CN114434312A - 轴承外套圈内滚道力流变抛光机 - Google Patents

轴承外套圈内滚道力流变抛光机 Download PDF

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Abstract

轴承外套圈内滚道力流变抛光机，包括底架，底架上设有工作台面；所述工作台面上设有至少一个抛光槽，所述抛光槽中设有用于固定待加工轴承外套圈的定位装置，对应的，所述工作台面上设有抛光机构，所述抛光机构上具有可以由驱动元件驱动作转动的抛光头；所述抛光头可以伸入至抛光槽中待加工轴承外套圈的内侧区域，通过旋转搅动待加工轴承外套圈内侧的抛光液使抛光液与轴承外套圈内滚道形成相对运动，实现对轴承外套圈内滚道的力流变抛光。本发明的轴承外套圈内滚道力流变抛光机可以实现轴承外套圈内滚道的超精密抛光加工，相比于传统的采用油石进行超精研的方式，抛光精度能够得到大幅提高。

Description

轴承外套圈内滚道力流变抛光机
技术领域
本发明涉及精密与超精密加工技术，具体涉及可以实现轴承外套圈内滚道超精密抛光加工的轴承外套圈内滚道力流变抛光机。
背景技术
套圈是轴承中的关键零件，套圈滚道表面是与滚动体直接接触的工作面，其加工精度和表面质量对轴承的使用性能具有重要影响。现有技术中，套圈滚道的精加工采用油石进行超精研，受磨粒强制性切入机械去除作用限制，表面质量难以进一步提升。
长期以来，高表面质量的套圈滚道的加工技术一直困扰着我国轴承行业，尤其是高端圆锥滚子轴承的套圈滚道加工，目前工程上超精研后的套圈滚道表面粗糙度仅能达到Ra 0.2μm，而高端圆锥滚子轴承要求套圈滚道表面粗糙度要达到Ra 0.04μm，套圈滚道的质量已经严重制约了我国高端圆锥滚子轴承的制造水平。
发明内容
本发明提供了轴承外套圈内滚道力流变抛光机。本发明的轴承外套圈内滚道力流变抛光机可以实现轴承外套圈内滚道的超精密抛光加工，相比于传统的采用油石进行超精研的方式，抛光精度能够得到大幅提高。
本发明的技术方案：
轴承外套圈内滚道力流变抛光机，包括底架，底架上设有工作台面；所述工作台面上设有至少一个抛光槽，所述抛光槽中设有用于固定待加工轴承外套圈的定位装置，对应的，所述工作台面上设有抛光机构，所述抛光机构上具有可以由驱动元件驱动作转动的抛光头；所述抛光头可以伸入至抛光槽中待加工轴承外套圈的内侧区域，通过旋转搅动待加工轴承外套圈内侧的抛光液使抛光液与轴承外套圈内滚道形成相对运动，实现对轴承外套圈内滚道的力流变抛光。
与现有技术相比，本发明的轴承外套圈内滚道力流变抛光机具有特定的构造，抛光槽中设有定位装置，加工时，可以将待加工轴承外套圈通过定位装置固定，抛光机构具有可以转动的抛光头，该抛光头可以伸入抛光槽中，通过旋转搅动待加工轴承外套圈内侧的抛光液使抛光液与轴承外套圈内滚道形成相对运动，实现对轴承外套圈内滚道的力流变抛光，获得高精度的加工表面，相比于传统的采用油石进行超精研的方式，抛光精度能够得到大幅提高。
作为优化，前述的轴承外套圈内滚道力流变抛光机中：所述工作台面上设有对应于抛光槽设置的抛光液冷却装置；所述抛光液冷却装置可以对抛光过程中的抛光液进行循环冷却处理。由此，抛光时，可以通过抛光液冷却装置对抛光槽中的抛光液进行冷却，避免抛光液温度上升导致剪切增稠效应减弱，保证抛光效率。
