CN113977452A - 一种轴承内圈强化研磨通用的自定心柔性夹具及研磨装置 - Google Patents

一种轴承内圈强化研磨通用的自定心柔性夹具及研磨装置 Download PDF

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CN113977452A CN202111291268.1A CN202111291268A CN113977452A CN 113977452 A CN113977452 A CN 113977452A CN 202111291268 A CN202111291268 A CN 202111291268A CN 113977452 A CN113977452 A CN 113977452A
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Abstract

本发明公开一种轴承内圈强化研磨通用的自定心柔性夹具及研磨装置，其中的夹具包括用于固定轴承内圈的磁吸主轴、定位夹紧组件以及驱动所述定位夹紧组件沿轴向方向移动的夹紧驱动机构；所述磁吸主轴安装在旋转机构上，且磁吸主轴与电磁设备连接；所述定位夹紧组件包括移动架以及定位夹紧座，所述定位夹紧座转动连接在所述移动架上，且在径向方向上，所述定位夹紧座与所述移动架之间设有柔性件；所述移动架与所述夹紧驱动机构的动力输出件连接，所述定位夹紧座与所述磁吸主轴同轴且相对设置，所述定位夹紧座的夹紧面呈锥形设置。本发明有效避免与轴承内圈发生刚性冲击，有利于保护轴承内圈，确保强化研磨的正常进行，并且通用性好。

Description

一种轴承内圈强化研磨通用的自定心柔性夹具及研磨装置
技术领域
本发明涉及一种轴承零部件研磨设备，具体涉及一种轴承内圈强化研磨通用的自定心柔性夹具及研磨装置。
背景技术
轴承内圈是轴承组件中的重要零部件，其机械性能对转轴及旋转机构产生重大影响。现有技术中，针对轴承内圈的加工，一般会通过锻造、热处理、磨削等机械加工；但是，仅仅靠上述较为基础的机械加工方式完成轴承内圈的加工，是无法满足使用要求的。喷射研磨技术，具体是通过一定压力的气体结合磨料粉末，对工件进行高速冲击，从而实现对工件表面的研磨和去除杂质；喷射强化研磨，能够对轴承内圈的表面进行杂质及氧化层的去除，有效提高轴承内圈表面的性能和表面精度，因此对轴承内圈进行喷射研磨强化加工具有重要意义。
在轴承内圈的喷射强化研磨过程中，研料喷嘴固定在旋转机构的一侧，且喷嘴的出口朝向轴承内圈的侧面中心，旋转机构持续带动轴承内圈旋转，从而实现研磨料对轴承内圈的外表面进行冲击研磨。但是，在喷射研磨过程中，当研磨料的冲击力过大时，将会对轴承内圈产生较大的径向冲击力，从而造成夹具与轴承内圈之间的刚性冲击和碰撞，容易损坏轴承内圈，或者轴承内圈的装夹位置偏移，影响后续的强化研磨精度；同时，现有技术中的轴承内圈的夹具通用性差，无法适应各种尺寸和类型的轴承内圈加工。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种轴承内圈强化研磨通用的自定心柔性夹具，该夹具有效避免与轴承内圈发生刚性冲击，有利于保护轴承内圈，确保强化研磨的正常进行，并且通用性好。
