其特征在于，用于铁磁性材质的圆柱滚子的滚动表面精加工；所述研磨套(21)由导磁材料制造；在下述两处位置之一设置有圆筒状磁性结构，以在所述研磨加工区域形成磁力线分布于所述研磨套(21)的轴截面的研磨套磁场：
1)在所述研磨套(21)的实体内部嵌装所述圆筒状磁性结构；所述螺旋槽工作面一(21111)沿所述扫描路径A嵌入有一条或多条螺旋带状非导磁材料(218)，以增加所述研磨套磁场的磁力线(2171)通过所述研磨套(21)在所述螺旋槽工作面一(21111)处的实体的磁阻；
2)所述研磨套夹具还包括由导磁材料制造的磁性套筒(219)，所述研磨套夹具通过所述磁性套筒(219)装夹所述研磨套(21)；在所述磁性套筒(219)的内壁中部嵌装所述圆筒状磁性结构，所述磁性套筒(219)套装在所述研磨套(21)的外周，所述磁性套筒(219)与所述研磨套(21)在所述圆筒状磁性结构的两端相连以导通所述研磨套磁场；所述螺旋槽工作面一(21111)沿所述扫描路径A嵌入有一条或多条螺旋带状非导磁材料(218)，以增加所述研磨套磁场的磁力线(2171)通过所述研磨套(21)在所述螺旋槽工作面一(21111)处的实体的磁阻；
所述外循环系统还包括退磁单元(44)，所述退磁单元(44)用于对被所述圆筒状磁性结构的研磨套磁场磁化的铁磁性材质的圆柱滚子消磁。
7.根据权利要求5所述的用于圆柱滚子的滚动表面精加工的设备，将研磨加工时与所述滚动表面(32)发生接触的所述螺旋槽(211)的表面记为螺旋槽工作面一(21111)，其特征在于，用于铁磁性材质的圆柱滚子的滚动表面精加工；所述研磨套(21)由导磁材料制造；在下述两处位置之一设置有圆筒状磁性结构，以在所述研磨加工区域形成磁力线分布于所述研磨套(21)的轴截面的研磨套磁场：
1)在所述研磨套(21)的实体内部嵌装所述圆筒状磁性结构；在背对所述螺旋槽工作面一的研磨套(21)的实体的内腔一侧沿所述扫描路径A设置有一条或多条螺旋带状研磨套隔磁槽(2181)或者多条圆环带状研磨套隔磁槽(2181)，以增加所述研磨套磁场的磁力线(2171)通过所述研磨套(21)在所述螺旋槽工作面一(21111)处的实体的磁阻；
2)所述研磨套夹具还包括由导磁材料制造的磁性套筒(219)，所述研磨套夹具通过所述磁性套筒(219)装夹所述研磨套(21)；在所述磁性套筒(219)的内壁中部嵌装所述圆筒状磁性结构，所述磁性套筒(219)套装在所述研磨套(21)的外周，所述磁性套筒(219)与所述研磨套(21)在所述圆筒状磁性结构的两端相连以导通所述研磨套磁场；在背对所述螺旋槽工作面一的研磨套(21)的外壁沿所述扫描路径A设置有一条或多条螺旋带状研磨套隔磁槽(2181)或者多条圆环带状研磨套隔磁槽(2181)，以增加所述研磨套磁场的磁力线(2171)通过所述研磨套(21)在所述螺旋槽工作面一(21111)处的实体的磁阻；
所述外循环系统还包括退磁单元(44)，所述退磁单元(44)用于对被所述圆筒状磁性结构的研磨套磁场磁化的铁磁性材质的圆柱滚子消磁。
8.一种用于圆柱滚子的滚动表面精加工的方法，其特征在于，采用如权利要求5所述的用于圆柱滚子的滚动表面精加工的设备，实现圆柱滚子的滚动表面批量循环精加工，包括以下步骤：
步骤一、启动所述径向扩张机构，使所述研磨条组件沿其径向向所述研磨套(21)的内表面趋进，至所述螺旋槽(211)与所述直线沟槽(221)的每一交会处的研磨加工区域的空间能够且仅能够容纳一个圆柱滚子：
步骤二、启动所述研磨条组件回转驱动部件或者研磨套回转驱动部件，使所述研磨条组件与所述研磨套(21)以0～10rpm的初速度相对回转；
步骤三、启动所述传输子系统、整理单元(42)和送料单元(43)；调整所述送料单元(43)、传输子系统和整理单元(42)的运行速度，从而建立所述圆柱滚子在所述研磨条组件和研磨套(21)之间沿所述螺旋槽(211)的螺旋移动与经由所述外循环系统的收集、整理和送料的封闭循环；
步骤四、调整所述研磨条组件与所述研磨套(21)的相对回转速度至5～60rpm的工作回转速度，进一步调整所述送料单元(43)、传输子系统和整理单元(42)的运行速度，使得所述外循环系统中的收集单元(41)、整理单元(42)、送料单元(43)和传输子系统各处的圆柱滚子的存量匹配、外循环顺畅有序；
