RU2162401C2

RU2162401C2 - Method of continuous grinding of tapered roller spherical ends

Info

Publication number: RU2162401C2
Application number: RU98101990/02A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Рахчеев; Б.П. Кощейков; А.Н. Филин; И.А. Швидак; В.А. Николаев
Original assignee: Самарский государственный технический университет
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1998-02-04
Publication date: 2001-01-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: prior to machining, grinding wheel end is set according to radius equal to that of tapered roller end. Rollers being machined are loaded into continuously rotating disc provided with sockets positioned radially along periphery. Rollers move relative to grinding wheel end at speed of ring feed. Grinding wheel end is driven to oscillation about point which is located on disc axis and serves as a center of radius of machined spherical surface. Direction of oscillation is perpendicular to axis of wheel rotation. Oscillation amplitude is not less than value of cone angle of roller generatrix. EFFECT: improved accuracy and quality of surface layer of tapered roller ends. 4 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к машиностроению, точнее к способам шлифования торцевых поверхностей вращения, например, сферических торцов конических роликов. The invention relates to mechanical engineering, and more specifically to methods of grinding end surfaces of revolution, for example, spherical ends of tapered rollers.

Известен способ, в котором применяется устройство для непрерывного шлифования сферических торцов конических роликов (А.с. N 514681, B 24 B 11/00, 1976, Б. И. N 19) торцовой сферической поверхностью шлифовального круга, выполненное в виде двух имеющих конические рабочие поверхности соосных ведущих дисков с осью, перпендикулярной оси шлифовального круга, вращающихся с различными скоростями в разные стороны, вершины конических поверхностей которых расположены в точке пересечения оси головки и оси шлифовального круга, а также сепаратор с гнездами для роликов, при этом устройство снабжено дополнительным ведущим диском, установленным соосно с упомянутыми дисками, и дополнительным сепаратором, для обеспечения плавного входа роликов в зону обработки, ось шлифовального круга смещена относительно оси ведущих дисков на величину "l". A known method in which a device is used for continuous grinding of the spherical ends of tapered rollers (A.S. N 514681, B 24 B 11/00, 1976, B. I. N 19) with a face spherical surface of the grinding wheel, made in the form of two having conical working surfaces of coaxial drive disks with an axis perpendicular to the axis of the grinding wheel, rotating at different speeds in different directions, the tops of the conical surfaces of which are located at the intersection of the axis of the head and the axis of the grinding wheel, as well as a separator with slots for rollers ikov, while the device is equipped with an additional drive disk mounted coaxially with the aforementioned drives, and an additional separator, to ensure a smooth entry of the rollers into the processing zone, the axis of the grinding wheel is offset relative to the axis of the drive wheels by the value "l".

Недостатком данного способа шлифования является то, что он не обеспечивает получение высокой точности формы сферического торца обрабатываемой заготовки. Это является следствием того, что ось вращения шлифовального круга смещена относительно оси вращения ведущих дисков. Данное смещение положительно сказывается на обеспечении плавного входа роликов в зону обработки и съема припуска при шлифовании. Однако при таком расположении шлифовального круга относительно оси вращения ведущих дисков формообразование правильной геометрической формы сферы заготовки не происходит. В процессе обработки торцы роликов перемещаются по дуге окружности, которая не совпадает с профилем сферической рабочей поверхности шлифовального круга. Наибольшее расхождение наблюдается на входе в зону резания, а наименьшее - на выходе. В результате этого торцы роликов получаются меньшего размера и, следовательно, не обеспечивается требуемая точность формы сферического торца обрабатываемой заготовки. The disadvantage of this method of grinding is that it does not provide high accuracy in the shape of the spherical end face of the workpiece. This is due to the fact that the axis of rotation of the grinding wheel is offset relative to the axis of rotation of the drive discs. This shift has a positive effect on ensuring a smooth entry of the rollers into the processing zone and removal of the allowance during grinding. However, with such an arrangement of the grinding wheel relative to the axis of rotation of the leading disks, shaping of the correct geometric shape of the sphere of the workpiece does not occur. During processing, the ends of the rollers move along an arc of a circle that does not coincide with the profile of the spherical working surface of the grinding wheel. The greatest discrepancy is observed at the entrance to the cutting zone, and the smallest at the exit. As a result, the ends of the rollers are smaller and, therefore, the required accuracy of the shape of the spherical end of the workpiece is not provided.

