專利名稱：“切入－貫穿”兩步法軸承套圈凸度母線滾道超精機床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種將圓錐或圓柱滾子軸承套圈磨削加工后的內(nèi)、外滾道直母線表面超精加工呈帶凸度母線滾道的超精機床。
當(dāng)前國內(nèi)、外圓錐或圓柱軸承套圈滾道表面超精加工通常公知的做法和所采用的工藝設(shè)備是1)利用一塊寬度窄于被加工表面母線長度的寬狀油石進行超精，在加工過程中油石沿著平行于工件母線的方向，以＜2000次/min的往復(fù)振蕩頻率和0～4mm的振幅進行振蕩。與此同時，油石沿工件的徑向壓向旋轉(zhuǎn)的工件表面，進行“切入法”超精加工。這種“切入法”超精機是當(dāng)前國內(nèi)、外最常見的超精機床，以德國THIELENHAUS公司生產(chǎn)的RM85型和RM150型為代表。當(dāng)前瑞典、日、德、中國等生產(chǎn)和使用的軸承套圈滾道超精機絕大多數(shù)是采用這種超精加工原理?！扒腥敕ā背珯C床其優(yōu)點是油石寬，超精加工效率高。但是由于圓錐軸承套圈經(jīng)過磨加工后套圈滾道不可避免的存在錐角誤差，采用這種寬油石超精，超精后滾道母線的直線性和錐角誤差難以解決。滾道母線兩端的區(qū)域無法加工到，經(jīng)常出現(xiàn)兩端“露花”現(xiàn)象(即磨削后的砂輪磨削痕跡花紋無法超精切除干凈)。
2)利用寬度小于被加工表面母線長度的窄油石(也可以用寬油石)，采用勻速大往復(fù)加0～4mm振幅的小振蕩運動，來實現(xiàn)把圓錐或圓柱滾子軸承套圈母線全長加工完整，以解決上述“露花”現(xiàn)象。但是采用這種超精方法由于油石寬度很窄，且同一塊油石既要用作粗超，又要用作精超，因此生產(chǎn)效率比較低。
以上這兩類超精機床只能加工出具有直母線的滾道表面，而這種具有直母線滾道表面的軸承產(chǎn)品使用過程中，軸承套圈滾道與滾動體接觸區(qū)域，特別是在滾道兩端，產(chǎn)生邊緣應(yīng)力集中現(xiàn)象，這將導(dǎo)致軸承零件急劇磨損，大大降低軸承產(chǎn)品的旋轉(zhuǎn)精度和使用壽命。這是急待解決的問題。
本實用新型的目的和任務(wù)在于提供一種全新的超精機床，它不僅能夠以較大的超精切削余量，有效地切除工件被加工表面由于上工序磨削燒傷而殘留的軟化變質(zhì)層，而且以能高精度、高效率地將軸承套圈滾道由上工序磨削成的直母線表面超精成為具有一定凸度量的鼓形滾道表面(一般來說凸起量2～7μm或更大些，凸度量大小可根據(jù)軸承產(chǎn)品設(shè)計的要求來調(diào)整)。這種具有凸度母線表面的軸承套圈，可保證軸承產(chǎn)品在工作過程中滾動體和套圈滾道接觸區(qū)域應(yīng)力分布均勻合理，在滾道母線兩端不再產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而大大提高軸承產(chǎn)品的旋轉(zhuǎn)精度和使用壽命。這種全新的凸度滾道對于汽車專用軸承，精密機床主軸軸承、鐵路客車與貨車高速及準(zhǔn)高速軸承提高其旋轉(zhuǎn)精度、轉(zhuǎn)速、使用壽命具有極大的技術(shù)經(jīng)濟意義。
本實用新型的目的和任務(wù)是這樣實現(xiàn)的1．在同一臺機床上具有兩個工件主軸和兩個超精振蕩部件，它使用不同的切削用量(轉(zhuǎn)速、壓力、振蕩頻率等)，對工件實現(xiàn)從“粗超”工位到“精超”工位的“兩步法”超精。它能以較大的超精切削余量(可達8～10μm，甚至更大)，有效地切除工件被加工滾道表面由于上工序磨加工產(chǎn)生的軟化變質(zhì)層。
2．超精加工使用的油石寬度h小于被加工表面母線長度H的1/2，即h＜1/2H；在加工過程中油石以壓力P(一般為1～10kgf)壓向被超精的工作表面，一方面具有高頻率(一般為3000次/min)和微小的振幅(一般為0～2mm)的“切入”運動，另一方面油石又具有沿被加工的工件母線以變化的速度V作大往復(fù)“貫穿”運動(見


圖1)。