作为优化，前述的轴承外套圈内滚道力流变抛光机中：所述抛光头呈叶轮式，其包括沿旋转轴心周向布置的一组用于搅动抛光液的抛光叶片。发明人摸索发现，抛光头采用上述叶轮式结构，可以有效搅动抛光液，实现高效抛光，且具有轻量化的特点。进一步，所述抛光叶片的外端面轮廓形状与待加工表面的轴向轮廓相同。由此，抛光时，可以控制抛光叶片前端各部位与待加工表面的间隙一致，使加工表面在轴向上各部位获得基本相同的切削力，实现材料均匀去除，使轴向上的各部位可以几乎同时达到加工精度要求，有利于提高加工效率。再进一步，所述抛光叶片相对于转轴偏转一定角度设置，使加工时，抛光叶片对抛光液的作用力具有向上的分量。由此，可以降低抛光头的转动阻力，减轻驱动装置的负载，降低能耗，且有利于加工时轴承外套圈内侧区域置换抛光液。
作为优化，前述的轴承外套圈内滚道力流变抛光机中：所述工作台面上设有用于给抛光槽补充水分的补水箱。由此，可以通过补水箱向抛光槽中补水，避免抛光液因水分蒸发导致抛光效果下降。
作为优化，前述的轴承外套圈内滚道力流变抛光机中：所述定位装置和抛光头均以可更换的方式设置。由此，可以通过更换定位装置和抛光头，以适应不同规格的轴承外套圈。
作为优化，前述的轴承外套圈内滚道力流变抛光机中：所述抛光槽可由驱动装置驱动作转动，所述定位装置设于抛光槽的转动中心。由此，加工时，轴承外套圈可以随抛光槽作转动，使得抛光机可以实现更多的抛光动作，满足不同的工艺要求。进一步，所述抛光槽的转动方向与所述抛光头的转动方向相同。发明人摸索发现，抛光时，抛光槽和抛光头同向转动，抛光液力流变效应较好，可以获得较高的抛光效率和抛光精度。
作为优化，前述的轴承外套圈内滚道力流变抛光机中：所述工作台面上设有龙门架，所述龙门架上设有两个可以由A直线模组驱动沿龙门架的顶梁移动的挂载架，挂载架在龙门架的两侧分别具有一个连接臂，每个连接臂上均安装有一个抛光机构；对应的，所述作台面上设有4个与抛光机构配合使用的抛光槽。由此，一台设备上合理的布置有4个抛光槽以及配套使用的4个抛光机构，可以同时进行抛光加工，相比单工位设计形式，在获得相同生产效益的情况下，设备投入成本低，且设备结构紧凑占用生产空间小。
进一步，所述抛光头通过抛光主轴与抛光电机相连，所述抛光电机通过连接座安装于电动转台上，所述A电动转台通过B直线模组与连接臂连接可以升降。由此，抛光主轴可以升降的同时，还可以通过调节电动转台偏转一定的角度，在需要对轴承外套圈内滚道进行局部抛光时，可以更换上圆柱形的抛光头，并使抛光头的圆柱面与待加工面平行，实现对待加工表面的快速局部抛光。
进一步，所述工作台面上设有上料台，以及可以将上料台上的待加工轴承外套圈转移至抛光槽中进行定位的吊装装置；所述吊装装置包括设于工作台面上的C直线模组，所述C直线模组垂直于龙门架设于龙门架的中部下方；所述C直线模组上设有B电动转台，所述B 电动转台上安装有D直线模组，所述D直线模组通过连接件与机械爪连接可以驱动机械爪升降。由此，可以通过吊装装置将待加工工件运送至抛光槽中指定位置(定位装置)，降低劳动强度，提高生产效率。
进一步，所述工作台面上，与抛光槽相对应，设有液料回收槽；所述液料回收槽用于接收抛光头退出后从抛光头上流下的抛光液；所述液料回收槽倾斜设置使抛光液可以流回对应的抛光槽中。通过设置液料回收槽，回收抛光结束后从抛光头上留下的抛光液，有利于保持工作台面清洁，同时可以减少抛光液的损耗。
附图说明
图1是本发明具体实施例的轴承外套圈内滚道力流变抛光机的结构示意图；
图2是图1中抛光机的主视图；
图3是图1中抛光机的俯视图；
图4是图1中本发明具体实施例中抛光机构的结构示意图；
图5是图4中抛光头的结构示意图；
图6是本发明具体实施例中吊装装置的结构示意图；
图7是本发明具体实施例中抛光液冷却装置的结构示意图；
图8是本发明具体实施例中抛光机构换上圆柱形聚氨酯抛光头后的抛光原理图。
图9是加工实验获得的表面粗糙度检测结果。