Наиболее близким по технической сущности является способ шлифования сферических торцов конических роликов ("Труды семинара по вопросам прогрессивных методов шлифования и доводки деталей подшипников качения" под редакцией А. И. Спришевского, Всесоюзный научно-исследовательский конструкторско-технологический институт подшипниковой промышленности (ВНИПП), М., 1964 г. , стр. 217, фиг. 3), при котором обрабатываемые ролики загружают в непрерывно вращающийся диск, имеющий радиально расположенные по периферии гнезда, и перемещаются со скоростью круговой подачи относительно торца шлифовального круга, имеющего форму, соответствующую обрабатываемой сфере. The closest in technical essence is the method of grinding the spherical ends of tapered rollers ("Proceedings of the workshop on progressive grinding and finishing of parts of rolling bearings" edited by A. I. Sprishevsky, All-Union Scientific-Research Design and Technology Institute of the Bearing Industry (VNIPPP), M ., 1964, p. 217, Fig. 3), in which the machined rollers are loaded into a continuously rotating disk having radially spaced peripherals on the nests and are moved at a speed of traction supply end relative to the grinding wheel, having a shape corresponding to the treated area.

Недостатком данного способа шлифования является то, что он не обеспечивает получение достаточной точности формы сферы торца ролика, требуемой шероховатости поверхности и необходимого качества поверхностного слоя. При данном способе точность формы сферы торца ролика зависит от точности формы спрофилированного рабочего профиля круга, который в процессе шлифования должен оставаться неизменным. Однако в процессе шлифования рабочий профиль круга изменяется. Это связано с тем, что способ не обеспечивает плавного входа роликов в зону обработки и поэтому весь припуск с обрабатываемых торцов удаляется в самом начале. При этом периферия круга испытывает значительную нагрузку и будет изнашиваться больше, чем середина. Неравномерный износ рабочего профиля шлифовального круга (от периферии к центру) сказывается на изменении его радиуса, который увеличивается. Следовательно, аналогичным образом изменяется и радиус сферы торцов обрабатываемых роликов. В результате полученная форма торцов роликов будет отличаться от номинальной. The disadvantage of this method of grinding is that it does not provide sufficient accuracy in the shape of the sphere of the end of the roller, the required surface roughness and the required quality of the surface layer. With this method, the accuracy of the shape of the sphere of the end of the roller depends on the accuracy of the shape of the profiled working profile of the circle, which should remain unchanged during grinding. However, during grinding, the working profile of the wheel changes. This is due to the fact that the method does not provide a smooth entry of the rollers into the processing zone and therefore the entire allowance from the machined ends is removed at the very beginning. In this case, the periphery of the circle experiences a significant load and will wear out more than the middle. Uneven wear of the working profile of the grinding wheel (from the periphery to the center) affects the change in its radius, which increases. Therefore, the radius of the sphere of the ends of the machined rollers changes in a similar way. As a result, the resulting shape of the ends of the rollers will differ from the nominal.

Причиной завышенной шероховатости поверхности служит то, что шлифование торца производится без вращения ролика вокруг своей оси. При этом каждое абразивное зерно оставляет на обрабатываемой поверхности след в виде дуги окружности. Характер расположения таких следов в большинстве случаев остается параллельным. Кроме этого, имеется повторение прохождения зерном своего же собственного следа. Таким образом, пересекающиеся следы от абразивных зерен и глубокие риски на обрабатываемой поверхности образуют на ней грубый волновой микропрофиль с низкой истирающей работоспособностью. The reason for the oversized surface roughness is that the grinding of the end face is carried out without rotating the roller around its axis. In addition, each abrasive grain leaves a mark on the surface to be treated in the form of an arc of a circle. The nature of the location of such traces in most cases remains parallel. In addition, there is a repetition of the passage of the grain of its own trail. Thus, intersecting traces of abrasive grains and deep risks on the treated surface form on it a rough wave microprofile with low abrasion performance.