3．油石在沿設(shè)加工母線表面作變速度大往復(fù)“貫穿”運動，當(dāng)油石在母線的中點處(H=1/2處)其往復(fù)速度最快V=±Vmax(“+”、“-”表示往復(fù)運動的方向)；當(dāng)油石在向母線兩端頭方向運動時，往復(fù)速度逐漸減慢；當(dāng)油石在母線兩端頭處其往復(fù)速度V=Vmin=0，并作0～5秒短暫停留，其停留時間的長短可根據(jù)超精加工所需凸度量大小，任意選擇調(diào)整。
4．通過上述1、2、3的結(jié)果，實現(xiàn)高精度、高效率超精加工出中間具有凸度量Δ的鼓形母線滾道表面(見圖2)。
本實用新型所提供的是一種全新的超精機床，它與現(xiàn)有的超精機床相比較，不僅能以高效率和大的超精切削余量(一般可達8～10μm以上)有效地切除被加工表面由于磨削加工而產(chǎn)生的軟化變質(zhì)層，而且使用這種機床超精加工的軸承套圈母線表面經(jīng)過高精度輪廓儀測量結(jié)果表明它已經(jīng)有效地把上工序磨成的直母線滾道表面超精成為具有一定凸度量的鼓形滾道表面(一般可達2～7μm)。以抽檢超精加工7607E圓錐軸承套圈滾道為例說明該工件超精加工時間為12秒，檢測儀器使用英國Toylor-Hobson高精度輪廓儀，超精后滾道母線凸起量約為4.4μm左右(見圖3)，這種滾道帶凸度母線表面的軸承套圈，實現(xiàn)了軸承產(chǎn)品在工作過程中滾動體和套圈滾道接觸區(qū)域內(nèi)應(yīng)力分布均勻合理，保證滾道母線兩端不再產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而有效地提高軸承產(chǎn)品旋轉(zhuǎn)精度和使用壽命(見圖4)。
本實用新型具體結(jié)構(gòu)是由下述實施例及附圖所給出圖5是根據(jù)本實用新型總體思想而提出的“切入--貫穿”凸度母線滾道超精機床的總圖。
圖6是實現(xiàn)本實用新型變速度大往復(fù)“貫穿法”超精的具體結(jié)構(gòu)剖面圖。
圖7是實現(xiàn)本實用新型“切入法”超精的具體結(jié)構(gòu)剖面圖。該機構(gòu)在使用時是安裝在圖6所述的變速大往復(fù)機構(gòu)滑板11之上。
下面將結(jié)合這些附圖對實現(xiàn)本實用新型的最佳方式作詳細描述圖5展示出本實用新型的總體設(shè)計。A1是用于粗超加工的右振蕩部件，它由實現(xiàn)有粗超工位作變速度往復(fù)的機構(gòu)B1和實現(xiàn)粗超工位作高頻振蕩的切入機構(gòu)C1共同組合而成。A2是用于精超加工的左振蕩部件，它與A1相同，是由實現(xiàn)在精超工位作變速度往復(fù)的機構(gòu)B2和實現(xiàn)精超工位作高頻振蕩的切入機構(gòu)C2共同組合而成。被超精加工的工件由送料機械手從上料工位Ⅰ輸送到粗超工位Ⅱ，當(dāng)粗超加工結(jié)束后，再輸送到精超工位Ⅲ進行精超加工。粗、精超加工全部完成后，成品輸送到下料工位Ⅳ，實現(xiàn)在同一臺機床上從“粗超”到“精超”的“兩步法”超精加工。在“粗超”工位Ⅱ，右振蕩部件A1上裝夾有切削性能好且磨料粒度較粗的油石，選擇較低的工件轉(zhuǎn)速(如2000～3000轉(zhuǎn)/min)和油石采用較快的往復(fù)速度，實現(xiàn)有效地切除被加工表面由于上一工序磨削加工而帶來的軟化變質(zhì)層(-般可達8～10μm)。與此同時，又把工件直母線表面超精成為帶凸度母線的表面幾何形狀。在“精超”工位Ⅲ，左振蕩部件A2上裝夾有磨料粒度很細、性能優(yōu)越的磨料，選擇較高的工件轉(zhuǎn)速(如3000～6000轉(zhuǎn)/min)和油石采用較慢的變速往復(fù)速度(如一個超精加工同期內(nèi)實現(xiàn)1～3次往復(fù)雙行程)，使被超精表面獲得最理想的表面粗糙度(一般可達Ra0.03～0.05)。
圖6是依據(jù)本實用新型使油石沿被加工母線作變速大往復(fù)的機構(gòu)和設(shè)備，即圖5中B1和B2機構(gòu)的剖面圖。
調(diào)速電機5驅(qū)動蝸桿減速器4(或其他類型減速器)，使固定在輸出軸18上的滑塊座3低速旋轉(zhuǎn)。與滑塊座3相配的偏心滑塊6的小軸上安裝了二套靠導(dǎo)向槽板8消除徑向游隙的軸承7。導(dǎo)向槽板8固定在“夾緊----縱向快進快退”油缸體9上，當(dāng)夾緊油缸20通入高壓油后，夾緊活塞桿，使偏心滑塊6、油缸9一整套機構(gòu)與安裝在滑板11上的油石高頻小振蕩機構(gòu)聯(lián)成一體。
