CN2332531Y - “切入－贯穿”两步法轴承套圈凸度母线滚道超精机床 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于把磨削后的圆锥或圆柱滚子轴承套圈直母线滚道超精成带凸度母线滚道的机床。这种具有凸度滚道的轴承产品在工作时滚道应力分布合理,大大提高旋转精度和使用寿命。本机床有二个工件主轴和二个超精振荡机构,实现从“粗超”到“精超”的“两步法”超精。采用宽度小于轴承套圈滚道表面母线长度1/2的窄油石,在作高频小振幅“切入”法超精运动的同时,油石以沿母线方向作变速度大往复“贯穿”运动。实现高效率、高精度的超精出带凸度母线的滚道表面。

Description

“切入----贯穿”两步法轴承套圈凸度母线滚道超精机床

本实用新型涉及一种将圆锥或圆柱滚子轴承套圈磨削加工后的内、外滚道直母线表面超精加工呈带凸度母线滚道的超精机床。

当前国内、外圆锥或圆柱轴承套圈滚道表面超精加工通常公知的做法和所采用的工艺设备是：

1)利用一块宽度窄于被加工表面母线长度的宽状油石进行超精，在加工过程中油石沿着平行于工件母线的方向，以＜2000次/min的往复振荡频率和0～4mm的振幅进行振荡。与此同时，油石沿工件的径向压向旋转的工件表面，进行“切入法”超精加工。这种“切入法”超精机是当前国内、外最常见的超精机床，以德国THIELENHAUS公司生产的RM85型和RM150型为代表。当前瑞典、日、德、中国等生产和使用的轴承套圈滚道超精机绝大多数是采用这种超精加工原理。“切入法”超精机床其优点是：油石宽，超精加工效率高。但是由于圆锥轴承套圈经过磨加工后套圈滚道不可避免的存在锥角误差，采用这种宽油石超精，超精后滚道母线的直线性和锥角误差难以解决。滚道母线两端的区域无法加工到，经常出现两端“露花”现象(即：磨削后的砂轮磨削痕迹花纹无法超精切除干净)。

2)利用宽度小于被加工表面母线长度的窄油石(也可以用宽油石)，采用匀速大往复加0～4mm振幅的小振荡运动，来实现把圆锥或圆柱滚子轴承套圈母线全长加工完整，以解决上述“露花”现象。但是采用这种超精方法由于油石宽度很窄，且同一块油石既要用作粗超，又要用作精超，因此生产效率比较低。

以上这两类超精机床只能加工出具有直母线的滚道表面，而这种具有直母线滚道表面的轴承产品使用过程中，轴承套圈滚道与滚动体接触区域，特别是在滚道两端，产生边缘应力集中现象，这将导致轴承零件急剧磨损，大大降低轴承产品的旋转精度和使用寿命。这是急待解决的问题。

本实用新型的目的和任务在于提供一种全新的超精机床，它不仅能够以较大的超精切削余量，有效地切除工件被加工表面由于上工序磨削烧伤而残留的软化变质层，而且以能高精度、高效率地将轴承套圈滚道由上工序磨削成的直母线表面超精成为具有一定凸度量的鼓形滚道表面(一般来说：凸起量2～7μm或更大些，凸度量大小可根据轴承产品设计的要求来调整)。这种具有凸度母线表面的轴承套圈，可保证轴承产品在工作过程中滚动体和套圈滚道接触区域应力分布均匀合理，在滚道母线两端不再产生应力集中现象，从而大大提高轴承产品的旋转精度和使用寿命。这种全新的凸度滚道对于汽车专用轴承，精密机床主轴轴承、铁路客车与货车高速及准高速轴承提高其旋转精度、转速、使用寿命具有极大的技术经济意义。

本实用新型的目的和任务是这样实现的：

1．在同一台机床上具有两个工件主轴和两个超精振荡部件，它使用不同的切削用量(转速、压力、振荡频率等)，对工件实现从“粗超”工位到“精超”工位的“两步法”超精。它能以较大的超精切削余量(可达8～10μm，甚至更大)，有效地切除工件被加工滚道表面由于上工序磨加工产生的软化变质层。

2．超精加工使用的油石宽度h小于被加工表面母线长度H的1/2，即：h＜1/2H；在加工过程中油石以压力P(一般为1～10kgf)压向被超精的工作表面，一方面具有高频率(一般为3000次/min)和微小的振幅(一般为0～2mm)的“切入”运动，另一方面油石又具有沿被加工的工件母线以变化的速度V作大往复“贯穿”运动(见图1)。

3．油石在沿设加工母线表面作变速度大往复“贯穿”运动，当油石在母线的中点处(H=1/2处)其往复速度最快V=±Vmax(“+”、“-”表示往复运动的方向)；当油石在向母线两端头方向运动时，往复速度逐渐减慢；当油石在母线两端头处其往复速度V=Vmin=0，并作0～5秒短暂停留，其停留时间的长短可根据超精加工所需凸度量大小，任意选择调整。