Существенным недостатком данного способа является также то, что на обработанной поверхности имеются прижоги, которые влияют на качество поверхностного слоя. Прижоги возникают в момент, когда ролики входят в зону шлифования. При этом из-за большого объема удаляемого металла (припуск на входе снимается полностью) возникает высокая контактная температура, наводящая в поверхностном обрабатываемом слое фазовые превращения и структурные изменения. Удалить этот дефектный слой при дальнейшем прохождении роликов через зону шлифования не представляется возможным, так как припуск снят полностью, а дальнейшее прохождение обеспечивает лишь зачистку обрабатываемой поверхности. Поэтому торцы роликов наряду с другими погрешностями искажения формы имеют еще и низкое качество поверхностного слоя. A significant disadvantage of this method is that there are burns on the treated surface that affect the quality of the surface layer. Burns occur when the rollers enter the grinding zone. At the same time, due to the large volume of metal being removed (the allowance at the inlet is completely removed), a high contact temperature arises, inducing phase transformations and structural changes in the surface to be treated. It is not possible to remove this defective layer during the further passage of the rollers through the grinding zone, since the allowance has been completely removed, and the further passage ensures only the cleaning of the surface to be treated. Therefore, the ends of the rollers, along with other errors of shape distortion, also have a low quality of the surface layer.

Техническим результатом является повышение точности и качества поверхностного слоя сферических торцов конических роликов. The technical result is to increase the accuracy and quality of the surface layer of the spherical ends of the tapered rollers.

Технический результат достигается тем, что шлифовальному кругу сообщают качание вокруг точки, лежащей на оси диска и являющейся центром радиуса обрабатываемой сферической поверхности, в направлении, перпендикулярном оси его вращения, с амплитудой, равной не менее величины угла конуса ролика, им сообщают перемещение со скоростью круговой подачи относительно торца круга, рабочая поверхность которого соответствует обрабатываемой поверхности. The technical result is achieved by the fact that the grinding wheel is told to swing around a point lying on the axis of the disk and which is the center of the radius of the processed spherical surface, in a direction perpendicular to the axis of rotation, with an amplitude equal to at least the value of the angle of the cone of the roller, they are informed of the movement at a speed of circular feed relative to the end face of the circle, the working surface of which corresponds to the work surface.

Сопоставительный анализ заявленного решения с прототипом показал, что заявленный способ отличается от известного тем, что шлифовальному кругу сообщают качание вокруг точки, лежащей на оси диска и являющейся центром радиуса обрабатываемой сферической поверхности, в направлении, перпендикулярном оси его вращения, с амплитудой, равной не менее величины угла конуса ролика. A comparative analysis of the claimed solution with the prototype showed that the claimed method differs from the known one in that the grinding wheel is informed by swinging around a point lying on the axis of the disk and which is the center of the radius of the processed spherical surface in a direction perpendicular to the axis of rotation with an amplitude equal to not less than the angle of the cone of the roller.

Причинно-следственная связь
1. Сообщение шлифовальному кругу качания вокруг точки, лежащей на оси диска и являющейся центром радиуса обрабатываемой сферической поверхности, в направлении, перпендикулярном оси его вращения, обеспечивает самозатачиваемость рабочей поверхности круга по радиусу сферы ролика в процессе его износа, пересечение следов от абразивных зерен на обработанной поверхности и плавный вход роликов в зону обработки.Causal relationship
1. The message to the grinding wheel swing around a point lying on the axis of the disk and which is the center of the radius of the processed spherical surface, in the direction perpendicular to the axis of rotation, ensures self-sharpening the working surface of the wheel along the radius of the sphere of the roller during wear, the intersection of traces from abrasive grains on the machined surface and smooth entry of the rollers into the treatment area.