當(dāng)偏心滑塊座3旋轉(zhuǎn)時，使軸承7圍繞減速器輸出軸18作圓周簡諧運動，從而帶動裝夾在整套振蕩機構(gòu)上的油石可沿著高精度導(dǎo)軌10、13的導(dǎo)軌面作變速度往復(fù)“貫穿”運動。
變速度往復(fù)“貫穿”運動的速度快慢是靠調(diào)整調(diào)速電機5的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。
變速度往復(fù)“貫穿”運動的行程大小是靠調(diào)整偏心滑塊6上的軸承7的中心位置相對于軸18的偏心量大小來實現(xiàn)。
變速往復(fù)“貫穿”運動在母線兩端的停留時間是靠電氣開頭21和19發(fā)訊控制調(diào)速電機5的制動時間長短來實現(xiàn)。
當(dāng)機床用于加工圓錐軸承套圈滾道時，其加工滾道錐角大小是靠蝸桿15、通過軸17、蝸輪16、夾緊套12帶動回轉(zhuǎn)體2轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)。錐角調(diào)整完畢后用螺釘14緊固在底座1上。
圖7是依據(jù)本實用新型使油石以一定壓力壓向被加工表面的同時又實現(xiàn)高頻率(3000次/min)，小振幅(0～2mm)的“切入法”超精機構(gòu)和設(shè)備。即圖5中C1、C2機構(gòu)的剖面圖。
調(diào)速電機22的軸端所安裝的皮帶輪23經(jīng)過同步齒形皮帶24(或多楔三角帶等其他帶傳動)、皮帶輪25而驅(qū)動偏心軸26高速(3000次/min)旋轉(zhuǎn)。偏心軸26是由二個偏心量大小相等(2mm)、偏心相位相反的偏心軸組成。偏心軸26外部安裝有二個偏心套29、33，而偏心套外部又安裝各2套軸承。當(dāng)偏心軸26高速旋轉(zhuǎn)時，通過偏心套33帶動軸承內(nèi)圈高速旋轉(zhuǎn)，而軸承外圈則在導(dǎo)向槽板35中作高速往復(fù)純滾動，關(guān)通過導(dǎo)向槽板35帶動安裝在精密滾動導(dǎo)軌28內(nèi)的滑塊30和固定在滑塊30上的油石刀桿座31實現(xiàn)高頻率、小振幅的振蕩運動。與此同時，通過偏心套29、導(dǎo)軌27、滑塊32，帶動平衡塊36以相反的相位進行高頓率、小振幅的振蕩運動，以實現(xiàn)高速振蕩時慣性力的相互抵消和靜平衡。
“切入法”超精機構(gòu)的油石加壓是通過油缸37帶動安裝在底座34上整套的切入機構(gòu)C1、C2(圖5)來實現(xiàn)?！扒腥敕ā闭袷庮l率的快慢是通過改變調(diào)速電機22的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)。而振幅大小是通過調(diào)整偏心軸26與偏心套29、33的偏心量大小來實現(xiàn)。
權(quán)利要求1．本實用新型是一種把圓錐或圓柱滾子軸承套圈磨削加工后的直母線內(nèi)、外表面滾道超精加工成為具有帶凸度母線滾道表面的機床，其特征是(1)在同一臺機床上分別安裝有二個獨立傳動的工件主軸和二個獨立傳動的超精振蕩機構(gòu)，它們分別用于粗超工位和精超工位進行“兩步法”超精；(2)在超精加工的振蕩機構(gòu)上裝夾有寬度小于被加工滾道母線長度1/2的窄油石，油石在振蕩機構(gòu)驅(qū)動下壓向被加工表面后，一方面進行高頻率為＜4000次/min、小振幅＜4mm的“切入”法超精，與此同時油石又沿著滾道母線作變速度大往復(fù)的“貫穿”法超精運動；(3)油石在沿被加工滾道母線作變速度大往復(fù)“貫穿”運動時，在滾道母線長度1/2的中部區(qū)域里，油石其往復(fù)運動速度最快V=Vmax，隨著油石朝往滾道母線兩端方向運動時，速度逐漸降低，當(dāng)油石運動位置處于滾道母線兩端頭部區(qū)域時，其往復(fù)運動速度V=Vmin=0；(4)油石可在軸承套圈滾道母線兩端頭部區(qū)域作0～5秒時間的短暫停留，其停留時間長短可根據(jù)被加工滾道表面母線所需要的凸度量大小進行無級選擇，從而超精出所需要的凸度滾道母線工作表面。