一种圆锥滚子超精油石工作面预成形方法及装置与流程

1.本发明涉及机械加工制造领域，具体涉及一种圆锥滚子超精油石工作面预成形方法及装置。


背景技术：

2.圆锥滚子轴承是应用广泛的一种滚动轴承，圆锥滚子是其中的滚动体。圆锥滚子的终加工工艺通常是贯穿式超精研，其中的工具是油石。在圆锥滚子贯穿式超精研中，油石的工作面是指油石上与滚子直接接触的表面，在稳定工作状态下，该表面是曲面。油石工作面的曲面形状因滚子规格型号以及超精研加工方式的不同而不同，具有多样化的特点，而油石制造企业供给的油石，其初始工作面通常是平面，并不符合滚子超精加工要求。油石工作面形状是影响滚子超精加工质量的重要因素。虽然油石在使用中随着自身磨损，其工作面形状会自动演变成符合要求的形状，但在完成形状演变之前，滚子的加工质量会受到影响，这就影响滚子超精加工质量的一致性。因此，在使用之前对油石工作面进行精密预成形，对于精密圆锥滚子的超精加工具有重要意义。
3.在圆锥滚子贯穿式超精过程中随着自身磨损而最终形成的油石工作面形状，是超精加工需要的理想形状，这种形状不仅与滚子和油石的几何尺寸有关，还与滚子的姿态以及滚子与油石之间的相对运动特征有关。现有的油石工作面预成形方法和装置，没有全面考虑圆锥滚子贯穿式超精过程中滚子姿态以及滚子与油石之间的相对运动特征，获得的油石工作面形状精度不高，难以满足精密圆锥滚子的超精加工需求。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的是提供一种成形精度高、操作简便的圆锥滚子超精油石工作面预成形方法及装置。
5.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种圆锥滚子超精油石工作面预成形方法，包括以下步骤：步骤一、预处理：调整圆锥滚子的姿态及其与油石之间的几何关系，使其与贯穿式超精加工中圆锥滚子的姿态及其与油石之间的几何关系相同；油石相对于圆锥滚子可做大幅度的直线往复运动，将其运动方向设置为与贯穿式超精加工中圆锥滚子相对于油石的贯穿运动方向相同；圆锥滚子与贯穿式超精加工中的圆锥滚子几何尺寸相同，或者半径比贯穿式超精加工中的圆锥滚子半径小一个砂带厚度值，圆锥滚子的表面覆盖一层与圆锥滚子的锥面贴合的砂带；步骤二、成形：油石以一定压力压在砂带表面做直线往复运动，由砂带磨粒将油石工作面磨出需要的形状。
6.进一步的，所述圆锥滚子置于v形块的v形槽中， v形块置于双斜面垫块上，双斜面垫块置于水平面上并紧靠一纵向靠板，从而保证圆锥滚子的姿态与其在贯穿式超精加工中
的姿态相同，所述双斜面垫块的后侧面与纵向靠板紧密贴合，并且双斜面垫块的上表面和后侧面均为斜面，上表面相对于下表面的倾斜角度用于调整圆锥滚子的轴线相对于水平面的倾斜角，后侧面相对前侧面的倾斜角度用于调整圆锥滚子的轴线相对于纵向的倾斜角度，从而实现对圆锥滚子的姿态进行调整。
7.进一步的，所述双斜面垫块为六面体，其下表面为水平面，左右侧面为横向铅垂面，前侧面为纵向铅垂面，上表面和后侧面为斜面， v形块底面与双斜面垫块的上表面共面，v形块前侧面与双斜面垫块前侧面共面。
8.进一步的，所述双斜面垫块与v形块两者的前方共同设置有前限位块，两者的左侧共同设置有左限位块。
