一种用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨盘、设备及方法技术

本发明专利技术公开了一种用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨设备和研磨盘套件。研磨设备包括主机、研磨盘套件和滚子循环盘外系统。主机包括基座、立柱、横梁、滑台、上托盘、下托盘、轴向加载装置和主轴装置。滚子循环盘外系统包括滚子收集装置、滚子输送系统、滚子整理机构和滚子送进机构。研磨盘套件包括一对同轴、且正面相对布置的第一和第二研磨盘。第一研磨盘的正面包括一组放射状分布于第一研磨盘基面(正圆锥面)的直线沟槽，第二研磨盘的正面为第二研磨盘的工作面(正圆锥面)，第一研磨盘基面与第二研磨盘工作面的锥顶角之和为360°。本发明专利技术研磨设备具有大批量圆柱滚子滚动表面的精加工能力。

Grinding disc, equipment and method for finishing rolling surface of cylindrical roller

The invention discloses a grinding device and a grinding disc kit for finishing the rolling surface of cylindrical rollers. The grinding equipment includes the main engine, the grinding disc kit and the roller out cycle system. The main engine comprises a base, a column, a crossbeam, a slide table, an upper tray, a lower tray, an axial loading device and a spindle device. The roller circulating disc system comprises a roller collecting device, a roller conveying system, a roller finishing mechanism and a roller feeding mechanism. The grinding disc kit comprises a pair of coaxial and positively positioned first and second grinding discs. The front face of the first grinding disc consists of a set of straight grooves radially distributed on the base surface of the first grinding disc (positive conical surface), the front face of the second grinding disc is the working face of the second grinding disc (positive conical surface), and the sum of the conical top angles of the first grinding disc and the second grinding disc is 360 degrees. The grinding device of the invention has the finishing ability of rolling surfaces of large quantities of cylindrical rollers.

【技术实现步骤摘要】
一种用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨盘、设备及方法
本专利技术涉及一种用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨盘套件、研磨设备及研磨方法，属于轴承滚动体精密加工