本发明的另一目的在于提供一种轴承内圈强化研磨通用的研磨装置。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种轴承内圈强化研磨通用的自定心柔性夹具，其特征在于，包括用于固定轴承内圈的磁吸主轴、定位夹紧组件以及驱动所述定位夹紧组件沿轴向方向移动的夹紧驱动机构；所述磁吸主轴安装在旋转机构上，且磁吸主轴与电磁设备连接；所述定位夹紧组件包括移动架以及定位夹紧座，所述定位夹紧座转动连接在所述移动架上，且在径向方向上，所述定位夹紧座与所述移动架之间设有柔性件；所述移动架与所述夹紧驱动机构的动力输出件连接，所述定位夹紧座与所述磁吸主轴同轴且相对设置，所述定位夹紧座的夹紧面呈锥形设置。
上述轴承内圈强化研磨通用的自定心柔性夹具的工作原理是：
工作时，将待研磨的轴承内圈放置在磁吸主轴上，随后通过夹紧驱动机构驱动定位夹紧组件沿轴向方向移动，逐渐靠近磁吸主轴，直至让定位夹紧座将待研磨的轴承内圈顶紧在磁吸主轴上，即通过磁吸主轴和定位夹紧座将轴承内圈夹住；紧接着，夹紧驱动机构继续驱动定位夹紧组件移动，使得定位夹紧座对轴承内圈的夹紧力越来越大，与此同时，定位夹紧座的夹紧面呈锥形设置，在夹紧轴承内圈的过程中，通过锥形的夹紧面逐渐对轴承内圈进行定位调整，最终使得轴承内圈与定位夹紧座以及磁吸主轴同轴设置，从而完成轴承内圈的定位；当定位夹紧座对轴承内圈的夹紧力达到指定值后，夹紧驱动机构停止驱动定位夹紧组件移动；最后，在电磁设备通电，磁吸主轴将轴承内圈吸住，从而完成对轴承内圈的夹紧和定心定位处理。此时，旋转机构驱动磁吸主轴转动，通过研磨装置中的喷嘴向轴承内圈表面喷射研磨料，开始进行强化研磨加工。在刚开始喷射研磨料时，由于轴承内圈瞬间受到较强的冲击力，具有径向偏移的趋势，从而容易与定位夹紧座发生刚性冲击，但是，本发明中的定位夹紧座与移动架之间在径向方向上设有柔性件，使得在轴承内圈发生较大的径向冲击力时，具有径向方向的缓冲作用，定位夹紧座能够在径向方向上进行移动，从而降低了径向冲击力的影响，避免轴承内圈结构损坏，有利于保护轴承内圈结构，确保强化研磨的正常进行。
本发明的一个优选方案，所述定位夹紧座包括顶座以及转轴，所述转轴与所述顶座固定连接，所述转轴与所述移动架转动连接，所述夹紧面设置在所述顶座上。
优选地，所述移动架上设有安装腔，该安装腔内设有安装壳体，所述转轴通过轴承组件安装在所述安装壳体内；其中，所述安装壳体可轴向移动设置在所述移动架上的安装腔中。
优选地，所述安装壳体的端面与安装腔的内腔端面之间设有压力传感器。
优选地，所述柔性件呈环形设置，且套设在所述轴承组件的外圆面上。
本发明的一个优选方案，所述移动架包括安装部以及两个连接部，所述两个连接部分别设置在所述安装部的两侧，且两个连接部均沿径向向外延伸设置；其中，所述安装腔设置在所述安装部上；所述夹紧驱动机构的动力输出件与其中一个连接部固定连接，另一个连接部与机架之间设有轴向导向组件。
一种研磨装置，其特征在于，包括所述轴承内圈强化研磨通用的自定心柔性夹具、研磨料喷射装置以及中央处理模块；其中，所述研磨料喷射装置包括喷嘴，该喷嘴的喷射方向朝向待研磨的轴承内圈；所述研磨料喷射装置以及所述自定心柔性夹具均与所述中央处理模块电连接。
优选地，还包括激光数据检测器，该激光数据检测器用于检测待研磨的轴承内圈的外表面数据，且该激光数据检测器与所述中央处理模块电连接。
优选地，所述激光数据检测器包括多个激光发射头，多个激光发射头沿轴向方向等间距排列设置；所述多个激光发射头朝向待研磨的轴承内圈外表面，并向轴承内圈外表面发出激光束；所述外表面数据包括锥度和宽度；其中，通过以下公式获取待研磨的轴承内圈外表面的锥度，