9.进一步的，所述圆锥滚子的表面覆盖有砂带，所述砂带的外侧设置有用于对砂带进行固定的砂带夹持机构，通过砂带夹持机构使砂带与滚子锥面贴合良好并且砂带对滚子的包角大于油石对滚子的包角。
10.进一步的，油石从圆锥滚子正上方以一定压力压在滚子表面的砂带上，并沿纵向进行大幅度往复移动，该移动方向与贯穿式超精加工中圆锥滚子相对于油石的贯穿运动方向相同。
11.使用上述预成形方法的预成形装置，该预成形装置包括用于支撑圆锥滚子的滚子支撑组件、用于将砂带覆盖并贴合在滚子上部表面的砂带夹持组件以及可将油石从正上方压在滚子表面砂带上并沿纵向往复移动的油石加压与移动装置；所述滚子支撑组件包括底板以及位于底板上方并连续设置的若干个滚子支撑机构；所述滚子支撑机构包括设置在底板上方的双斜面垫块以及固定设置在双斜面垫块顶部并用于支撑圆锥滚子的v形块，底板的一侧沿纵向设置有纵向靠板，双斜面垫块的后侧面与纵向靠板紧密贴合，并且双斜面垫块的上表面和后侧面均为斜面，其中，上表面相对于下表面的倾斜角度用于调整第一个圆锥滚子姿态参数倾斜角，即滚子的轴线相对于水平面的倾斜角，后侧面相对前侧面的倾斜角度用于调整第二个圆锥滚子姿态参数斜置角，即滚子轴线在水平面上投影相对于纵向的倾斜角，从而实现对圆锥滚子的姿态进行调整。
12.进一步的，所述底板上正对纵向靠板的一侧沿纵向设置有压紧靠板，且压紧靠板上螺纹连接有若干可将双斜面垫块的后侧面压紧在纵向靠板上的压紧螺栓。
13.进一步的，还包括机架，该机架包括一水平设置的平板以及与平板垂直设置并用于安装油石加压与移动装置的立板，所述的底板设置在平板的上方并与平板平行设置，底板的外侧设置有用于带动底板前后移动的前后调整机构；所述油石加压与移动装置，可将油石以一定压力压在覆盖于滚子上部表面的砂带上，并沿圆锥滚子的设置方向往复运动。
14.进一步的，所述前后调整机构包括与底板相配合的前后调整丝杠螺母副以及设置在底板左右两侧的导向块。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明预成形方法磨削后形成的油石工作面预成形形状精度高，且其预成形装置的制造成本低，操作简便。
附图说明
16.图1是本发明一种圆锥滚子超精油石工作面预成形装置的整体结构示意图；图2是滚子支撑组件的结构示意图；图3是砂带夹持组件与滚子支撑组件的位置关系示意图；图4是圆锥滚子贯穿式超精时纵向铅垂平面内的滚子姿态以及油石与滚子之间位置关系示意图；图5是圆锥滚子贯穿式超精时水平面内的滚子姿态示意图；图6是圆锥滚子与油石工作面之间的接触线示意图；图7是直线扫略形成的油石工作面形状示意图；图8是铅垂平面内滚子支撑组件几何关系示意图；图9是图8沿a-a向的剖视图。
具体实施方式
17.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.本发明的原理如下：圆锥滚子贯穿式超精油石工作面预成形的理想形状，就是超精时油石自身磨损而自然形成的形状，这种形状不仅与滚子和油石的几何尺寸有关，还与滚子的姿态以及滚子与油石之间的相对运动特征有关。滚子的姿态可以用两个参数描述，一个是倾斜角，指纵向（滚子贯穿方向）铅垂平面内滚子轴线相对于水平线的夹角；另一个是斜置角，是指水平面内滚子轴线相对于滚子贯穿方向的夹角。贯穿式超精时滚子与油石之间的相对运动特征是，滚子一边自转，一边以某种姿态从油石正下方沿纵向贯穿通过，油石沿滚子贯穿方向做高频小幅振荡。贯穿式超精时油石自然磨损形成其工作面的原理是，滚子-油石接触线在滚子贯穿方向进行直线扫略，在油石上形成扫掠面。