技术介绍
圆柱滚子轴承广泛应用于各类旋转机械。作为圆柱滚子轴承重要零件之一的圆柱滚子，其滚动表面的形状精度和尺寸一致性对轴承的性能具有重要影响。现阶段，公知的圆柱滚子滚动表面的加工工艺流程为:毛坯成型(车削或冷镦或扎制)、粗加工(软磨滚动表面)、热处理、半精加工(硬磨滚动表面)和精加工。公知的圆柱滚子滚动表面精加工的主要工艺方法是超精加工。超精加工是一种利用细粒度油石作为磨具，油石对工件加工表面施加较低的压力并沿工件加工表面作高速微幅往复振动和低速进给运动，从而实现微量切削的光整加工方法。目前，圆柱滚子滚动表面的精加工多采用无心贯穿式超精加工方法。其设备的加工部分由一对异向斜置的超精导辊和一个(或一组)装有油石的超精头组成，圆柱滚子由导辊支撑并驱动，在作旋转运动的同时又沿一与圆柱滚子滚动表面素线相适应的轨迹作低速进给运动，超精头以较低的压力将油石压向圆柱滚子滚动表面的同时油石沿圆柱滚子滚动表面的素线作高速微幅往复振动，对圆柱滚子的滚动表面实施精加工。在无心贯穿式超精加工过程中，同一批次的圆柱滚子依次贯穿通过加工区域并经受油石超精加工。此外还有一种无心切入式超精加工方法，其设备的加工部分由一对平行布置的超精导辊和一个(或一组)装有油石的超精头组成，圆柱滚子在导辊的支撑并驱动下作旋转运动，超精头以较低的压力将油石压向圆柱滚子滚动表面的同时沿一与圆柱滚子滚动表面素线相适应的轨迹作低速进给运动和高速微幅往复振动，对圆柱滚子的滚动表面实施精加工。在无心切入式超精加工过程中，同一批次的圆柱滚子逐个进入加工区域并经受油石超精加工。上述两种圆柱滚子滚动表面超精加工方法存在以下两方面技术缺陷：一方面，加工过程中油石和导辊磨损状态随时间的变化不利于圆柱滚子滚动表面形状精度和尺寸精度的提高；另一方面，由于超精加工设备同一时刻只对单个(或少数几个)圆柱滚子进行加工，被加工圆柱滚子滚动表面的材料去除量几乎不受同批次圆柱滚子滚动表面直径差异的影响，因此用超精加工设备加工圆柱滚子滚动表面很难有效改善被加工圆柱滚子滚动表面的直径分散性。上述两方面的技术缺陷导致被加工圆柱滚子滚动表面的形状精度和尺寸一致性提升受到制约。现阶段，涉及圆柱滚子滚动表面精加工的装置(设备)和方法还包括以下几种：中国专利公报，公布号CN102476350A：公开了一种圆柱滚子外径无心研磨加工装置，包括两个半径一大一小的铸铁研磨辊，研磨辊之间有间隔，间隔上方安装有送料槽，送料槽上方设置有上压板，上压板上方加装有加压重锤，上压板与滚子的接触面为圆弧形。两研磨辊的线速度不同，使得圆柱滚子与研磨辊之间产生相对滑动。调整小研磨辊在垂直和水平方向的角度可驱动滚子沿轴线方向进给。研磨辊在驱动圆柱滚子的同时，也对滚子表面进行研磨加工。中国专利公报，公布号CN204736036U：公开了一种用于精密圆柱滚子外圆面研磨的加工装置。其特征在于：加工装置包括气缸、支撑架、磨具底板、磨具、驱动辊和底座，两个驱动辊与加工装置的对称中心平面平行，一个驱动辊的左边端在铅垂面内上翘与水平面相交成1～5°，另一个驱动辊的右边端在铅垂面内下翘与水平面相交成1～5°；两驱动辊表面涂覆有阻尼涂层以增大磨擦系数。磨具固定在磨具底板上，通过气缸施加加工压力，气缸安装在支撑架上，支撑架和驱动辊安装在底座上。加工时将圆柱滚子置于驱动辊一端，两个驱动辊产生的切向力使圆柱滚子绕中心轴旋转，产生的轴向力使圆柱滚子沿中心轴贯穿进给，磨具对滚子圆柱表面进行加工。上述两种装置均采用两驱动辊支撑并驱动圆柱滚子前进，与圆柱滚子前进方向垂直的上方设有磨具对圆柱滚子圆柱表面进行加工，加工时所有圆柱滚子依次通过加工区域。此类装置具有与超精加工设备相同的两方面技术缺陷。中国专利公报，公布号CN104608046A：公开了一种轴承圆柱滚子圆柱面超精密加工方法，其特征在于：采用双平面式圆柱零件外圆超精密加工设备对待加工圆柱滚子进行研磨；所采用的双平面式圆柱零件外圆超精密加工设备包括：上研磨盘、下研磨盘、外齿圈、偏心轮和保持架，其中上研磨盘、下研磨盘、外齿圈和偏心轮的转轴均同心放置，各自独立驱动；圆盘形保持架的盘面上开有多个工件夹持槽孔，槽孔呈放射状分布；保持架的旋转轴与偏心轮的中心同心设置，而保持架的中心与偏心轮的轴心存在偏距；保持架与外齿圈的齿轮配合，保持架由外齿圈和偏心轮同时驱动。