專利名稱：修整高精度軸承成形砂輪的方法及其進(jìn)給裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬軸承精密加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種修整軸承成形砂輪的方法及其進(jìn)給 裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著我國(guó)汽車、鐵路提速、軌道交通等的迅速發(fā)展，軸承等關(guān)鍵和通用零部 件的需求量和性能要求也越來(lái)越高。但是，由于我國(guó)尚缺乏先進(jìn)的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 軸承制造工藝及其專用設(shè)備，所生產(chǎn)的軸承尚不能達(dá)到國(guó)際高精度或高性能軸承標(biāo)準(zhǔn)。大 多數(shù)與鐵路機(jī)車車輛配套的軸承制造公司是中外合資企業(yè)，如南口斯凱孚鐵路軸承公司是 中瑞(瑞士 SKF)合資，銀川富安捷軸承公司是中德(德國(guó)FAG)合資，我國(guó)國(guó)有企業(yè)或 民營(yíng)企業(yè)大多因所生產(chǎn)軸承的疲勞壽命等性能差距而不能進(jìn)入OEM (Original Equipment / Entrusted Manufacture)市場(chǎng)。
我國(guó)圓錐(柱)滾子軸承的使用壽命與發(fā)達(dá)國(guó)家同類產(chǎn)品差距大的主要原因是，國(guó)內(nèi) 滾子軸承加工技術(shù)難以支持凸度理論的實(shí)現(xiàn)，從而導(dǎo)致軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中滾子兩端邊緣壓 力奇異分布，即邊緣應(yīng)力集中現(xiàn)象，使軸承過(guò)早產(chǎn)生疲勞磨損而失效。基于凸度理論的滾 子軸承工作表面，可以很好地改善或消除邊緣應(yīng)力集中現(xiàn)象。目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的圓錐 (柱)滾子軸承專用磨床，都采用傳統(tǒng)的沿砂輪徑向(Y軸)和軸向(X軸)的插補(bǔ)方法， 難以實(shí)現(xiàn)高精度對(duì)數(shù)曲線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)對(duì)單軸坐標(biāo)的最小步長(zhǎng)要求和高的線輪廓度要求。因 此，發(fā)明和研制一種磨削高精度對(duì)數(shù)曲線軸承滾道的成形砂輪修整方法及其進(jìn)給裝置，從 根本上解決高精度對(duì)數(shù)曲線軸承專用磨床研制中的技術(shù)瓶頸，對(duì)提升我國(guó)具有自主產(chǎn)權(quán)的 軸承專用磨床研制水平，提高高精度圓錐(柱)滾子軸承的生產(chǎn)能力及其國(guó)產(chǎn)化率，都具 有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義和工程應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種修整高精度軸承成形砂輪的方法及其進(jìn)給裝 置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中加工精度低的缺陷。
一種修整高精度軸承成形砂輪的進(jìn)給裝置，由金鋼筆、軸向進(jìn)給裝置、徑向進(jìn)給裝置、 和切向進(jìn)給裝置三部分組成，獨(dú)立的3個(gè)伺服電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)上述三個(gè)進(jìn)給裝置帶 動(dòng)金鋼筆運(yùn)動(dòng)，并采用可編程邏輯控制器控制上述三個(gè)進(jìn)給裝置的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
所述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為滾珠絲杠傳動(dòng)付。
一種使用上述裝置修整高精度軸承成形砂輪的方法，通過(guò)徑向進(jìn)給裝置沿砂輪徑向Y
3軸的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)金鋼筆一次修整量的進(jìn)給及其磨損量的補(bǔ)償進(jìn)給，通過(guò)切向進(jìn)給裝置沿Z 軸和軸向進(jìn)給裝置沿X軸的直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)金鋼筆，完成金鋼筆對(duì)砂輪的對(duì)數(shù)曲線 成形面的精確修整。