附图中标记：1-底架，101-工作台面；2-抛光槽，201-定位装置； 3-吊装装置、301-B电动转台、302-机械爪；4-抛光机构，401-抛光头、4011-抛光叶片、402-抛光主轴、403-抛光电机、404-A电动转台；5-抛光液冷却装置；6-龙门架；7-挂载架、701-连接臂；8-液料回收槽；9-补水箱；10-上料台；11-圆锥滚子轴承外套圈。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。以下未详细说明的均为本领域常规技术手段或技术常识。
本发明的轴承外套圈内滚道力流变抛光机(参见图1-7)可以实现一种新型的轴承外套圈内滚道抛光方法，该抛光方法是：将待加工的轴承外套圈在抛光槽2中进行定位，抛光槽2中具有力流变抛光液，控制抛光液没过待加工轴承外套圈，并将可以由驱动装置驱动作旋转的抛光头401伸入至抛光槽2中待加工轴承外套圈的内侧区域，通过抛光头401的旋转搅动待加工轴承外套圈内侧的抛光液使抛光液与轴承外套圈内滚道形成相对运动，实现对轴承外套圈内滚道的力流变抛光。
优选的，抛光时，可以控制抛光液的液位高度为没过工件1-2cm。
优选的，抛光时，所述抛光槽2作转动，转动方向与抛光头401 的转动方向相同；待加工轴承外套圈的轴线与抛光槽转轴的轴心线重合，随抛光槽转动。发明人摸索发现，此时，抛光液的力流变效应，可以获得较高的抛光效率。进一步，加工时，抛光槽2的转速可以控制在20-45rpm之间，抛光头401的转速可以控制在200-600rpm之间。
参见图1-7，本发明的轴承外套圈内滚道力流变抛光机，包括底架1，底架1上设有工作台面101；所述工作台面101上设有至少一个抛光槽2，所述抛光槽2中设有用于固定待加工轴承外套圈的定位装置201，对应的，所述工作台面1上设有抛光机构4，所述抛光机构4上具有可以由驱动元件(可以是电机)驱动作转动的抛光头401；所述抛光头401可以伸入至抛光槽2中待加工轴承外套圈的内侧区域，通过旋转搅动待加工轴承外套圈内侧的抛光液使抛光液与轴承外套圈内滚道形成相对运动，实现对轴承外套圈内滚道的力流变抛光。
实施例(参见1-7)：
本实施例中，所述工作台面101上设有对应于抛光槽2设置的抛光液冷却装置5；所述抛光液冷却装置5可以对抛光过程中的抛光液进行循环冷却处理(即将抛光液冷却后送回抛光槽2中)。具体是：抛光液冷却装置5包括螺杆泵501；所述螺杆泵501的缸体设于E直线模组上，可由E直线模组驱动作升降，使螺杆泵501的入口可以探入抛光槽2内的抛光液中；所述螺杆泵501的出口连接有出液管502，在工作时将抛光液送回抛光槽2中(加工时，从出液管502流出的抛光液经风冷后，落会抛光槽2中)。本实施例中，由于设置了抛光液冷却装置5，可以避免抛光液温度上升，影响加工。从另一个角度看，设置抛光液冷却装置5使得用户不需要额外为设备添置抛光液冷却机械，有利于推广。
本实施例中，所述抛光头401呈叶轮式，其包括沿旋转轴心周向布置的一组用于搅动抛光液的抛光叶片4011。发明人摸索发现，抛光头401采用上述叶轮式结构，可以有效搅动抛光液，实现高效抛光，且具有轻量化的特点。
本实施例中，所述工作台面101上设有用于给抛光槽2补充水分的补水箱9。抛光时，可以通过补水箱9向抛光槽2中补水，避免抛光液因水分蒸发导致抛光效果下降。
本实施例中，所述定位装置201和抛光头401均以可更换的方式设置。从而，可以通过更换定位装置201和抛光头401，以适应不同规格的工件。
本实施例中，所述抛光槽2可由驱动装置驱动作转动，所述定位装置201设于抛光槽2的转动中心。加工时，轴承外套圈可以随抛光槽2作转动，使得抛光机可以实现更多的抛光动作，满足不同的工艺要求。