研磨前将圆柱滚子置于保持架的槽孔中，对上研磨盘施加下压力；工件位于上研磨盘和下研磨盘之间，并与上、下研磨盘接触；驱动上研磨盘、下研磨盘、外齿圈和偏心轮旋转，工件在上、下研磨盘的驱动下作滚动运动的同时，也在保持架的驱动下绕上研磨盘和下研磨盘作摆线运动。中国专利公报，公布号CN103522166A：公开了一种基于上盘偏心加压的圆柱形零件外圆加工方法，其特征在于：该加工方法的加工装置包括上研磨盘、保持架和下研磨盘。上研磨盘位于下研磨盘的上方，保持架位于上研磨盘与下研磨盘之间，保持架的转轴和下研磨盘的转轴呈同轴设置，上研磨盘的转轴与保持架的转轴存在确定偏距。加工时，加载装置通过上研磨盘偏心作用于圆柱形零件，通过上研磨盘和下研磨盘平面配合磨料对圆柱形零件外圆进行加工。中国专利公报，公布号CN105798765A：公开了一种四平面往复式圆柱滚子研磨方法与装置，其特征在于：机架内设有由动力源带动转动的安装架，安装架周向外壁上设有若干用于安装圆柱滚子的安装槽；机架上与安装架对应设有与圆柱滚子滑动配合的研磨板。使用的时候将圆柱滚子安装在安装架上，通过转动安装架对研磨板中的多个圆柱滚子同时进行研磨。上述的三种装置(设备)均可同时对多个圆柱形零件进行加工，直径较大的圆柱形零件圆柱表面材料去除量较大，有利于尺寸一致性的提高。但是，由于其加工装置(设备)的封闭特征，此类装置(设备)不具备大批量生产能力。中国专利公报，公布号CN104493689A和CN104493684A：公开了一种圆柱形零件双盘直槽研磨盘、研磨设备与研磨方法，所述设备包括工件推进装置、工件输送装置和研磨盘装置。所述研磨盘装置包括第一、第二研磨盘，两研磨盘相对转动，第一研磨盘的工作面为平面，第二研磨盘与第一研磨盘相对的表面上设有一组放射状的直沟槽，直沟槽的两侧面为第二研磨盘的工作面，第二研磨盘的工作面的横断面轮廓呈圆弧形或V字形或具有圆弧的V字形，所述待加工件与直沟槽的接触点或接触圆弧的中点处的法平面与所述直沟槽的基准面的夹角的取值范围为30～60°；所述直沟槽的近第二研磨盘的中心一端为推进口，所述直沟槽的另一端为出料口，所述工件推进装置设置在第二研磨盘中心通孔内，包括主体及其上安装的多个推料机构和储料槽。利用该设备研磨圆柱滚子圆柱表面时，一方面，圆柱滚子可在研磨盘内外循环，具备大批量生产的能力；另一方面，在研磨加工区域，该设备可同时对大量圆柱滚子进行比较式加工，实现对直径较大的圆柱滚子的圆柱表面材料多去除，有利于圆柱滚子圆柱表面尺寸一致性的提高。但是，对于现有的双盘直槽研磨盘，受第二研磨盘中心通孔直径的制约，在第二研磨盘上可设置的直沟槽数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨盘套件，包括一对同轴的第一研磨盘(21)和第二研磨盘(22)，所述第一研磨盘(21)的正面(211)与第二研磨盘(22)的正面(221)相对布置，其特征在于：所述第一研磨盘(21)的正面(211)包括一组放射状分布的直线沟槽(2111)和连接相邻的两个直线沟槽(2111)的过渡面(2112)；所述直线沟槽的工作面(21111)在一扫描面(21113)上，所述扫描面(21113)为等截面扫描面；所述扫描面(21113)的扫描路径为直线，所述扫描面(21113)的母线在所述直线沟槽(2111)的法截面(21114)内；在所述直线沟槽(2111)的法截面(21114)内，所述扫描面(21113)的截面轮廓(211131)为一曲率半径与被加工圆柱滚子滚动表面(32)的曲率半径相等的圆弧；所述扫描面(21113)的扫描路径过所述截面轮廓(211131)的曲率中心，所述扫描路径为所述直线沟槽(2111)的基线(21116)；所有所述直线沟槽的基线(21116)分布于一正圆锥面上，所述正圆锥面为所述第一研磨盘(21)的基面(214)，所述基面(214)的轴线为所述第一研磨盘(21)的轴线(213)，所述基面(214)的锥顶角为2α；所述直线沟槽的基线(21116)在所述第一研磨盘的轴截面(215)内，包含所述直线沟槽的基线(21116)的第一研磨盘轴截面(215)为所述直线沟槽的工作面(21111)的中心平面(21112)；研磨加工时，被加工圆柱滚子的轴线(31)在所述直线沟槽的工作面的中心平面(21112