所述的直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)中，采用切向進(jìn)給裝置直接驅(qū)動(dòng)金鋼筆沿砂輪切向Z軸的進(jìn)給位 移間接完成傳統(tǒng)的沿砂輪徑向Y軸的位移，并與砂輪軸向X軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成直線插補(bǔ)運(yùn) 動(dòng)，完成金鋼筆對(duì)砂輪的對(duì)數(shù)曲線成形面的精確修整，并避免了修整砂輪時(shí)對(duì)單軸坐標(biāo)最 小步長(zhǎng)的限制與極高的步長(zhǎng)精度要求。 有益效果
本發(fā)明所述的一種修整高精度軸承成形砂輪的方法，通過(guò)直接驅(qū)動(dòng)金鋼筆沿砂輪切向 Z軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)間接完成其相對(duì)砂輪徑向Y軸的位移，由于金鋼筆沿Z軸的進(jìn)給量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大 于其相對(duì)Y軸的位移量(A Y" AZ2/Ds， Ds為砂輪直徑)，即金鋼筆相對(duì)Y軸的實(shí)際位移 量△ Y誤差僅是Z軸進(jìn)給量A Z誤差的A zVDs，也即Z軸的進(jìn)給誤差包括反向間隙誤差對(duì) Y軸的位移精度幾乎不會(huì)造成任何影響，從而避免了修整高精度對(duì)數(shù)曲線軸承滾道砂輪時(shí) 對(duì)單軸坐標(biāo)最小步長(zhǎng)的限制與極高的步長(zhǎng)精度要求，降低了對(duì)砂輪修整進(jìn)給裝置的制造要 求，提高了對(duì)數(shù)曲線砂輪的修整精度及其所磨削的軸承輪廓精度。本發(fā)明所述的一種修整 高精度軸承成形砂輪的進(jìn)給裝置，可以大大降低砂輪修整進(jìn)給裝置的制造要求，并通過(guò)采 用PLC控制方式即可滿足高精度軸承極高的對(duì)數(shù)曲線輪廓度要求，具有極高的性價(jià)比。
基于本發(fā)明的方法，研制的圓錐滾子軸承對(duì)數(shù)曲線滾道磨床，可以大大提高軸承滾道 對(duì)數(shù)曲線的加工精度及其穩(wěn)定性，解決了該類軸承磨床的行業(yè)技術(shù)難題，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的 空白。


圖1為修整高精度軸承成形砂輪的進(jìn)給裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1的A向視圖3為金剛筆沿砂輪切向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)取代徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的精度控制原理圖。
1砂輪 2金鋼筆
3伺服電機(jī) 4 Z軸(砂輪切向)進(jìn)給裝置
5 X軸(砂輪軸向)進(jìn)給裝置 6 Y軸(砂輪徑向)進(jìn)給裝置
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明
4而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù) 人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限 定的范圍。
實(shí)施例1
一種修整高精度軸承成形砂輪的進(jìn)給裝置，由金鋼筆2、軸向進(jìn)給裝置5、切向進(jìn)給 裝置4、和徑向進(jìn)給裝置6三部分組成，獨(dú)立的3個(gè)伺服電機(jī)3通過(guò)滾珠絲杠傳動(dòng)付驅(qū)動(dòng) 上述三個(gè)進(jìn)給裝置帶動(dòng)金鋼筆2運(yùn)動(dòng)，并采用可編程邏輯控制器(PLC)控制上述三個(gè)進(jìn) 給裝置的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