Figure BDA0003333033480000041
式中，
Figure BDA0003333033480000042
为待研磨的轴承内圈外表面的锥度，L1、L2为其中两个激光束测得的距离，s为两个激光束之间的距离；
通过以下公式获取待研磨的轴承内圈外表面的宽度，
Figure BDA0003333033480000043
式中，r为待研磨的轴承内圈外表面的宽度，L3为激光束测距时两处距离突变点之间的水平距离。
优选地，所述研磨料喷射装置还包括底座以及驱动所述喷嘴摆动以调整角度的调整驱动机构。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明通过将定位夹紧座的夹紧面设置呈锥形，以便对轴承内圈进行定位，在夹紧过程中即可完成自定心，操作方便，适应性好，能适用于圆锥滚子轴承内圈、普通轴承内圈及其他类型的轴承内圈；同时，呈锥形的夹紧面与轴承内圈配合，有利于提高夹紧力和夹紧稳定性。
2、本发明的定位夹紧座与移动架之间在径向方向上设有柔性件，使得在轴承内圈受到较大的径向冲击力时，具有径向方向的缓冲作用，定位夹紧座能够在径向方向上进行微小的移动，从而降低了径向冲击力的影响，避免轴承内圈结构损坏，有利于保护轴承内圈结构，确保强化研磨的正常进行。
附图说明
图1-图4为本发明的轴承内圈强化研磨通用的自定心柔性夹具及研磨装置的结构示意图(其中的轴承内圈以圆锥滚子轴承内圈为例)，其中，图1为主视图，图2为立体图，图3为省去待研磨的轴承内圈和喷嘴后的立体图，图4为爆炸图。
图5为定位夹紧组件的剖视图。
图6为喷嘴、底座和调整驱动机构的立体图。
图7为激光数据检测器与待研磨的轴承内圈的测距示意图。
图8为锥度计算参考示意图。
图9为宽度计算参考示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
参见图1-图5，本实施例公开一种轴承内圈强化研磨通用的自定心柔性夹具，包括用于固定轴承内圈的磁吸主轴1、定位夹紧组件以及驱动所述定位夹紧组件沿轴向方向移动的夹紧驱动机构2；所述磁吸主轴1安装在旋转机构上，且磁吸主轴1与电磁设备连接；所述定位夹紧组件包括移动架8以及定位夹紧座，所述定位夹紧座转动连接在所述移动架8上，且在径向方向上，所述定位夹紧座与所述移动架8之间设有柔性件15；所述移动架8与所述夹紧驱动机构2的动力输出件连接，所述定位夹紧座与所述磁吸主轴1同轴且相对设置，所述定位夹紧座的夹紧面呈锥形设置。本实施例中的夹紧驱动机构2为电磁伸缩杆5，磁吸主轴1为无心磁吸主轴1。
参见图1-图5，所述定位夹紧座包括顶座6以及转轴14，所述转轴14与所述顶座6固定连接，所述转轴14与所述移动架8转动连接，所述夹紧面设置在所述顶座6上。通过设置这样的定位夹紧座，以便与移动架8连接，并且结构简单。