19.本发明的圆锥滚子超精油石工作面预成形方法，包括以下步骤：步骤一、预处理：圆锥滚子的姿态及其与油石之间的几何关系与贯穿式超精加工中滚子的姿态及其与油石之间的几何关系相同；油石相对于圆锥滚子做大幅度的直线往复运动，其运动方向与贯穿式超精加工中圆锥滚子相对于油石的贯穿运动方向相同；圆锥滚子与超精加工的圆锥滚子几何尺寸相同，其半径也可以比超精加工的圆锥滚子半径小一个砂带厚度值，圆锥滚子表面覆盖一层与滚子锥面贴合良好的砂带；步骤二、成形：油石以一定压力压在砂带表面做上述直线往复运动，由砂带磨粒磨出油石工作面形状。
20.可见，本发明模拟了贯穿式超精加工中滚子的姿态以及滚子与油石之间的几何关系和相对运动关系，不同之处仅仅在于滚子没有自转，油石不是高频小幅振荡而是大幅度往复移动。从油石工作面成形原理看，滚子滚动面是轴对称表面，无论滚子是否自转其滚子-油石接触线都是一样的；油石的大幅度往复移动与超精时滚子的贯穿运动是相同的扫略直线，因此，本发明可以保证获得油石工作面预成形理想形状。
21.本发明的预成形方法油石工作面预成形形状精度高，预成形装置的制造成本低，
操作简便。
22.本发明既适用于圆锥滚子斜置贯穿式超精，也适用于正置贯穿式超精，对于后者，只要将双斜面垫块后侧面相对前侧面的倾斜角取零即可。
23.该预成形装置主要由机架01、滚子支撑与砂带夹持装置02和油石加压与移动装置03三部分组成。
24.其中，机架01的主要功能是为滚子支撑与砂带夹持装置02和油石加压与移动装置03提供安装基准。机架01包括立板0101和平板0103，立板0101用于安装油石夹持机构，平板0103用于安装滚子支撑与砂带夹持装置02，且平板0103与立板0101间垂直设置。
25.滚子支撑与砂带夹持装置02包括滚子支撑组件和砂带夹持组件，滚子支撑组件的主要功能是保证滚子姿态正确，砂带夹持组件的主要功能是保证砂带与滚子锥面贴合牢靠，且砂带对滚子的包角大于油石对滚子的包角。
26.滚子支撑组件包括底板0201以及位于底板上方并连续设置的若干个滚子支撑机构，底板0201设置在平板0103的上方并与平板平行设置，其中，底板的外侧设置有用于带动底板前后移动的前后调整机构，前后调整机构包括与底板相配合的前后调整丝杠螺母副0102以及设置在底板左右两侧的导向块0104。
27.滚子支撑机构由圆锥滚子0207、v形块0206、双斜面垫块0204、左限位块0205、前限位块0203、纵向靠板0215、压紧螺栓0202、底板0201以及压紧靠板0213构成，具体如图2和图3所示，具体连接方式如下：双斜面垫块0204设置在底板0201上方，v形块0206固定设置在双斜面垫块顶部用于支撑圆锥滚子0207，底板的一侧沿纵向设置有纵向靠板0215，双斜面垫块0204的后侧面与纵向靠板0215紧密贴合，并且双斜面垫块0204的上表面和后侧面均为斜面，其中，上表面相对于下表面的倾斜角度用于调整圆锥滚子的轴线相对于水平面的倾斜角，该角度是超精时圆锥滚子姿态参数之一的倾斜角，后侧面相对前侧面的倾斜角度用于调整圆锥滚子的轴线在水平面上投影相对于纵向的倾斜角度，该角度是超精时圆锥滚子的另一个姿态参数斜置角，从而实现对圆锥滚子的姿态进行调整。