本实施例中，所述工作台面101上设有龙门架6，所述龙门架6 上设有两个可以由A直线模组驱动沿龙门架6的顶梁移动的挂载架7，挂载架7在龙门架6的两侧分别具有一个连接臂701，每个连接臂701 上均安装有一个抛光机构4；对应的，所述作台面101上设有4个与抛光机构4配合使用的抛光槽2。在工作台面101上合理的布置四个抛光槽2以及与抛光槽2配套使用的四个抛光机构，使得抛光机具有结构紧凑的优点。
本实施例中，所述抛光头401通过抛光主轴402与抛光电机403 相连，所述抛光电机403通过连接座安装于A电动转台404上，所述 A电动转台404通过B直线模组与连接臂701连接可以升降。采用本实施例中的抛光机构，抛光主轴402可以平移和升降的同时，还可以通过A电动转台404调节角度。在工件表面局部存在粗糙度较大时，可以更换上圆柱形聚氨酯抛光头(加工原理参见图8)，通过调整间隙控制抛光力度，快速去除待加工表面较高的粗糙峰，实现局部快速抛光，然后可以换回叶片型抛光头进行轴承外套圈内滚道全表面的抛光加工。当然，也可以在局部抛光完成后，启动抛光槽驱动装置，驱动抛光槽2作转动，如此，驱动抛光槽2和圆柱形聚氨酯抛光头同时作转动，也可以实现对轴承外套圈内滚道全表面进行抛光加工，但是，此时抛光效率没有采用叶片型抛光头时高。
本实施例中，所述工作台面101上设有上料台10，以及可以将上料台10上的待加工轴承外套圈转移至抛光槽2中进行定位的吊装装置3；所述吊装装置包括设于工作台面101上的C直线模组，所述 C直线模组垂直于龙门架6设于龙门架6的中部下方；所述C直线模组上设有B电动转台301，所述B电动转台301上安装有D直线模组，所述D直线模组通过连接件与机械爪302连接可以驱动机械爪302 升降(本实施例中，机械爪302由夹爪气缸和设于夹爪气缸上的夹持臂构成)。通过设置上料台10和吊装装置3，可以降低工人的劳动强度，提高生产效率。
本实施例中，所述工作台面101上，与抛光槽2相对应，设有液料回收槽8；所述液料回收槽8用于接收抛光头401退出后从抛光头 401上留下的抛光液；所述液料回收槽8倾斜设置使抛光液可以流回对应的抛光槽2中。抛光结束后，从抛光头上流下的抛光液滴落到液料回收槽8中进行回收，有利于保持工作台面101清洁，同时可以减少抛光液的损耗。
本实施例中，4个抛光槽由同一个驱动电机通过同步带驱动，同步带通过张紧轮张紧。
本实施例中，抛光槽2的转动方向与抛光头401转动方向相同。
下面结合加工实验对本发明的技术方案作进一步的说明：
加工工件为圆锥滚子轴承外套圈11，内滚道初始表面粗糙度为 410nm。抛光头401的结构如图4和图5所示，抛光叶片4011的外端面与圆锥滚子轴承外套圈11的内滚道倾斜角度相同(抛光叶片4011 的外端面轮廓形状与待加工表面的轴向轮廓相同)。加工时，抛光头401与抛光槽2朝相同的方向转动，抛光头401转速为300rpm，抛光槽2转速为30rpm，每5min进行一次粗糙度检测，累计经过30min 抛光加工，圆锥滚子轴承外套圈11的内滚道表面粗糙度下降到了 30nm以下。试验结果的数据表明(参见图9)，本发明的抛光装置能实现轴承外套圈内滚道的高效、高质量抛光加工(30min内，能将粗糙度从400nm降到30nm以下)。
需要指出的是，本申请中的抛光液均是指力流变抛光液。抛光时，工件与抛光液相对运动，受剪切力的作用，在套圈表面形成能够柔性把持磨粒的流变层。