)内，被加工圆柱滚子滚动表面(32)与所述直线沟槽的工作面(21111)发生面接触，被加工圆柱滚子的轴线(31)重合于所述直线沟槽的基线(21116)；所述第二研磨盘的正面为一正圆锥面，也是第二研磨盘的工作面(221)，所述工作面(221)的轴线为所述第二研磨盘的轴线(223)，所述工作面(221)的锥顶角为2β，且：2α+2β＝360°；所述第一研磨盘各直线沟槽(2111)的入口(21118)均位于所述第一研磨盘(21)的外缘，所述第一研磨盘各直线沟槽(2111)的出口(21119)均位于所述第一研磨盘(21)的内缘；或者所述第一研磨盘各直线沟槽(2111)的入口(21118)均位于所述第一研磨盘(21)的内缘，所述第一研磨盘各直线沟槽(2111)的出口(21119)均位于所述第一研磨盘(21)的外缘；当2α＝2β＝180°时，所述第一研磨盘的轴线(213)垂直于所述第一研磨盘基面(214)，所述第二研磨盘的轴线(223)垂直于所述第二研磨盘工作面(221)，且除所述直线沟槽的基线(21116)在所述第一研磨盘的轴截面(215)内之外还存在所述直线沟槽的基线(21116)不在所述第一研磨盘的轴截面(215)内的情形；当所述直线沟槽的基线(21116)不在所述第一研磨盘的轴截面(215)内时，所述直线沟槽的工作面(21111)的中心平面(21112)平行于所述第一研磨盘的轴线(213)；所述第一研磨盘各直线沟槽(2111)的入口(21118)均设在所述第一研磨盘(21)的外缘，所述第一研磨盘各直线沟槽(2111)的出口(21119)均设在所述第一研磨盘(21)的内缘。...

【技术特征摘要】
1.一种用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨盘套件，包括一对同轴的第一研磨盘(21)和第二研磨盘(22)，所述第一研磨盘(21)的正面(211)与第二研磨盘(22)的正面(221)相对布置，其特征在于：所述第一研磨盘(21)的正面(211)包括一组放射状分布的直线沟槽(2111)和连接相邻的两个直线沟槽(2111)的过渡面(2112)；所述直线沟槽的工作面(21111)在一扫描面(21113)上，所述扫描面(21113)为等截面扫描面；所述扫描面(21113)的扫描路径为直线，所述扫描面(21113)的母线在所述直线沟槽(2111)的法截面(21114)内；在所述直线沟槽(2111)的法截面(21114)内，所述扫描面(21113)的截面轮廓(211131)为一曲率半径与被加工圆柱滚子滚动表面(32)的曲率半径相等的圆弧；所述扫描面(21113)的扫描路径过所述截面轮廓(211131)的曲率中心，所述扫描路径为所述直线沟槽(2111)的基线(21116)；所有所述直线沟槽的基线(21116)分布于一正圆锥面上，所述正圆锥面为所述第一研磨盘(21)的基面(214)，所述基面(214)的轴线为所述第一研磨盘(21)的轴线(213)，所述基面(214)的锥顶角为2α；所述直线沟槽的基线(21116)在所述第一研磨盘的轴截面(215)内，包含所述直线沟槽的基线(21116)的第一研磨盘轴截面(215)为所述直线沟槽的工作面(21111)的中心平面(21112)；研磨加工时，被加工圆柱滚子的轴线(31)在所述直线沟槽的工作面的中心平面(21112)内，被加工圆柱滚子滚动表面(32)与所述直线沟槽的工作面(21111)发生面接触，被加工圆柱滚子的轴线(31)重合于所述直线沟槽的基线(21116)；所述第二研磨盘的正面为一正圆锥面，也是第二研磨盘的工作面(221)，所述工作面(221)的轴线为所述第二研磨盘的轴线(223)，所述工作面(221)的锥顶角为2β，且：2α+2β＝360°；所述第一研磨盘各直线沟槽(2111)的入口(21118)均位于所述第一研磨盘(21)的外缘，所述第一研磨盘各直线沟槽(2111)的出口(21119)均位于所述第一研磨盘(21)的内缘；或者所述第一研磨盘各直线沟槽(2111)的入口(21118)均位于所述第一研磨盘(21)的内缘，所述第一研磨盘各直线沟槽(2111)的出口(21119)均位于所述第一研磨盘(21)的外缘；当2α＝2β＝180°时，所述第一研磨盘的轴线(213)垂直于所述第一研