28.进一步的，本实施例提供的砂带夹持组件由底板0201、螺柱0214、支板0212、上夹板0210、下夹板0211、快夹0209、砂带0208和圆锥滚子0207构成，具体如图3所示，砂带夹持机构通过上、下压板夹持砂带，结合压板上下位置的调整，使砂带与滚子锥面贴合，砂带对滚子的包角大于油石对滚子的包角，并保证油石以一定压力在砂带表面往复移动时砂带不动。此处需要说明的是，通过快夹0209、上夹板0210以及下夹板0211对砂带0208进行固定对于本领域技术人员是较为常规的，而且，其与本技术的核心思想对圆锥滚子的姿态进行调整并无太大关联，因此，并未对其结构进行详细说明。
29.油石加压与移动装置03包括用于夹持油石的油石夹持机构、油石加压机构以及用于驱动油石夹持机构和油石沿圆锥滚子的设置方向往复运动的纵向移动机构；油石加压与移动装置03的主要功能是保证油石以一定压力压在覆盖于滚子上表面的砂带上，并且可沿纵向大幅度往复移动。
30.进一步的，图1中，覆盖在滚子上表面的砂带0208是从砂带卷抽出的，砂带卷安装在砂带轮上，考虑到图形表达，砂带0208只绘制了半幅宽度，砂带卷和砂带轮未画出。
31.本发明对圆锥滚子的姿态进行调整的原理如下： 圆锥滚子0207置于v形块0206的v性槽中，v形块0206置于双斜面垫块0204上，双斜面垫块0204置于水平面并紧靠在一个纵
向铅垂平面即纵向靠板0215上，从而保证圆锥滚子的姿态与其在贯穿式超精加工中的姿态相同。进一步的，双斜面垫块0204为六面体，其下表面为水平面，左右侧面为横向铅垂面，前侧面为纵向铅垂面，上表面和后侧面为斜面，上表面相对于下表面的倾斜角度可保证滚子轴线相对于水平面的倾斜角度等于滚子超精时的第一个滚子姿态参数倾斜角，后侧面相对前侧面的倾斜角等于滚子超精时的另一个滚子姿态参数斜置角。v形块0206底面与双斜面垫块0204的上表面共面，v形块0206前侧面与双斜面垫块0204前侧面共面。
32.进一步的，圆锥滚子0207的上表面外侧覆盖一层砂带0208，通过砂带夹持机构使砂带0208与圆锥滚子0207的锥面贴合良好并且砂带对滚子的包角大于油石对滚子的包角。
33.油石从圆锥滚子0207正上方以一定压力压在滚子表面的砂带0208上，在纵向移动机构如导轨的支撑下沿纵向进行大幅度往复移动，该移动方向与贯穿式超精加工中圆锥滚子相对于油石的贯穿运动方向相同。
34.如前文所述，本发明的技术原理为圆锥滚子贯穿式超精油石工作面预成形的理想形状，就是超精时油石自身磨损而自然形成的形状，这种形状不仅与滚子和油石的几何尺寸有关，还与滚子的姿态以及滚子与油石之间的相对运动特征有关。
35.以下对圆锥滚子贯穿式超精的工作方式进行说明：其采用一对轴线水平且平行配置的螺旋导辊，作定轴同向旋转运动，其螺旋槽底的辊形表面与滚子的圆锥表面接触，对滚子进行支撑、姿态控制和旋转驱动；其前导辊的螺旋挡边与滚子的球基面接触，推动滚子向前贯穿并将相邻滚子隔离，使得由上料机构连续送入两导辊之间的滚子，可以一边自转，一边以一定的姿态沿导辊轴线方向贯穿；一排长方块油石，从正上方以一定压力弹性地压在滚子表面，并沿滚子贯穿直线方向作高频小幅直线振荡，对滚子锥面进行超精研加工。
