一种用于圆锥滚子滚动表面精加工的研磨盘、设备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于圆锥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，第二研磨盘的正面包括一条或多条分布于第二研磨盘基面(正圆锥面)的螺旋槽，第一、第二研磨盘基面的锥顶角之和为360°。本发明专利技术研磨设备具有大批量圆锥滚子滚动表面的精加工能力。

Grinding disc and equipment method for finishing rolling surface of tapered roller

The invention discloses a grinding device and a grinding disc suite for finishing rolling surface of tapered rollers. The grinding equipment includes a main machine, a grinding disc suite and a roller circulating disc outer system. The main engine includes a base, a column, a cross beam, a sliding platform, an upper pallet, a lower pallet, an axial loading device and a spindle device. The outer system of roller circulation disc includes roller collecting device, roller conveying system, roller finishing mechanism and roller feeding mechanism. The grinding disc kit comprises a pair of coaxial and positively positioned first and second grinding discs. The front of the first lapping disc includes a group of straight grooves radially distributed on the base surface of the first lapping disc (right conical surface). The front of the second lapping disc includes one or more spiral grooves distributed on the base surface of the second lapping disc (right conical surface). The sum of the conical apex angles of the first and second lapping disc's base surfaces is 360 degrees. The grinding device of the invention has the capability of finishing the rolling surface of large quantities of tapered roller.

【技术实现步骤摘要】
一种用于圆锥滚子滚动表面精加工的研磨盘、设备方法
本专利技术涉及一种用于圆锥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
圆锥滚子轴承广泛应用于各类旋转机械。作为圆锥滚子轴承重要零件之一的圆锥滚子，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，公知的圆锥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。公知的圆锥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，圆锥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带螺旋滚道的超精螺旋导辊和一个(或一组)装有油石的超精头组成，圆锥滚子由导辊支撑并驱动，在作旋转运动的同时又沿一与圆锥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锥滚子滚动表面的同时油石沿圆锥滚子滚动表面的素线作高速微幅往复振动，对圆锥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，同一批次的圆锥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，圆锥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锥滚子滚动表面的同时沿一与圆锥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，对圆锥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，同一批次的圆锥滚子逐个进入加工区域并经受油石超精加工。