4．通过上述1、2、3的结果，实现高精度、高效率超精加工出中间具有凸度量Δ的鼓形母线滚道表面(见图2)。

本实用新型所提供的是一种全新的超精机床，它与现有的超精机床相比较，不仅能以高效率和大的超精切削余量(一般可达8～10μm以上)有效地切除被加工表面由于磨削加工而产生的软化变质层，而且使用这种机床超精加工的轴承套圈母线表面经过高精度轮廓仪测量结果表明：它已经有效地把上工序磨成的直母线滚道表面超精成为具有一定凸度量的鼓形滚道表面(一般可达2～7μm)。以抽检超精加工7607E圆锥轴承套圈滚道为例说明：该工件超精加工时间为12秒，检测仪器使用英国Toylor-Hobson高精度轮廓仪，超精后滚道母线凸起量约为4.4μm左右(见图3)，这种滚道带凸度母线表面的轴承套圈，实现了轴承产品在工作过程中滚动体和套圈滚道接触区域内应力分布均匀合理，保证滚道母线两端不再产生应力集中现象，从而有效地提高轴承产品旋转精度和使用寿命(见图4)。

本实用新型具体结构是由下述实施例及附图所给出：

图5是根据本实用新型总体思想而提出的“切入--贯穿”凸度母线滚道超精机床的总图。

图6是实现本实用新型变速度大往复“贯穿法”超精的具体结构剖面图。

图7是实现本实用新型“切入法”超精的具体结构剖面图。该机构在使用时是安装在图6所述的变速大往复机构滑板11之上。

下面将结合这些附图对实现本实用新型的最佳方式作详细描述：

图5展示出本实用新型的总体设计。A1是用于粗超加工的右振荡部件，它由实现有粗超工位作变速度往复的机构B1和实现粗超工位作高频振荡的切入机构C1共同组合而成。A2是用于精超加工的左振荡部件，它与A1相同，是由实现在精超工位作变速度往复的机构B2和实现精超工位作高频振荡的切入机构C2共同组合而成。被超精加工的工件由送料机械手从上料工位Ⅰ输送到粗超工位Ⅱ，当粗超加工结束后，再输送到精超工位Ⅲ进行精超加工。粗、精超加工全部完成后，成品输送到下料工位Ⅳ，实现在同一台机床上从“粗超”到“精超”的“两步法”超精加工。在“粗超”工位Ⅱ，右振荡部件A1上装夹有切削性能好且磨料粒度较粗的油石，选择较低的工件转速(如：2000～3000转/min)和油石采用较快的往复速度，实现有效地切除被加工表面由于上一工序磨削加工而带来的软化变质层(-般可达8～10μm)。与此同时，又把工件直母线表面超精成为带凸度母线的表面几何形状。在“精超”工位Ⅲ，左振荡部件A2上装夹有磨料粒度很细、性能优越的磨料，选择较高的工件转速(如：3000～6000转/min)和油石采用较慢的变速往复速度(如：一个超精加工同期内实现1～3次往复双行程)，使被超精表面获得最理想的表面粗糙度(一般可达Ra0.03～0.05)。

图6是依据本实用新型使油石沿被加工母线作变速大往复的机构和设备，即图5中B1和B2机构的剖面图。

调速电机5驱动蜗杆减速器4(或其他类型减速器)，使固定在输出轴18上的滑块座3低速旋转。与滑块座3相配的偏心滑块6的小轴上安装了二套靠导向槽板8消除径向游隙的轴承7。导向槽板8固定在“夹紧----纵向快进快退”油缸体9上，当夹紧油缸20通入高压油后，夹紧活塞杆，使偏心滑块6、油缸9一整套机构与安装在滑板11上的油石高频小振荡机构联成一体。

当偏心滑块座3旋转时，使轴承7围绕减速器输出轴18作圆周简谐运动，从而带动装夹在整套振荡机构上的油石可沿着高精度导轨10、13的导轨面作变速度往复“贯穿”运动。

变速度往复“贯穿”运动的速度快慢是靠调整调速电机5的转速来实现。

变速度往复“贯穿”运动的行程大小是靠调整偏心滑块6上的轴承7的中心位置相对于轴18的偏心量大小来实现。

变速往复“贯穿”运动在母线两端的停留时间是靠电气开头21和19发讯控制调速电机5的制动时间长短来实现。

当机床用于加工圆锥轴承套圈滚道时，其加工滚道锥角大小是靠蜗杆15、通过轴17、蜗轮16、夹紧套12带动回转体2转动来实现。锥角调整完毕后用螺钉14紧固在底座1上。

图7是依据本实用新型使油石以一定压力压向被加工表面的同时又实现高频率(3000次/min)，小振幅(0～2mm)的“切入法”超精机构和设备。即图5中C₁、C₂机构的剖面图。