一種修整高精度軸承成形砂輪的方法，通過(guò)徑向進(jìn)給裝置6帶動(dòng)金鋼筆2沿砂輪徑向 Y軸的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)金鋼筆2—次修整量的進(jìn)給及其磨損量的補(bǔ)償進(jìn)給，通過(guò)切向進(jìn)給裝置 4，直接驅(qū)動(dòng)金鋼筆2沿砂輪切向Z軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)間接完成其相對(duì)砂輪徑向Y軸的位移， 并與由軸向進(jìn)給裝置5直接驅(qū)動(dòng)金鋼筆2沿砂輪軸向X軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)合成直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)， 完成金鋼筆2對(duì)砂輪1的對(duì)數(shù)曲線成形面的精確修整。
通過(guò)直接驅(qū)動(dòng)金鋼筆沿Z軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)間接完成其相對(duì)Y軸位移的運(yùn)動(dòng)方式，使金鋼 筆沿Z軸的直接進(jìn)給量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其間接完成的相對(duì)Y軸的位移量，其分析計(jì)算如下
由A0BA (圖2)有
2 2 2 d)
因?yàn)锳F非常小，故忽略(A1^項(xiàng)，則有
Ai^(AZ)2/^ ③ 或有^ = #^7 (4)
由上述分析計(jì)算可知，金鋼筆相對(duì)Y軸的實(shí)際位移量(A Y)誤差僅是Z軸進(jìn)給量(△ Z)誤差的AZ7D"因此，Z軸的進(jìn)給誤差包括反向間隙誤差對(duì)Y軸的位移精度幾乎不會(huì)造 成任何影響，從而避免了修整高精度對(duì)數(shù)曲線軸承滾道砂輪時(shí)對(duì)單軸坐標(biāo)最小步長(zhǎng)的限制 與極高的步長(zhǎng)精度要求，降低了對(duì)砂輪修整進(jìn)給裝置的制造要求，提高了對(duì)數(shù)曲線砂輪的 修整精度及其所磨削的軸承輪廓精度。
根據(jù)常用的軸承類型與規(guī)格，通常，軸承滾道磨削用的砂輪直徑(Ds)范圍為30-600mm， 砂輪直徑大一些，砂輪修整一次后的使用時(shí)間會(huì)長(zhǎng)一些，但是用于磨削軸承外圈內(nèi)滾道的砂輪直徑將受到軸承外圈孔的限制。砂輪寬度(B)范圍為20-30mm，對(duì)數(shù)曲線砂輪成形面 的增量值為3-30nm。
金鋼筆沿砂輪徑向(Y軸)和軸向(X軸)合成直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)軸承滾道凸度理 論和高精度對(duì)數(shù)曲線輪廓度要求，基于免疫進(jìn)化算法，優(yōu)化確定直線插補(bǔ)時(shí)的幾十種不同 斜率及其插補(bǔ)點(diǎn)，以精確合成對(duì)數(shù)曲線的砂輪工作表面。
將上述方法及裝置用于圓錐滾子軸承內(nèi)圈對(duì)數(shù)曲線外滾道專用磨床，所要求的對(duì)數(shù)曲 線砂輪成形面增量為20um，對(duì)數(shù)曲線的線輪廓公差為0.2um。所選擇砂輪參數(shù)為，直徑 (Ds) 300mm，寬度(B) 20咖。下面進(jìn)行釆用本發(fā)明可獲得的精度分析和效益
若根據(jù)輪廓度精度，要求金剛筆在Y軸上的插補(bǔ)增量(AY)為0.1um，則由公式(4) 計(jì)算得AZ=0. 173ram。
顯然，按傳統(tǒng)砂輪修整方式，要求Y軸直接進(jìn)給O. l"m所花的代價(jià)很大，不僅機(jī)構(gòu) 復(fù)雜龐大，而且達(dá)到穩(wěn)定可靠非常困難，甚至不可能。而采用本發(fā)明要求Z軸直接進(jìn)給 0.173mra (173 um)是輕而易舉的。
反之，應(yīng)用本發(fā)明，若使Z軸具有O. 173mm的AZ增量，且其進(jìn)給精度為5ym，則Y 軸在獲得O.l!im的AY增量的同時(shí)，可以保證具有0. 83X10—4 u m的進(jìn)給精度。
采用PLC控制上述進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并可以獲得如上述分析計(jì)算所述的極高的對(duì)數(shù)曲線輪廓 精度，說(shuō)明基于本發(fā)明研制的圓錐滾子軸承內(nèi)圈對(duì)數(shù)曲線外滾道專用磨床還具有很高的性 價(jià)比。
實(shí)施例2
按實(shí)施例1所述，并將上述方法及裝置用于圓錐滾子軸承外圈對(duì)數(shù)曲線內(nèi)滾道專用磨 床，所要求的對(duì)數(shù)曲線砂輪成形面增量為20^m，對(duì)數(shù)曲線的線輪廓公差為0.2um。所選 擇砂輪參數(shù)為，直徑(Ds) 30mm，寬度(B) 20咖。下面進(jìn)行采用本發(fā)明可獲得的精度分析 和效益