2. Придание шлифовальному кругу качания с амплитудой, равной не менее величины угла конуса ролика, позволяет шлифовальному кругу при неизменной скорости круговой подачи роликов относительно торца вращающегося шлифовального круга с формой рабочей поверхности, соответствующей форме обрабатываемой поверхности, вступать в контакт с обрабатываемой поверхностью меньшей площадью и тем самым производить равномерное удаление припуска, уменьшить нагрузку на круг и его износ, снизить температуру в зоне резания, обеспечивает самозатачиваемость рабочей поверхности круга по радиусу сферы ролика в процессе его износа, пересечение следов от абразивных зерен на обрабатываемой поверхности и плавный вход роликов в зону обработки. 2. Giving the grinding wheel a swing with an amplitude equal to not less than the angle of the cone of the roller allows the grinding wheel at a constant speed to feed the rollers relative to the end face of the rotating grinding wheel with the shape of the working surface corresponding to the shape of the surface being machined, to come into contact with the surface to be machined with a smaller area and thereby to uniformly remove the stock, reduce the load on the wheel and its wear, reduce the temperature in the cutting zone, provides self-sharpening the working surface for the circle radius of the sphere in the process of roller wear intersection traces of the abrasive grains on the treated surface and smooth entry rollers in the processing area.

2. Придание шлифовальному кругу качания с амплитудой, равной не менее величины угла конуса образующей ролика, позволяет шлифовальному кругу при неизмененной скорости продольной круговой подачи роликов вступать в контакт с обрабатываемой поверхностью меньшей площадью и тем самым производить равномерное удаление припуска, уменьшить нагрузку на круг и его износ, снизить температуру в зоне резания. 2. Giving the grinding wheel a swing with an amplitude equal to not less than the angle of the cone of the forming roller allows the grinding wheel to come into contact with the machined surface with a smaller area at an unchanged speed of the longitudinal circular feed of the rollers, thereby uniformly removing the stock and reducing the load on the wheel and its wear, reduce the temperature in the cutting zone.

На фиг. 1 представлен способ шлифования сферических торцов конических роликов; на фиг. 2 - то же вид сверху; на фиг. 3 показан вход ролика в зону резания без качания шлифовального круга; на фиг. 4 - с качанием шлифовального круга. In FIG. 1 shows a method for grinding the spherical ends of tapered rollers; in FIG. 2 - the same top view; in FIG. 3 shows the entrance of the roller to the cutting zone without swinging the grinding wheel; in FIG. 4 - with the swing of the grinding wheel.