参见图4-图5，所述移动架8上设有安装腔13，该安装腔13内设有安装壳体12，所述转轴14通过轴承组件安装在所述安装壳体12内；其中，所述安装壳体12可轴向移动设置在所述移动架8上的安装腔13中。所述安装壳体12的端面与安装腔13的内腔端面之间设有压力传感器11。本实施例中，所述安装腔13呈矩形设置，所述安装壳体12也呈矩形设置，安装壳体12的外侧面与安装腔13的内侧面之间具有一定的阻尼作用。工作时，在夹紧驱动机构2的驱动下，移动架8以及定位夹紧座不断向靠近磁吸主轴1的方向移动，实现对轴承内圈的夹紧，此时，通过压力传感器11的作用，持续对定位夹紧座的压力进行检测，以便精准有效地把握夹紧力度，以防压力过大而夹坏轴承内圈，或避免夹紧力不足而导致轴承内圈掉落。另外，通过设置矩形的安装腔13和安装壳体12，以便实现定位夹紧座的旋转，同时能让定位夹紧座、轴承组件以及安装壳体12相对于移动架8的安装腔13进行轴承移动，以实现夹紧压力的实时监测。
参见图4-图5，所述柔性件15呈环形设置，且套设在所述轴承组件的外圆面上。本实施例中，所述柔性件15为缓冲胶圈，当然也可采用其他柔性材质的缓冲元件。进一步地，转轴14上的轴承组件为圆锥滚子轴承17，包括轴套16和两个圆锥滚子轴承17，外表面呈环形设置；结合环形设置的柔性件15，有利于在受到不同方向的刚性冲击时，均能够产生缓冲效果，从而保护轴承内圈以及整个夹具。同时，本实施例的安装壳体12的内腔呈圆柱形设置，与柔性件15配合，以方便安装和提高结构紧凑度。
参见图4-图5，所述转轴14上设有限位台阶18，所述顶座6和轴承组件分别设置在限位台阶18的两侧。通过限位台阶18的设置，以便在对轴承内圈进行夹紧时，提高定位夹紧座和轴承组件的稳定性，从而提高夹紧力。
参见图1-图4，所述移动架8包括安装部801以及两个连接部802，所述两个连接部802分别设置在所述安装部801的两侧，且两个连接部802均沿径向向外延伸设置；其中，所述安装腔13设置在所述安装部801上；所述夹紧驱动机构2的动力输出件与其中一个连接部802固定连接，另一个连接部802与机架之间设有轴向导向组件。进一步地，本实施例中的轴向导向组件包括固定导杆9以及设置在连接部802上的导向孔803，所述固定导杆9沿轴向方向延伸设置，且所述固定导杆9穿设在所述导向孔803中。通过设置这样的移动架8，结构简单且轻便，通过轴向导向组件的设置，有利于提高移动架8移动时的稳定性和精度。
参见图1-图5，本实施的轴承内圈强化研磨通用的自定心柔性夹具的工作原理是：
工作时，将待研磨的轴承内圈(本实施例具体为圆锥滚子轴承内圈)放置在磁吸主轴1上，随后通过夹紧驱动机构2驱动定位夹紧组件沿轴向方向移动，逐渐靠近磁吸主轴1，直至让定位夹紧座将待研磨的轴承内圈顶紧在磁吸主轴1上，即通过磁吸主轴1和定位夹紧座将轴承内圈夹住；紧接着，夹紧驱动机构2继续驱动定位夹紧组件移动，使得定位夹紧座对轴承内圈的夹紧力越来越大，与此同时，定位夹紧座的夹紧面呈锥形设置，在夹紧轴承内圈的过程中，通过锥形的夹紧面逐渐对轴承内圈进行定位调整，最终使得轴承内圈与定位夹紧座以及磁吸主轴1同轴设置，从而完成轴承内圈的定位；当定位夹紧座对轴承内圈的夹紧力达到指定值后，夹紧驱动机构2停止驱动定位夹紧组件移动；最后，在电磁设备通电，磁吸主轴1将轴承内圈吸住，从而完成对轴承内圈的夹紧和定心定位处理。此时，旋转机构驱动磁吸主轴1转动，通过研磨装置中的喷嘴3向轴承内圈表面喷射研磨料，开始进行强化研磨加工。在刚开始喷射研磨料时，由于轴承内圈瞬间受到较强的冲击力，具有径向偏移的趋势，从而容易与定位夹紧座发生刚性冲击，但是，本发明中的定位夹紧座与移动架8之间在径向方向上设有柔性件15，使得在轴承内圈发生较大的径向冲击力时，具有径向方向的缓冲作用，定位夹紧座能够在径向方向上进行移动，从而降低了径向冲击力的影响，避免轴承内圈结构损坏，有利于保护轴承内圈结构，确保强化研磨的正常进行。