若根據(jù)輪廓度精度，要求金剛筆在Y軸上的插補(bǔ)增量(AY)為0.1um，則由公式(4) 計(jì)算得AZ=0. 0547mm。
顯然，按傳統(tǒng)砂輪修整方式，要求Y軸直接進(jìn)給0. 1 P m所花的代價(jià)很大，不僅機(jī)構(gòu) 復(fù)雜龐大，而且達(dá)到穩(wěn)定可靠非常困難，甚至不可能。而采用本發(fā)明要求Z軸直接進(jìn)給 0.0547mm (54. 7um)是輕而易舉的。
反之，應(yīng)用本發(fā)明，若使Z軸具有0.0547mm的AZ增量，且其進(jìn)給精度為5ym，則Y 軸在獲得0.1 y m的A Y增量的同時(shí)，可以保證具有0. 83X10—、 ra的進(jìn)給精度。采用PLC控制上述進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并可以獲得如上述分析計(jì)算所述的極高的對(duì)數(shù)曲線輪廓 精度，說(shuō)明基于本發(fā)明研制的圓錐滾子軸承外圈對(duì)數(shù)曲線內(nèi)滾道專用磨床還具有很高的性 價(jià)比。
權(quán)利要求
1. 一種修整高精度軸承成形砂輪的進(jìn)給裝置，其特征是由驅(qū)動(dòng)金鋼筆(2)的軸向進(jìn)給裝置(5)、切向進(jìn)給裝置(4)、和徑向進(jìn)給裝置(6)三部分組成，獨(dú)立的3個(gè)伺服電機(jī)(3)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)上述三個(gè)進(jìn)給裝置帶動(dòng)金鋼筆(2)運(yùn)動(dòng)，并采用可編程邏輯控制器控制上述三個(gè)進(jìn)給裝置的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
2. —種使用權(quán)利要求1所述的裝置修整高精度軸承成形砂輪的方法，其特征是徑向進(jìn)給裝置(6)沿砂輪徑向的運(yùn)動(dòng)僅用于實(shí)現(xiàn)金鋼筆(2) —次修整量的進(jìn)給及其磨損量的補(bǔ)償進(jìn)給Y軸，切向進(jìn)給裝置(4)和軸向進(jìn)給裝置(5)合成的直線插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)金鋼筆，用以完成金鋼筆(2)對(duì)砂輪(1)的對(duì)數(shù)曲線成形面的精確修整。
3. 權(quán)利要求1所述的修整高精度軸承成形砂輪的進(jìn)給裝置，其特征是所述的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為滾珠絲杠傳動(dòng)付。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種修整高精度軸承成形砂輪的進(jìn)給裝置，由帶動(dòng)金鋼筆沿砂輪切向、軸向和徑向運(yùn)動(dòng)的三個(gè)進(jìn)給裝置組成，3個(gè)進(jìn)給裝置分別由獨(dú)立的伺服電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)和PLC控制。本發(fā)明采用切向進(jìn)給裝置(4)沿砂輪切向的運(yùn)動(dòng)間接完成沿砂輪徑向運(yùn)動(dòng)的方法，避免了修整砂輪時(shí)對(duì)單軸坐標(biāo)最小步長(zhǎng)的限制與極高的步長(zhǎng)精度要求，提高了砂輪的修整精度及其所磨削的軸承輪廓精度。本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以大大降低砂輪修整進(jìn)給裝置的制造要求，具有極高的性價(jià)比?；诒景l(fā)明的方法，研制的圓錐滾子軸承對(duì)數(shù)曲線滾道磨床，可以大大提高軸承滾道對(duì)數(shù)曲線的加工精度及其穩(wěn)定性，解決了該類軸承磨床的行業(yè)技術(shù)難題，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的空白。
文檔編號(hào)B24B53/12GK101502948SQ20091004790
公開(kāi)日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月20日
發(fā)明者于景剛, 吉啟維, 朱江良, 李蓓智, 堅(jiān) 羅 申請(qǐng)人:寧波安杰森精密機(jī)械制造有限公司;東華大學(xué)