Шлифовальный круг 1 имеет сферическую торцевую поверхность с радиусом, равным радиусу сферы обрабатываемых роликов (фиг. 1). Диск 2 имеет радиально расположенные по периферии конические гнезда, в которые загружаются обрабатываемые ролики 3. Ролики 3 имеют коническую образующую с углом α_p и сферическую торцевую обрабатываемую поверхность. Оси вращения шлифовального круга и диска расположены взаимно перпендикулярно и пересекаются в точке A, лежащей на оси OO вращения диска. Кроме того, точка A является вершиной образующей ролика 3 и центром радиуса качания шлифовального круга 1. Для придания рабочему профилю шлифовального круга 1 траектории, равной радиусу обрабатываемой сферы ролика 3, ось шлифовального круга 1 соединена с осью вращения диска 2 в точке A жесткой связью. Качание шлифовального круга 1 осуществляется в направлении, перпендикулярном вращению диска 2 со скоростью качательной подачи S_к и амплитудой, равной не менее величины угла α_p конуса образующей ролика 3. Ролики 3 имеют возможность перемещаться вместе с диском 2 со скоростью круговой продольной подачи S_пр (фиг. 2). При контактировании шлифовального круга 1 с торцами роликов 3 формируется радиус сферы роликов R_сф. Загрузка роликов 3 в гнезда диска 2 осуществляется до входа роликов в зону шлифования (по ходу вращения диска), выгрузка - после выхода роликов из зоны шлифования. При входе ролика 3 в зону обработки со скоростью продольной подачи S_пр, когда шлифовальный круг 1 не совершает качание, контакт осуществляется большей поверхностью (фиг. 3), чем при шлифовании, когда круг 1 совершает качательную подачу S_к (фиг. 4), при одинаковом положении осей шлифовального круга и обрабатываемого ролика.The grinding wheel 1 has a spherical end surface with a radius equal to the radius of the sphere of the machined rollers (Fig. 1). The disk 2 has conical nests radially located on the periphery, into which the machined rollers 3 are loaded. The rollers 3 have a conical generatrix with an angle α _p and a spherical end machined surface. The axis of rotation of the grinding wheel and the disk are mutually perpendicular and intersect at point A lying on the axis OO of rotation of the disk. In addition, point A is the top of the generatrix of the roller 3 and the center of the swing radius of the grinding wheel 1. To give the working profile of the grinding wheel 1 a path equal to the radius of the machined sphere of the roller 3, the axis of the grinding wheel 1 is connected to the axis of rotation of the disk 2 at point A by a rigid connection. The swing of the grinding wheel 1 is carried out in the direction perpendicular to the rotation of the disk 2 with the speed of the swing feed S _to and the amplitude equal to not less than the angle α _{p of the} cone of the forming roller 3. The rollers 3 can move together with the disk 2 with the speed of the circular longitudinal feed S _pr ( Fig. 2). When the grinding wheel 1 is in contact with the ends of the rollers 3, the radius of the sphere of the rollers R _{sf is formed} . The loading of the rollers 3 into the slots of the disk 2 is carried out before the rollers enter the grinding zone (in the direction of rotation of the disk), unloading - after the rollers exit the grinding zone. When the roller 3 enters the treatment zone with the longitudinal feed speed S _pr , when the grinding wheel 1 does not swing, the contact is made on a larger surface (Fig. 3) than when grinding, when the circle 1 makes the swing feed S _to (Fig. 4), with the same position of the axes of the grinding wheel and the machined roller.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Перед началом обработки торец шлифовального круга 1 профилируют по радиусу, равному радиусу торца конического ролика 3. При этом профилирование осуществляется алмазным карандашом, установленным в гнезде диска 2 (не показано). Шлифовальному кругу 1 и диску 2 сообщают вращение, и алмазный карандаш, перемещаясь по круговой траектории в направлении, перпендикулярном оси вращения шлифовального круга 1, придает последнему форму, соответствующую обрабатываемой сфере. Before processing, the end face of the grinding wheel 1 is profiled along a radius equal to the radius of the end face of the conical roller 3. In this case, the profiling is carried out with a diamond pencil installed in the slot of the disk 2 (not shown). The grinding wheel 1 and the disk 2 are informed of the rotation, and the diamond pencil, moving along a circular path in the direction perpendicular to the axis of rotation of the grinding wheel 1, gives the latter a shape corresponding to the sphere being processed.

Конические ролики 3, подлежащие обработке, ориентированные малым торцом вниз, попадают в гнезда диска 2, где ролики получают продольную круговую подачу S_пр за счет вращения диска (фиг. 1, 2). При этом, если шлифовальный круг 1 совершает вращение только вокруг собственной оси, то ролики 3 входят в контакт со шлифовальным кругом значительной поверхностью (фиг. 3). В этот момент происходит большой объем удаления металла с обрабатываемой поверхности, возникает высокая контактная температура, шлифовальный круг в месте контакта интенсивно изнашивается и изменяет профиль своей рабочей поверхности. Все это сказывается на точности обработки и качестве торцов роликов.The conical rollers 3 to be processed, oriented with the small end face down, fall into the slots of the disk 2, where the rollers receive a longitudinal circular feed S _CR due to the rotation of the disk (Fig. 1, 2). Moreover, if the grinding wheel 1 rotates only around its own axis, then the rollers 3 come into contact with the grinding wheel with a significant surface (Fig. 3). At this moment, a large amount of metal removal from the surface to be treated occurs, a high contact temperature occurs, the grinding wheel at the point of contact wears out intensively and changes the profile of its working surface. All this affects the accuracy of processing and the quality of the ends of the rollers.