参见图1-图6，本实施例还公开一种研磨装置，包括所述轴承内圈强化研磨通用的自定心柔性夹具、研磨料喷射装置以及中央处理模块；其中，所述研磨料喷射装置包括喷嘴3，该喷嘴3的喷射方向朝向待研磨的轴承内圈；所述研磨料喷射装置以及所述自定心柔性夹具均与所述中央处理模块电连接。
参见图1-图4，还包括激光数据检测器10，该激光数据检测器10用于检测待研磨的轴承内圈的外表面数据，且该激光数据检测器10与所述中央处理模块电连接。
参见图1-图4，所述激光数据检测器10包括多个激光发射头，多个激光发射头沿轴向方向等间距排列设置；所述多个激光发射头朝向待研磨的轴承内圈外表面，并向轴承内圈外表面发出激光束；所述外表面数据包括锥度和宽度；本实施例中的激光数据检测器10可参见现有技术中的激光测距传感器。
参见图7-图9，进一步地，通过以下公式获取待研磨的轴承内圈外表面的锥度，
Figure BDA0003333033480000091
式中，
Figure BDA0003333033480000092
为待研磨的轴承内圈外表面的锥度，L1、L2为其中两个激光束测得的距离，s为两个激光束之间的距离；
通过以下公式获取待研磨的轴承内圈外表面的宽度，
Figure BDA0003333033480000093
式中，r为待研磨的轴承内圈外表面的宽度，L3为激光束测距时两处距离突变点之间的水平距离(激光数据检测器发出多个平行激光束，两相邻激光束测得距离发生突变时，将其作为加工面的起止线)。
参见图1、图2和图6，所述研磨料喷射装置还包括底座4以及驱动所述喷嘴3摆动以调整角度的调整驱动机构。进一步地，所述底座4上设有固定杆22和伸缩杆5，所述喷嘴3底部与所述固定杆22转动连接，所述喷嘴3底部后端与所述伸缩杆5转动连接，所述调整驱动机构驱动所述伸缩杆5伸缩运动，以实现对喷嘴3的角度调整；具体地，所述喷嘴3底部后端设有连接块19，该连接块19上设有滑行槽20，所述伸缩杆5顶部设有滑行杆21，所述滑行杆21穿设在所述滑行槽20中。另外，还可设置用于驱动喷嘴3整体沿轴向方向移动的横移驱动机构，以对喷嘴3进行整体移动调整，从而更加灵活方便地将研磨料喷向轴承内圈外表面的中心处。
参见图1-图9，上述研磨装置的工作原理为：
自定心柔性夹具将待研磨的轴承内圈进行定心和夹紧，磁吸主轴1将轴承内圈吸住，开始进行喷射研磨加工。首先，所述激光数据检测器10对待研磨的轴承内圈外表面(加工面)进行激光距离检测，并将数据传输至中央处理模块，中央处理模块经过运算处理后，得出待研磨的轴承内圈外表面的数据，其中包括轴承内圈外表面的锥度和宽度；随后，根据以上数据，对调整驱动机构发出调整指定，调整驱动机构驱动伸缩杆5伸缩移动，从而改变研磨料喷射装置中喷嘴3的角度，实现以最佳角度喷向轴承内圈外表面中心，且通过角度调整，可确保让研磨料准确喷向轴承内圈的外表面的中心，实现精准强化研磨。与此同时，在强化喷射研磨过程中，激光数据检测器10可持续地对轴承内圈的外表面进行检测，并在加工过程中持续地将数据传输至中央控制模块中，以便实时地对轴承内圈的强化研磨情况进行监控，以便操作员及时了解加工过程中是否发生位置偏移、喷射角度是否需要调整、轴承内圈外表面是否发生微细变化等情况，从而进一步提高轴承内圈的强化研磨加工精度，进而提高轴承内圈的性能。