上述两种圆锥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锥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)圆锥滚子进行加工，被加工圆锥滚子滚动表面的材料去除量几乎不受同批次圆锥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锥滚子滚动表面很难有效改善被加工圆锥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锥滚子滚动表面的形状精度和尺寸一致性提升受到制约。中国专利公报，公布号CN1863642A公开了一种加工圆锥滚子的方法，其特征在于：所述圆锥滚子通过滚筒抛光或者滚桶抛光的方法精加工滚子表面。加工过程中滚子表面材料去除具有不确定性，该方法不能改善滚子的尺寸精度和直径分散性。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种用于圆锥滚子滚动表面精加工的研磨盘套件、研磨设备及研磨方法，安装有本专利技术研磨盘套件的研磨设备具有大批量圆锥滚子滚动表面的精加工能力，可实现圆锥滚子滚动表面高点材料多去除、低点材料少去除，直径较大的圆锥滚子滚动表面的材料多去除、直径较小的圆锥滚子滚动表面的材料少去除，从而可提高圆锥滚子滚动表面的形状精度和尺寸一致性，可以提高圆锥滚子滚动表面的加工效率，降低加工成本。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种用于圆锥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和第二研磨盘，所述第一研磨盘的正面与第二研磨盘的正面相对布置；所述第一研磨盘的正面包括一组放射状分布的的直线沟槽和连接相邻的两个直线沟槽的过渡面；所述直线沟槽的表面包括研磨加工时与被加工圆锥滚子的滚动表面发生接触的工作面和与被加工圆锥滚子滚动表面不发生接触的非工作面；所述直线沟槽工作面在一两侧对称的扫描面上，所述扫描面为等截面扫描面；所述扫描面的扫描路径为直线，所述扫描面的母线(即扫描轮廓)在所述直线沟槽的法截面内；在所述直线沟槽的法截面内，所述扫描面的截面轮廓为两条对称的直线段，所述两条直线段之间的夹角为2θ；所述直线沟槽工作面的对称平面为包含所述扫描面的截面轮廓的对称线和所述扫描面的扫描路径的平面；研磨加工时被加工圆锥滚子的轴线在所述直线沟槽工作面的对称平面内，所述被加工圆锥滚子滚动表面与所述直线沟槽工作面的两对称侧面分别发生线接触(相切)；所述扫描面的扫描路径过被加工圆锥滚子的滚动表面在其轴线上的映射的中点，所述扫描路径(直线)为所述直线沟槽的基线；所述被加工圆锥滚子的半锥角为所述被加工圆锥滚子的轴线与所述直线沟槽的基线的夹角为γ，且所有所述直线沟槽的基线分布于一正圆锥面上，所述正圆锥面为所述第一研磨盘的基面，所述基面的轴线为所述第一研磨盘的轴线，所述基面的锥顶角为2α；所述直线沟槽的基线在所述第一研磨盘的轴截面内，所述直线沟槽工作面的对称平面与包含所述直线沟槽基线的所述第一研磨盘的轴截面重合；所述第二研磨盘的正面包括一条或多条螺旋槽和连接相邻螺旋槽的过渡面；所述螺旋槽的表面包括研磨加工时与被加工圆锥滚子发生接触的工作面和与被加工圆锥滚子不发生接触的非工作面；所述螺旋槽的工作面包括研磨加工时与被加工圆锥滚子的滚动表面发生接触的工作面一和与被加工圆锥滚子的大头端球基面或大头端倒圆角或小头端倒圆角发生接触的工作面二；所述工作面一和工作面二分别在扫描面一和扫描面二上，所述扫描面一和扫描面二均为等截面扫描面；在所述第一研磨盘直线沟槽工作面的约束下，被加工圆锥滚子的滚动表面与所述工作面一相切，所述大头端球基面或大头端倒圆角或小头端倒圆角与所述工作面二相切；所述扫描面一和扫描面二的扫描路径均为过所述被加工圆锥滚子的滚动表面在其轴线上的映射的中点、且分布于一正圆锥面上的正圆锥等角螺旋线；所述正圆锥面为所述第二研磨盘的基面，所述基面的轴线为所述第二研磨盘的轴线；所述扫描面一和扫描面二的母线(即扫描轮廓)均在所述第二研磨盘的轴截面内；所述第二研磨盘基面的锥顶角为2β，且2α+2β＝360°；当2α＝2β＝180°时，所述第一研磨盘的轴线垂直于所述第一研磨盘基面，所述第二研磨盘的轴线垂直于所述第二研磨盘基面，且除所述直线沟槽的基线在所述第一研磨盘的轴截面内之外还存在所述直线沟槽的基线不在所述第一研磨盘的轴截面内的情形；当所述直线沟槽的基线不在所述第一研磨盘的轴截面内时，所述直线沟槽工作面的对称平面平行于所述第一研磨盘的轴线；当被加工圆锥滚子的滚动表面设计有凸度时，与之相适应的直线沟槽工作面所在的扫描面的截面轮廓根据所述滚动表面的凸度曲线进行相应的修形。