调速电机22的轴端所安装的皮带轮23经过同步齿形皮带24(或：多楔三角带等其他带传动)、皮带轮25而驱动偏心轴26高速(3000次/min)旋转。偏心轴26是由二个偏心量大小相等(2mm)、偏心相位相反的偏心轴组成。偏心轴26外部安装有二个偏心套29、33，而偏心套外部又安装各2套轴承。当偏心轴26高速旋转时，通过偏心套33带动轴承内圈高速旋转，而轴承外圈则在导向槽板35中作高速往复纯滚动，关通过导向槽板35带动安装在精密滚动导轨28内的滑块30和固定在滑块30上的油石刀杆座31实现高频率、小振幅的振荡运动。与此同时，通过偏心套29、导轨27、滑块32，带动平衡块36以相反的相位进行高顿率、小振幅的振荡运动，以实现高速振荡时惯性力的相互抵消和静平衡。

“切入法”超精机构的油石加压是通过油缸37带动安装在底座34上整套的切入机构C₁、C₂(图5)来实现。“切入法”振荡频率的快慢是通过改变调速电机22的转速来实现。而振幅大小是通过调整偏心轴26与偏心套29、33的偏心量大小来实现。

Claims (4)

1．本实用新型是一种把圆锥或圆柱滚子轴承套圈磨削加工后的直母线内、外表面滚道超精加工成为具有带凸度母线滚道表面的机床，其特征是：

(1)在同一台机床上分别安装有二个独立传动的工件主轴和二个独立传动的超精振荡机构，它们分别用于粗超工位和精超工位进行“两步法”超精；

(2)在超精加工的振荡机构上装夹有宽度小于被加工滚道母线长度1/2的窄油石，油石在振荡机构驱动下压向被加工表面后，一方面进行高频率为＜4000次/min、小振幅＜4mm的“切入”法超精，与此同时油石又沿着滚道母线作变速度大往复的“贯穿”法超精运动；

(3)油石在沿被加工滚道母线作变速度大往复“贯穿”运动时，在滚道母线长度1/2的中部区域里，油石其往复运动速度最快V=Vmax，随着油石朝往滚道母线两端方向运动时，速度逐渐降低，当油石运动位置处于滚道母线两端头部区域时，其往复运动速度V=Vmin=0；

(4)油石可在轴承套圈滚道母线两端头部区域作0～5秒时间的短暂停留，其停留时间长短可根据被加工滚道表面母线所需要的凸度量大小进行无级选择，从而超精出所需要的凸度滚道母线工作表面。

2．根据权利要求1所述的凸度母线滚道超精机床，其特征是：在同一台机床上分别安装有二个独立传动的工件主轴，一个主轴是用于粗超工位驱动工件旋转，另一个主轴是用于精超工位驱动工件旋转，而在机床的床身上又分别安装有二套独立驱动的超精振荡机构，其中一个是用于粗超加工的右振荡部件，它由实现“贯穿”法超精的变速往复机构和实现“切入”法超精的高频小振荡机构共同组合而成，另一个是用于精起加工的左振荡部件，它也是由实现“贯穿”法超精的变速大往复机构和实现“切入”法超精的高频小振荡机构共同组合而成。

3．根据权利要求1、2所述的凸度母线滚道超精机床，其特征是：

(1)“切入”法超精高频小振荡机构分别由一个可改变调整转速的变速电机经过皮带传动，驱动一根由二个偏心量大小完全相等而偏心的方向相反的偏心轴组成的长偏心轴旋转；

(2)偏心轴外部安装有二个偏心套，而偏心套外部又各安装二大镶嵌在导向槽板内并可沿导向槽板作纯滚动运动的轴承；

(3)二个导向槽板分别固定在精密滚动导轨上；

(4)固定在导轨上的油石刀杆座与固定在导轨上的平衡块其重量相等，质量相同，当在变速电机驱动下作高频率、小振幅运动时，其惯性力大小相等，方向相反，实现平稳无冲击的振荡；

(5)油石加压缸可带动整套机构移动，并使安装在油石刀杆座上的油石对超精加工表面加压。

4．根据权利要求1、2所述的凸度母线滚道超精机床，其特征是：(1)“贯穿”法起精变速大往复机构分别由一个可改变油石大往复运动速度的变速电机和减速器；

(2)在减速器的输出轴上安装有可根据油石往复行程大小的需要而可任意调整偏心量六小的二个偏心滑块；

(3)在偏心滑块上安装有镶嵌在导向槽板内并可沿导向槽板滑动的轴承；

(4)导向酘板定在“夹紧--纵向快进和纵向快退”油缸体上，而油缸的活塞杆又与安装在高精度滚动导轨付上的滑板相联，当夹紧油缸通入压力油时可把活塞杆夹紧，从而使导向槽板、油缸和滑板紧固成一个刚体；

(5)变速电机可驱动偏心滑块旋转并带动轴承围绕减速器输出轴作圆周简谐运动，从而使安装在滑板上的整套振荡机构沿着导轨作变速的往复运动；

(6)电气开关可发讯控制变速电机使它在大往复行程的两端头区域制动，通过时间继电器可谓整制动时间，实现0～5秒的停留；

(7)蜗杆、蜗轮可带动整套机构回转，调整超精大往复母线运动轨迹的角度，实现对各种锥角的大小的圆锥母线超精加工。

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