上述对本申请中涉及的发明的一般性描述和对其具体实施方式的描述不应理解为是对该发明技术方案构成的限制。本领域所属技术人员根据本申请的公开，可以在不违背所涉及的发明构成要素的前提下，对上述一般性描述或/和具体实施方式(包括实施例)中的公开技术特征进行增加、减少或组合，形成属于本申请保护范围之内的其它的技术方案。

Claims (10)

1.轴承外套圈内滚道力流变抛光机，其特征在于：包括底架(1)，底架(1)上设有工作台面(101)；所述工作台面(101)上设有至少一个抛光槽(2)，所述抛光槽(2)中设有用于固定待加工轴承外套圈的定位装置(201)，对应的，所述工作台面(1)上设有抛光机构(4)，所述抛光机构(4)上具有可以由驱动元件驱动作转动的抛光头(401)；所述抛光头(401)可以伸入至抛光槽(2)中待加工轴承外套圈的内侧区域，通过旋转搅动待加工轴承外套圈内侧的抛光液使抛光液与轴承外套圈内滚道形成相对运动，实现对轴承外套圈内滚道的力流变抛光。
2.根据权利要求1所述的轴承外套圈内滚道力流变抛光机，其特征在于：所述工作台面(101)上设有对应于抛光槽(2)设置的抛光液冷却装置(5)；所述抛光液冷却装置(5)可以对抛光过程中的抛光液进行循环冷却处理。
3.根据权利要求1所述的轴承外套圈内滚道力流变抛光机，其特征在于：所述抛光头(401)呈叶轮式，其包括沿旋转轴心周向布置的一组用于搅动抛光液的抛光叶片(4011)。
4.根据权利要求1所述的轴承外套圈内滚道力流变抛光机，其特征在于：所述工作台面(101)上设有用于给抛光槽(2)补充水分的补水箱(9)。
5.根据权利要求1所述的轴承外套圈内滚道力流变抛光机，其特征在于：所述定位装置(201)和抛光头(401)均以可更换的方式设置。
6.根据权利要求1所述的轴承外套圈内滚道力流变抛光机，其特征在于：所述抛光槽(2)可由驱动装置驱动作转动，所述定位装置(201)设于抛光槽(2)的转动中心。
7.根据权利要求1-6任一权利所述的轴承外套圈内滚道力流变抛光机，其特征在于：所述工作台面(101)上设有龙门架(6)，所述龙门架(6)上设有两个可以由A直线模组驱动沿龙门架(6)的顶梁移动的挂载架(7)，挂载架(7)在龙门架(6)的两侧分别具有一个连接臂(701)，每个连接臂(701)上均安装有一个抛光机构(4)；对应的，所述作台面(101)上设有4个与抛光机构(4)配合使用的抛光槽(2)。
8.根据权利要求7所述的轴承外套圈内滚道力流变抛光机，其特征在于：所述抛光头(401)通过抛光主轴(402)与抛光电机(403)相连，所述抛光电机(403)通过连接座安装于电动转台(404)上，所述A电动转台(404)通过B直线模组与连接臂(701)连接可以升降。
9.根据权利要求7所述的轴承外套圈内滚道力流变抛光机，其特征在于：所述工作台面(101)上设有上料台(10)，以及可以将上料台(10)上的待加工轴承外套圈转移至抛光槽(2)中进行定位的吊装装置(3)；所述吊装装置(3)包括设于工作台面(101)上的C直线模组，所述C直线模组垂直于龙门架(6)设于龙门架(6)的中部下方；所述C直线模组上设有B电动转台(301)，所述B电动转台(301)上安装有D直线模组，所述D直线模组通过连接件与机械爪(302)连接可以驱动机械爪(302)升降。
10.根据权利要求7所述的轴承外套圈内滚道力流变抛光机，其特征在于：所述工作台面(101)上，与抛光槽(2)相对应，设有液料回收槽(8)；所述液料回收槽(8)用于接收抛光头(401)退出后从抛光头(401)上流下的抛光液；所述液料回收槽(8)倾斜设置使抛光液可以流回对应的抛光槽(2)中。
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