36.圆锥滚子贯穿式超精时，纵向铅垂平面内的滚子姿态以及油石与滚子之间位置关系如图4所示，图中：1-后导辊，2-圆锥滚子，3-油石，5-滚子贯穿直线，6-后导辊轴线；水平面内的滚子姿态如图5所示，图中，1-后导辊，2-圆锥滚子，4-前导辊，5-滚子贯穿直线，6-后导辊轴线，7-前导辊轴线；滚子的姿态可以用两个参数描述，一个是倾斜角，指纵向（滚子贯穿方向）铅垂平面内滚子轴线相对于水平线的夹角，即图4中的角度θ；另一个是斜置角，是指水平面内滚子轴线相对于滚子贯穿方向的夹角，即图5中的角度φ。
37.圆锥滚子贯穿式超精时，油石在磨除滚子表面材料的同时，自身也在不断磨损，其工作面形状不是依靠修整获得，而是通过自身磨损而自然形成。油石磨损较快，其磨损率与滚子材料磨除率具有可比性。油石自然磨损形成其工作面的原理是，滚子-油石接触线在滚子贯穿方向进行直线扫略，在油石上形成扫掠面。图6是滚子-油石接触线示意图，图中，3-油石，8-滚子与油石工作面之间的接触线，2-圆锥滚子。图7是直线扫略形成的油石工作面形状示意图，图中，9-直线扫略形成的油石工作面。
38.本发明所述装置可保证圆锥滚子姿态与贯穿式超精加工时相同。图8是水平面内滚子支撑组件几何关系示意图，图9是图8中a-a剖面的滚子支撑组件几何关系示意图。如图8和图9所示，置于v形块0206中的圆锥滚子0207，其轴线与v形块的前侧面平行，并与v形块0206的底面有一个倾斜角；v形块置于双斜面垫块0204上并通过螺钉固连，其底面与双斜面垫块0204的上表面共面，其前侧面借助前限位块0203实现与垫块前侧面共面；双斜面垫块0204上表面为斜面，其相对于底面的倾斜角度为，该角度根据倾斜角进行选择，以
保证滚子轴线相对于双斜面垫块0204底面的倾斜角度等于滚子超精时的第一个滚子姿态参数倾斜角θ；双斜面垫块0204后侧面为斜面，其相对于前侧面的倾斜角等于另一个滚子姿态参数斜置角φ，该斜面靠紧在纵向靠板0215上因而位于纵向铅垂平面内，从而保证滚子轴线相对于纵向铅垂平面的倾斜角等于滚子姿态参数斜置角φ。
39.给定第一个滚子姿态参数倾斜角θ、滚子半锥角α，选择90
°
的v形块，则倾斜角的计算式为：倾斜角的计算式为：进一步的，本发明的装置可保证圆锥滚子与油石之间的几何关系与贯穿式超精加工时相同，保证砂带与滚子锥面贴合牢靠且砂带对滚子的包角大于油石对滚子的包角，保证油石从正上方压在砂带表面且与滚子之间的相对运动满足油石工作面精密预成形的运动要求。如图1、图2和图3所示，借助前后调整丝杠螺母副0102和导向块0104，调整底板0201在平板0103上的前后位置，可以使圆锥滚子相对于油石的前后位置与贯穿式超精时相同；调整支板0212在螺柱0214上的高低位置，并用快夹0209夹紧砂带，可以使砂带牢靠地贴合在滚子上表面且包角大于油石对滚子的包角。油石加压与移动装置03可将油石从正上方压在砂带表面并引导油石在铅垂平面内进行纵向往复移动，保证油石与滚子之间的相对运动满足油石工作面精密预成形的运动要求。
40.本发明装置的使用方法为：将油石放入油石夹持机构，通过油石夹持机构将油石压设在覆盖于圆锥滚子上部表面的砂带上，并通过纵向移动机构驱动油石夹持机构和油石在铅垂平面内进行纵向往复移动，实现预成形磨削，磨削完成后卸下油石即可。
41.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。