进一步地，所述第一研磨盘各直线沟槽的入口均位于所述第一研磨盘的外缘，所述第一研磨盘各直线沟槽的出口均位于所述第一研磨盘的内缘；或者所述第一研磨盘各直线沟槽的入口均位于所述第一研磨盘的内缘，所述第一研磨盘各直线沟槽的出口均位于所述第一研磨盘的外缘。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的材料和所述第二研磨盘螺旋槽的工作面的材料，使得在研磨加工工况下所述第二研磨盘螺旋槽的工作面的材料与被加工圆锥滚子的材料组成的摩擦副对被加工圆锥滚子绕自身轴线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的材料与被加工圆锥滚子的材料组成的摩擦副对被加工圆锥滚子绕自身轴线旋转所产生的滑动摩擦阻力矩，从而驱动被加工圆锥滚子绕自身轴线连续旋转。研磨加工时，在所述第一研磨盘直线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于圆锥滚子滚动表面精加工的研磨盘套件，其特征在于，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；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)在一两侧对称的扫描面(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)为两条对称的直线段，所述两条直线段之间的夹角为2θ；所述直线沟槽的工作面(21111)的对称平面(21112)为包含所述扫描面(21113)的截面轮廓(211131)的对称线(211132)和所述扫描面(21113)的扫描路径的平面；研磨加工时被加工圆锥滚子的轴线(31)在所述直线沟槽的工作面(21111)的对称平面(21112)内，所述被加工圆锥滚子滚动表面(32)与所述直线沟槽的工作面(21111)的两对称侧面分别发生线接触；所述扫描面(21113)的扫描路径过被加工圆锥滚子的滚动表面(32)在其轴线(31)上的映射(CD)的中点(Q)，所述扫描路径为所述直线沟槽(2111)的基线(21116)；所述被加工圆锥滚子(3)的半锥角为...

【技术特征摘要】
1.一种用于圆锥滚子滚动表面精加工的研磨盘套件，其特征在于，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；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)在一两侧对称的扫描面(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)为两条对称的直线段，所述两条直线段之间的夹角为2θ；所述直线沟槽的工作面(21111)的对称平面(21112)为包含所述扫描面(21113)的截面轮廓(211131)的对称线(211132)和所述扫描面(21113)的扫描路径的平面；研磨加工时被加工圆锥滚子的轴线(31)在所述直线沟槽的工作面(21111)的对称平面(21112)内，所述被加工圆锥滚子滚动表面(32)与所述直线沟槽的工作面(21111)的两对称侧面分别发生线接触；所述扫描面(21113)的扫描路径过被加工圆锥滚子的滚动表面(32)在其轴线(31)上的映射(CD)的中点(Q)，所述扫描路径为所述直线沟槽(2111)的基线(21116)；所述被加工圆锥滚子(3)的半锥角为所述被加工圆锥滚子(3)的轴线(31)与所述直线沟槽(2111)的基线(21116)的夹角为γ，且：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，所述直线沟槽的工作面(21111)的对称平面(21112)与包含所述直线沟槽基线(21116)的所述第一研磨盘的轴截面(215)重合；所述第二研磨盘的正面(221)包括一条或多条螺旋槽(2211)和连接相邻螺旋槽(2211)的过渡面(2212)；所述螺旋槽的工作面(22111)包括研磨加工时与被加工圆锥滚子的滚动表面(32)发生接触的工作面一(221111)和与被加工圆锥滚子的大头端球基面(342)或大头端倒圆角(341)或小头端倒圆角(331)发生接触的工作面二(221112)，所述工作面一(221111)和工作面二(221112)分别在扫描面一(221121)和扫描面二(221122)上，所述扫描面一(221121)和扫描面二(221122)均为等截面扫描面；在所述第一研磨盘直线沟槽工作面(21111)的约束下，被加工圆锥滚子的滚动表面(32)