步骤五、对所述研磨加工区域加注研磨液；
步骤六、包括：
1)调整所述径向扩张机构，使所述研磨条组件沿其径向向所述研磨套(21)的内表面进一步趋进，至所述研磨加工区域内的圆柱滚子分别与所述直线沟槽工作面(2211)和螺旋槽工作面(2111)发生接触；
2)进一步调整所述径向扩张机构，对分布于所述研磨加工区域内的每个圆柱滚子平均施加0.5～2N的初始压力；所述圆柱滚子在所述螺旋槽工作面(2111)的摩擦驱动下绕自身轴线作旋转运动，同时在所述螺旋槽工作面(2111)和直线沟槽工作面(2211)的推挤作用下分别沿所述直线沟槽(221)和螺旋槽(211)移动；所述滚动表面(32)与所述螺旋槽工作面(2111)和直线沟槽工作面(2211)发生相对滑动，所述滚动表面(32)开始经受所述螺旋槽工作面(2111)和直线沟槽工作面(2211)的研磨加工；
步骤七、随着研磨加工过程稳定运行，进一步调整所述径向扩张机构，对分布于所述研磨加工区域内的每个圆柱滚子平均施加2～50N的工作压力；所述圆柱滚子保持步骤六的与所述螺旋槽工作面(2111)和直线沟槽工作面(2211)的接触关系、绕自身轴线的旋转运动以及沿所述直线沟槽(221)和螺旋槽(211)的运动关系，所述滚动表面(32)继续经受所述螺旋槽工作面(2111)和直线沟槽工作面(2211)的研磨加工；
步骤八、经过一段时间的研磨加工后，对所述圆柱滚子进行抽检；当所述滚动表面(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；当所述滚动表面(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、逐渐减小对所述圆柱滚子施加的压力并最终至零；停止所述整理单元(42)、送料单元(43)和传输子系统运行，调整所述研磨条组件与所述研磨套(21)的相对回转速度至零；停止对所述研磨加工区域加注研磨液；所述研磨条组件沿其径向退回到非工作位置。
9.一种用于圆柱滚子的滚动表面精加工的方法，其特征在于，采用如权利要求6或7所述的用于圆柱滚子的滚动表面精加工的设备，实现铁磁性材质的圆柱滚子的滚动表面批量循环精加工，包括以下步骤：
步骤一、启动所述径向扩张机构，使所述研磨条组件沿其径向向所述研磨套(21)的内表面趋进，至所述螺旋槽(211)与所述直线沟槽(221)的每一交会处的研磨加工区域的空间能够且仅能够容纳一个圆柱滚子：
步骤二、启动所述研磨条组件回转驱动部件或者研磨套回转驱动部件，使所述研磨条组件与所述研磨套(21)以0～10rpm的初速度相对回转；
步骤三、启动所述传输子系统、整理单元(42)、送料单元(43)和退磁单元(44)；调整所述送料单元(43)、传输子系统和整理单元(42)的运行速度，从而建立所述圆柱滚子在所述研磨条组件和研磨套(21)之间沿所述螺旋槽(211)的螺旋移动与经由所述外循环系统的收集、整理和送料的封闭循环；
步骤四、调整所述研磨条组件与所述研磨套(21)的相对回转速度至5～60rpm的工作回转速度，进一步调整所述送料单元(43)、传输子系统和整理单元(42)的运行速度，使得所述外循环系统中的收集单元(41)、整理单元(42)、送料单元(43)和传输子系统各处的圆柱滚子的存量匹配、外循环顺畅有序；
步骤五、对所述研磨加工区域加注研磨液；
步骤六、包括：
1)调整所述径向扩张机构，使所述研磨条组件沿其径向向所述研磨套(21)的内表面进一步趋进，至所述研磨加工区域内的圆柱滚子分别与所述直线沟槽工作面(2211)和螺旋槽工作面(2111)发生接触；
2)进一步调整径所述向扩张机构，对分布于所述研磨加工区域内的每个圆柱滚子平均施加0.5～2N的初始压力；
所述圆筒状磁性结构进入工作状态，调整所述研磨套磁场的磁场强度，从而驱动所述圆柱滚子绕自身轴线作旋转运动；与此同时，在所述螺旋槽工作面(2111)和直线沟槽工作面(2211)的推挤作用下所述圆柱滚子分别沿所述直线沟槽(221)和螺旋槽(211)移动；所述滚动表面(32)与所述螺旋槽工作面(2111)和直线沟槽工作面(2211)发生相对滑动，所述滚动表面(32)开始经受所述螺旋槽工作面(2111)和直线沟槽工作面(2211)的研磨加工；