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轴承内圈强化研磨通用的自定心柔性夹具，其特征在于，包括用于固定轴承内圈的磁吸主轴、定位夹紧组件以及驱动所述定位夹紧组件沿轴向方向移动的夹紧驱动机构；所述磁吸主轴安装在旋转机构上，且磁吸主轴与电磁设备连接；所述定位夹紧组件包括移动架以及定位夹紧座，所述定位夹紧座转动连接在所述移动架上，且在径向方向上，所述定位夹紧座与所述移动架之间设有柔性件；所述移动架与所述夹紧驱动机构的动力输出件连接，所述定位夹紧座与所述磁吸主轴同轴且相对设置，所述定位夹紧座的夹紧面呈锥形设置。
2.根据权利要求1所述的轴承内圈强化研磨通用的自定心柔性夹具，其特征在于，所述定位夹紧座包括顶座以及转轴，所述转轴与所述顶座固定连接，所述转轴与所述移动架转动连接，所述夹紧面设置在所述顶座上。
3.根据权利要求2所述的轴承内圈强化研磨通用的自定心柔性夹具，其特征在于，所述移动架上设有安装腔，该安装腔内设有安装壳体，所述转轴通过轴承组件安装在所述安装壳体内；其中，所述安装壳体可轴向移动设置在所述移动架上的安装腔中。
4.根据权利要求3所述的轴承内圈强化研磨通用的自定心柔性夹具，其特征在于，所述安装壳体的端面与安装腔的内腔端面之间设有压力传感器。
5.根据权利要求3或4所述的轴承内圈强化研磨通用的自定心柔性夹具，其特征在于，所述柔性件呈环形设置，且套设在所述轴承组件的外圆面上。
6.根据权利要求3所述的轴承内圈强化研磨通用的自定心柔性夹具，其特征在于，所述移动架包括安装部以及两个连接部，所述两个连接部分别设置在所述安装部的两侧，且两个连接部均沿径向向外延伸设置；其中，所述安装腔设置在所述安装部上；所述夹紧驱动机构的动力输出件与其中一个连接部固定连接，另一个连接部与机架之间设有轴向导向组件。
7.一种研磨装置，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的轴承内圈强化研磨通用的自定心柔性夹具、研磨料喷射装置以及中央处理模块；其中，所述研磨料喷射装置包括喷嘴，该喷嘴的喷射方向朝向待研磨的轴承内圈；所述研磨料喷射装置以及所述自定心柔性夹具均与所述中央处理模块电连接。
8.根据权利要求7所述的研磨装置，其特征在于，还包括激光数据检测器，该激光数据检测器用于检测待研磨的轴承内圈的外表面数据，且该激光数据检测器与所述中央处理模块电连接。
9.根据权利要求8所述的研磨装置，其特征在于，所述激光数据检测器包括多个激光发射头，多个激光发射头沿轴向方向等间距排列设置；所述多个激光发射头朝向待研磨的轴承内圈外表面，并向轴承内圈外表面发出激光束；所述外表面数据包括锥度和宽度；其中，通过以下公式获取待研磨的轴承内圈外表面的锥度，
Figure FDA0003333033470000021
式中，
Figure FDA0003333033470000022
为待研磨的轴承内圈外表面的锥度，L1、L2为其中两个激光束测得的距离，s为两个激光束之间的距离；
通过以下公式获取待研磨的轴承内圈外表面的宽度，
Figure FDA0003333033470000023
式中，r为待研磨的轴承内圈外表面的宽度，L3为激光束测距时两处距离突变点之间的水平距离。
10.根据权利要求7所述的研磨装置，其特征在于，所述研磨料喷射装置还包括底座以及驱动所述喷嘴摆动以调整角度的调整驱动机构。
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