与所述工作面一(221111)相切，所述大头端球基面(342)或大头端倒圆角(341)或小头端倒圆角(331)与所述工作面二(221112)相切；所述扫描面一(221121)和扫描面二(221122)的扫描路径(22116)均为过所述被加工圆锥滚子的滚动表面(32)在其轴线(31)上的映射(CD)的中点(Q)、且分布于一正圆锥面上的正圆锥等角螺旋线；所述正圆锥面为所述第二研磨盘(22)的基面(224)，所述基面(224)的轴线为所述第二研磨盘(22)的轴线(223)；所述扫描面一(221121)和扫描面二(221122)的母线(即扫描轮廓)均在所述第二研磨盘的轴截面(225)内；所述第二研磨盘基面(224)的锥顶角为2β，且：2α+2β＝360°；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基面(224)，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，所述直线沟槽工作面(21111)的对称平面(21112)平行于所述第一研磨盘的轴线(213)；当被加工圆锥滚子的滚动表面(32)设计有凸度时，与之相适应的直线沟槽工作面(21111)所在的扫描面的截面轮廓(211131)根据所述滚动表面(32)的凸度曲线进行相应的修形。2.根据权利要求1所述用于圆锥滚子滚动表面精加工的研磨盘套件，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述用于圆锥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螺旋槽的工作面(22111)的材料，使得在研磨加工工况下所述第二研磨盘螺旋槽的工作面(22111)的材料与被加工圆锥滚子(3)的材料组成的摩擦副对被加工圆锥滚子(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)的材料与被加工圆锥滚子(3)的材料组成的摩擦副对被加工圆锥滚子(3)绕自身轴线(31)旋转所产生的滑动摩擦阻力矩，从而驱动被加工圆锥滚子(3)绕自身轴线(31)连续旋转。4.一种用于圆锥滚子滚动表面精加工的研磨设备，其特征在于，包括主机、如权利要求1至3中任一所述用于圆锥滚子滚动表面精加工的研磨盘套件(2)和滚子盘外循环系统(4)；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，沿所述第二研磨盘(22)的轴线作直线运动；所述主轴装置(18)用于驱动所述第一研磨盘(21)或第二研磨盘(22)绕其轴线回转；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的被加工圆锥滚子(3)；所述滚子输送系统(43)用于将被加工圆锥滚子(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，用于将被加工圆锥滚子的轴线(31)调整到所述滚子送进机构(45)所要求的方向，并将被加工圆锥滚子(3)的小头端(33)的指向调整为与其将要进入的第二研磨盘螺旋槽(2211)的工作面(22111)所在的扫描面(22112)的截面轮廓(22113)相适应的指向；研磨加工时，所述研磨盘套件(2)的回转存在两种方式；方式一、所述第一研磨盘(21)绕其轴线回转，所述第二研磨盘(22)不回转；方式二、所述第一研磨盘(21)不回转，所述第二研磨盘(22)绕其轴线回转；所述主机存在三种构型：主机构型一用于所述研磨盘套件(2)以方式一回转；主机构型二用于所述研磨盘套件(2)以方式二回转；主机构型三既适用于所述研磨盘套件(2)以方式一回转，又适用于所述研磨盘套件(2)以方式二回转；对应于主机构型一：所述主轴装置(18)安装在所述基座(11)上，通过与其连接的所述下托盘(16)驱动所述第一研磨盘(21)绕其轴线回转；所述上托盘(15)与所述滑台(14)连接；研磨加工时，所述第一研磨盘(21)绕其轴线回转；所述滑台(14)在所述立柱(12)或其他导向部件的约束下，连同与其连接的上托盘(15)、以及与所述上托盘连接的第二研磨盘(22)沿所述第二研磨盘(22)的轴线向所述第一研磨盘(21)趋近，并对分布于所述第一研磨盘(21)各直线沟槽内的被加工圆锥滚子(3)施加工作压力；所述滚子送进机构(45)分别安装在所述第二研磨盘各螺旋槽(2211)的入口(22118)处，用于在所述第一研磨盘任一直线沟槽(2111)的入口(21118)与所述第二研磨盘螺旋槽(2211)的入口(22118)发生交会时将一个被加工圆锥滚子(3)推送进入所述第一研磨盘直线沟槽(2111)的入口(21118)；对应于主机构型二：所述主轴装置(18)安装在所述滑台...

【专利技术属性】
技术研发人员：任成祖，杨影，陈洋，邓晓帆，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