步骤七、随着研磨加工过程稳定运行，进一步调整所述径向扩张机构，对分布于所述研磨加工区域内的每个圆柱滚子平均施加2～50N的工作压力；所述圆柱滚子保持步骤六的与所述螺旋槽工作面(2111)和直线沟槽工作面(2211)的接触关系、绕自身轴线的旋转运动以及沿所述直线沟槽(221)和螺旋槽(211)的运动关系，所述滚动表面(32)继续经受所述螺旋槽工作面(2111)和直线沟槽工作面(2211)的研磨加工；
步骤八、经过一段时间的研磨加工后，对所述圆柱滚子进行抽检；当所述滚动表面(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；当所述滚动表面(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、逐渐减小对所述圆柱滚子施加的压力并最终至零；停止所述整理单元(42)、送料单元(43)和传输子系统运行，调整所述研磨条组件与所述研磨套(21)的相对回转速度至零；所述圆筒状磁性结构切换至非工作状态，停止所述退磁单元(44)运行；停止对所述研磨加工区域加注研磨液；所述研磨条组件沿其径向退回到非工作位置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023537587A (ja) * 2020-08-06 2023-09-04 天津大学 ベアリングローラの転動面の仕上げ加工用の研磨工具キット、設備及び方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2309470A (en) * 1969-12-01 1972-06-15 Ernest Spragg & Sons Limited Textile apparatus
CN1067201A (zh) * 1991-05-24 1992-12-23 襄阳轴承厂 圆柱滚子和圆锥滚子凸度超精工艺
CN101328933A (zh) * 2008-08-04 2008-12-24 文鉴恒 高精度推力向心组合圆锥滚子轴承
CN102562794A (zh) * 2012-02-23 2012-07-11 威海利奥泰儆自动化设备有限公司 一种钢丝滚道轴承及其制造方法
DE102012103590A1 (de) * 2012-04-24 2013-10-24 Thyssenkrupp Resource Technologies Gmbh Walzenmühle
CN108723979A (zh) * 2018-07-28 2018-11-02 天津大学 一种用于圆锥滚子滚动表面精加工的研磨盘、设备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2309470A (en) * 1969-12-01 1972-06-15 Ernest Spragg & Sons Limited Textile apparatus
CN1067201A (zh) * 1991-05-24 1992-12-23 襄阳轴承厂 圆柱滚子和圆锥滚子凸度超精工艺
CN101328933A (zh) * 2008-08-04 2008-12-24 文鉴恒 高精度推力向心组合圆锥滚子轴承
CN102562794A (zh) * 2012-02-23 2012-07-11 威海利奥泰儆自动化设备有限公司 一种钢丝滚道轴承及其制造方法
DE102012103590A1 (de) * 2012-04-24 2013-10-24 Thyssenkrupp Resource Technologies Gmbh Walzenmühle
CN108723979A (zh) * 2018-07-28 2018-11-02 天津大学 一种用于圆锥滚子滚动表面精加工的研磨盘、设备方法

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