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸度母線滾道超精機床，其特征是在同一臺機床上分別安裝有二個獨立傳動的工件主軸，一個主軸是用于粗超工位驅(qū)動工件旋轉(zhuǎn)，另一個主軸是用于精超工位驅(qū)動工件旋轉(zhuǎn)，而在機床的床身上又分別安裝有二套獨立驅(qū)動的超精振蕩機構(gòu)，其中一個是用于粗超加工的右振蕩部件，它由實現(xiàn)“貫穿”法超精的變速往復(fù)機構(gòu)和實現(xiàn)“切入”法超精的高頻小振蕩機構(gòu)共同組合而成，另一個是用于精起加工的左振蕩部件，它也是由實現(xiàn)“貫穿”法超精的變速大往復(fù)機構(gòu)和實現(xiàn)“切入”法超精的高頻小振蕩機構(gòu)共同組合而成。
3．根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的凸度母線滾道超精機床，其特征是(1)“切入”法超精高頻小振蕩機構(gòu)分別由一個可改變調(diào)整轉(zhuǎn)速的變速電機經(jīng)過皮帶傳動，驅(qū)動一根由二個偏心量大小完全相等而偏心的方向相反的偏心軸組成的長偏心軸旋轉(zhuǎn)；(2)偏心軸外部安裝有二個偏心套，而偏心套外部又各安裝二大鑲嵌在導(dǎo)向槽板內(nèi)并可沿導(dǎo)向槽板作純滾動運動的軸承；(3)二個導(dǎo)向槽板分別固定在精密滾動導(dǎo)軌上；(4)固定在導(dǎo)軌上的油石刀桿座與固定在導(dǎo)軌上的平衡塊其重量相等，質(zhì)量相同，當(dāng)在變速電機驅(qū)動下作高頻率、小振幅運動時，其慣性力大小相等，方向相反，實現(xiàn)平穩(wěn)無沖擊的振蕩；(5)油石加壓缸可帶動整套機構(gòu)移動，并使安裝在油石刀桿座上的油石對超精加工表面加壓。
4．根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的凸度母線滾道超精機床，其特征是(1)“貫穿”法起精變速大往復(fù)機構(gòu)分別由一個可改變油石大往復(fù)運動速度的變速電機和減速器；(2)在減速器的輸出軸上安裝有可根據(jù)油石往復(fù)行程大小的需要而可任意調(diào)整偏心量六小的二個偏心滑塊；(3)在偏心滑塊上安裝有鑲嵌在導(dǎo)向槽板內(nèi)并可沿導(dǎo)向槽板滑動的軸承；(4)導(dǎo)向酘板定在“夾緊--縱向快進和縱向快退”油缸體上，而油缸的活塞桿又與安裝在高精度滾動導(dǎo)軌付上的滑板相聯(lián)，當(dāng)夾緊油缸通入壓力油時可把活塞桿夾緊，從而使導(dǎo)向槽板、油缸和滑板緊固成一個剛體；(5)變速電機可驅(qū)動偏心滑塊旋轉(zhuǎn)并帶動軸承圍繞減速器輸出軸作圓周簡諧運動，從而使安裝在滑板上的整套振蕩機構(gòu)沿著導(dǎo)軌作變速的往復(fù)運動；(6)電氣開關(guān)可發(fā)訊控制變速電機使它在大往復(fù)行程的兩端頭區(qū)域制動，通過時間繼電器可謂整制動時間，實現(xiàn)0～5秒的停留；(7)蝸桿、蝸輪可帶動整套機構(gòu)回轉(zhuǎn)，調(diào)整超精大往復(fù)母線運動軌跡的角度，實現(xiàn)對各種錐角的大小的圓錐母線超精加工。
專利摘要本實用新型屬于把磨削后的圓錐或圓柱滾子軸承套圈直母線滾道超精成帶凸度母線滾道的機床。這種具有凸度滾道的軸承產(chǎn)品在工作時滾道應(yīng)力分布合理,大大提高旋轉(zhuǎn)精度和使用壽命。本機床有二個工件主軸和二個超精振蕩機構(gòu),實現(xiàn)從“粗超”到“精超”的“兩步法”超精。采用寬度小于軸承套圈滾道表面母線長度1/2的窄油石,在作高頻小振幅“切入”法超精運動的同時,油石以沿母線方向作變速度大往復(fù)“貫穿”運動。實現(xiàn)高效率、高精度的超精出帶凸度母線的滾道表面。
文檔編號B24B35/00GK2332531SQ9622054
公開日1999年8月11日 申請日期1996年9月13日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月1日
發(fā)明者蔣同望 申請人:機械工業(yè)部第十設(shè)計研究院