磨盘基面(214)，所述第二研磨盘的轴线(223)垂直于所述第二研磨盘工作面(221)，且除所述直线沟槽的基线(21116)在所述第一研磨盘的轴截面(215)内之外还存在所述直线沟槽的基线(21116)不在所述第一研磨盘的轴截面(215)内的情形；当所述直线沟槽的基线(21116)不在所述第一研磨盘的轴截面(215)内时，所述直线沟槽的工作面(21111)的中心平面(21112)平行于所述第一研磨盘的轴线(213)；所述第一研磨盘各直线沟槽(2111)的入口(21118)均设在所述第一研磨盘(21)的外缘，所述第一研磨盘各直线沟槽(2111)的出口(21119)均设在所述第一研磨盘(21)的内缘。2.根据权利要求1所述用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨盘套件，其特征在于，采用游离磨粒研磨方式时，通过选择所述第一研磨盘直线沟槽的工作面(21111)的材料和所述第二研磨盘的工作面(221)的材料，使得在研磨加工工况下所述第二研磨盘的工作面(211)的材料与被加工圆柱滚子(3)的材料组成的摩擦副对被加工圆柱滚子(3)绕自身轴线(31)旋转所产生的滑动摩擦驱动力矩大于所述第一研磨盘直线沟槽的工作面(21111)的材料与被加工圆柱滚子(3)的材料组成的摩擦副对被加工圆柱滚子(3)绕自身轴线(31)旋转所产生的滑动摩擦阻力矩，从而驱动被加工圆柱滚子(3)绕自身轴线(31)连续旋转。3.一种用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨设备，其特征在于，包括主机、滚子循环盘外系统(4)和如权利要求1或2所述用于圆柱滚子滚动表面精加工的研磨盘套件(2)；所述主机包括基座(11)、立柱(12)、横梁(13)、滑台(14)、上托盘(15)、下托盘(16)、轴向加载装置(17)和主轴装置(18)；所述基座(11)、立柱(12)和横梁(13)组成所述主机的框架；所述研磨盘套件(2)的第一研磨盘(21)与所述下托盘(16)连接，所述研磨盘套件(2)的第二研磨盘(22)与所述上托盘(15)连接；所述主轴装置(18)安装在所述滑台(14)上，通过与其连接的所述上托盘(15)驱动所述第二研磨盘(22)绕其轴线回转；所述下托盘(16)安装在所述基座(11)上；所述滑台(14)通过所述轴向加载装置(17)与所述横梁(13)连接；所述立柱(12)还可以作为导向部件为所述滑台(14)沿所述第二研磨盘(22)的轴线作直线运动提供导向作用；所述滑台(14)在所述轴向加载装置(17)的驱动下，在所述立柱(12)或其他导向部件的约束下，连同其上的主轴装置(18)、与所述主轴装置(18)连接的上托盘(15)、以及与所述上托盘(15)连接的第二研磨盘(22)沿所述第二研磨盘(22)的轴线作直线运动；所述滚子循环盘外系统(4)包括滚子收集装置(41)、滚子输送系统(43)、滚子整理机构(44)和滚子送进机构(45)；所述滚子收集装置(41)设置在所述第一研磨盘各直线沟槽(2111)的出口(21119)处，用于收集从所述各直线沟槽(2111)的出口(21119)离开研磨加工区域H的被加工圆柱滚子(3)；所述滚子输送系统(43)用于将被加工圆柱滚子(3)从所述滚子收集装置(41)处输送至所述滚子送进机构(45)处；所述滚子送进机构(45)分别安装在所述第一研磨盘各直线沟槽(2111)的入口(21118)处，用于将被加工圆柱滚子(3)推送进入所述第一研磨盘各直线沟槽(2111)的入口(21118)，并为被加工圆柱滚子(3)沿各直线沟槽基线(21116)的直线进给运动提供推力；所述各滚子送进机构(45)各自独立运行，所实现的推送运动之间没有固定的时间顺序关系；所述滚子整理机构(44)设置在所述滚子送进机构(45)的前端，用于将被加工圆柱滚子的轴线(31)调整到所述滚子送进机构(45)所要求的方向；研磨加工时，所述第二研磨盘(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：任成祖，邓晓帆，葛翔，陈光，闫传滨，靳新民，刘伟峰，张婧，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12