При сообщении шлифовальному кругу 1 дополнительно качательной подачи S_к относительно точки A, лежащей на оси диска 2 и являющейся центром радиуса обрабатываемой сферической поверхности, в направлении, перпендикулярном оси его вращения с амплитудой, равной не менее величины угла конуса ролика α_p, ролики 3 входят в контакт со шлифовальным кругом 1 при одинаковой скорости круговой подачи S_пр меньшей поверхностью (фиг. 4). При этом обеспечивается плавный вход роликов в зону обработки, равномерное удаление припуска и исключается неравномерный износ рабочего профиля шлифовального круга. Сообщение дополнительного движения шлифовальному кругу обеспечивает выполнение точности радиуса сферы ролика R_сф в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Кроме этого, обеспечивается самозатачиваемость инструмента. Измененный характер движения зерна формирует на обработанной поверхности сетку пересекающихся следов с уменьшенной шероховатостью, которая положительно сказывается на работоспособности данной поверхности. Равномерное удаление припуска позволяет снизить контактную температуру и на обрабатываемой поверхности не возникает прижога.When the grinding wheel 1 is additionally provided with an oscillating feed S _{to a} point A lying on the axis of the disk 2 and being the center of the radius of the processed spherical surface in a direction perpendicular to the axis of rotation with an amplitude equal to at least the value of the angle of the roller cone α _p , the rollers 3 include in contact with the grinding wheel 1 at the same speed of the circular feed S _{pr a} smaller surface (Fig. 4). This ensures a smooth entry of the rollers into the processing zone, uniform removal of the allowance and eliminates uneven wear of the working profile of the grinding wheel. Post additional motion the grinding wheel provides the precision sphere radius R _sph roller in two mutually perpendicular directions. In addition, the tool is self-sharpening. The changed nature of grain movement forms a grid of intersecting tracks on the treated surface with a reduced roughness, which positively affects the health of this surface. Even removal of the allowance allows to reduce the contact temperature and does not cause a burn on the surface to be treated.

После прохождения зоны шлифования ролики 3 выпадают из гнезда диска 2. After passing through the grinding zone, the rollers 3 fall out of the slot of the disk 2.

Эффективность способа непрерывного шлифования сферических торцов роликов рассмотрим на примере обработки роликов конического подшипника 6-7807, имеющих следующие размеры:
Наибольший диаметр D = 9,65 мм; наименьший диаметр d = 8,316 мм; длина L = 19,2_-0,5; угол конуса α_p = 2^o и радиус сферы торца R_сф = 138_-10 мм.The effectiveness of the method of continuous grinding of the spherical ends of the rollers will be considered on the example of processing the rollers of a tapered bearing 6-7807, having the following dimensions:
The largest diameter D = 9.65 mm; smallest diameter d = 8.316 mm; length L = 19.2 _-0.5 ; the cone angle α _p = 2 ^o and the radius of the sphere of the end face R _sf = 138 _-10 mm

Режим обработки:
Скорость продольной круговой подачи S_пр = 7 м/мин;
Скорость шлифовального круга V_кр = 35 м/с;
Амплитуда качательной подачи шлифкруга A_Sк = 5^o;
Частота качания шлифкруга N_к = 60 дв.х/мин.Processing Mode:
The speed of the longitudinal circular feed S _CR = 7 m / min;
Grinding wheel speed V _cr = 35 m / s;
The amplitude of the oscillating feed of the grinding wheel A _Sк = 5 ^o ;
The oscillation frequency of the grinding wheel N _k = 60 dv.kh / min.

Достигаемые параметры точности формы торца роликов и качества поверхности при различных способах обработки следующие (см. таблицу). The attainable parameters for the accuracy of the shape of the end face of the rollers and surface quality with various processing methods are as follows (see table).

Следовательно, предлагаемый способ способен обеспечить требуемый радиус сферы торца роликов, уменьшить шероховатость поверхности и исключить прижоги. Therefore, the proposed method is able to provide the required radius of the sphere of the end face of the rollers, reduce surface roughness and eliminate burns.

Claims

A method of continuous grinding of the spherical ends of tapered rollers, comprising loading the rollers into a continuously rotating disk with nests radially located on the periphery and communicating with them a speed of circular feed relative to the end of the rotating grinding wheel with the shape of the working surface corresponding to the shape of the surface being treated, characterized in that the grinding wheel report swing around a point lying on the axis of the disk and which is the center of the radius of the processed spherical surface, for example the direction perpendicular to the axis of its rotation, with an amplitude equal to at least the value of the angle of the cone of the roller.