CN101704220A

CN101704220A - 磨削大直径轴承的成型砂轮精密修整方法及其柔性装置

Info

Publication number: CN101704220A
Application number: CN200910198796A
Authority: CN
Inventors: 李蓓智; 吉启维; 罗坚; 朱江良; 邬舟平
Original assignee: NING BO ANJIESEN PRECISION MACHINE MANUFACTURING Co Ltd; Donghua University
Current assignee: NING BO ANJIESEN PRECISION MACHINE MANUFACTURING Co Ltd; Donghua University
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2009-11-13
Publication date: 2010-05-12

Abstract

本发明涉及一种磨削大直径轴承的成型砂轮精密修整方法及其柔性装置，成型砂轮精密修整方法是，通过沿砂轮轴向(X轴)、径向(Y轴)的插补进给移动和绕砂轮切向(Z轴)的摆动，合成金刚笔(6)的修整运动轨迹。柔性装置主要由伺服驱动电机(1)、谐波减速器(2)、联轴器(3)、轴承(4)、转轴(5)、调节螺杆(7)、刻度盘(8)、支撑座(9)组成。将金刚笔(6)安装在转轴(5)上，由刻度盘(8)驱动调整螺杆(7)，调整金刚笔尖相对转轴摆动中心(O-O)的距离(R)，即形成金刚笔的摆动半径，并由伺服电机驱动转轴(5)带动金刚笔绕Z轴摆动。柔性装置安装在工作台(10)上，由工作台带动柔性装置，实现金刚笔沿X轴、Y轴的插补进给移动，X、Y、Z轴的合成运动由PLC控制。本发明可解决现有技术中砂轮修整精度低，砂轮修整装置(器)匹配性小的问题。

Description

磨削大直径轴承的成型砂轮精密修整方法及其柔性装置

技术领域

本发明属于轴承制造领域，特别是涉及一种磨削大直径轴承的成型砂轮精密修整柔性装置以及方法。

背景技术

近年来，随着我国汽车、铁路提速、轨道交通等的迅速发展，轴承等关键和通用零部件的需求量和性能要求也越来越高。但是，由于我国尚缺乏先进的、具有自主知识产权的轴承制造工艺及其专用设备，所生产的轴承尚不能达到国际高精度或高性能轴承标准。大多数与铁路机车车辆配套的轴承制造公司是中外合资企业，如南口斯凯孚铁路轴承公司是中瑞(瑞士SKF)合资，银川富安捷轴承公司是中德(德国FAG)合资，我国国有企业或民营企业大多因所生产轴承的疲劳寿命等性能差距而不能进入OEM(Original Equipment/Entrusted Manufacture)市场。

我国滚子轴承的使用寿命与发达国家同类产品差距大的主要原因是，国内滚子轴承加工技术难以支持凸度设计理论及其精度的实现，从而导致轴承在运转过程中滚子两端边缘压力奇异分布，即边缘应力集中现象，使轴承过早产生疲劳磨损而失效。基于凸度理论的滚子轴承工作表面，可以很好地改善或消除边缘应力集中现象。目前，国内企业生产的球轴承和球面轴承专用磨床，大多采用传统的沿砂轮径向(Y轴)和轴向(X轴)进行插补的砂轮修整方法。对于修整高精度大规格轴承的成型砂轮，传统方法的弊端在于，一方面在修整成型砂轮时，金刚笔的工作方向是恒定不变的，即大多处于成型砂轮曲线的非法线方向，从而导致金刚笔与砂轮接触时发生干涉和金刚笔接触点的不确定性，而影响成型砂轮的修整精度乃至轴承沟道的磨削精度；另一方面为了提高和确保插补运动精度，会对单轴坐标最小步长及其精度要求很高。此外，传统弓型修整器的尺寸规格与其所修整的砂轮成型面曲率半径成正比，即一个弓型修整器所适用的轴承规格非常有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种磨削大直径轴承的成型砂轮精密修整方法及其柔性装置，以解决现有技术中砂轮修整精度低，砂轮修整装置(器)匹配性小的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种磨削大直径轴承的成型砂轮精密修整方法，金刚笔的修整轨迹按砂轮轴向(X向)、径向(Y向)的进给移动和绕砂轮切向(Z轴)的摆动插补合成，合成运动由PLC控制。

提供一种实现磨削大直径轴承的成型砂轮精密修整方法的柔性装置，由伺服驱动电机、谐波减速器、联轴器、轴承、转轴、调节螺杆、刻度盘、支撑座组成，转轴的中部装有调节螺杆，调节螺杆前端装有金刚笔，后部装有刻度盘，谐波减速器下方通过联轴器与转轴相连接，上方连接伺服驱动电机。

所述的调节螺杆和刻度盘组成金刚笔位置调节机构。

所述的轴承套在转轴上，伺服驱动电机、谐波减速器及转轴的两端都固定在支撑座上，柔性装置的底部为工作台。

绕砂轮切向(Z轴)的摆动插补运动的实现方式是：由调节机构的刻度盘驱动调整螺杆，调整金刚笔尖相对转轴摆动中心(O-O)的距离(R)，即形成金刚笔的摆动半径，并由伺服电机驱动转轴带动金刚笔绕Z轴摆动。

支持大直径轴承成型砂轮精密修整的柔性装置安装在工作台上，由工作台带动柔性装置，实现金刚笔沿X向、Y向的插补进给移动。

金刚笔修整成型砂轮产生的轮廓误差(ΔB)取决于X轴、Y轴和Z轴的合成运动，其计算公式为：

ΔB＝2RSin2(θ/4)＝2(ΔY2/ΔX+ΔX)Sin2(θ/4)，其中：

Z轴摆角θ＝arctg(ΔX/ΔY)

Z轴摆动半径R＝ΔY2/ΔX+ΔX

ΔX、ΔY分别为X轴、Y轴的单步进给量。

有益效果

本发明所述的磨削大直径轴承的成型砂轮精密修整柔性装置以及方法，通过增加绕砂轮切向(Z向)摆动形成的插补运动，其对砂轮的修整精度比单纯采用2轴插补运动的精度高。即传统2轴插补方法中，如图2所示的砂轮修整精度ΔB直接取决于工作台的最小进给量，而增加Z向摆动后形成的插补运动精度如图3所示，一般可以缩小到工作台最小进给的1/9。也即X轴的最小进给量包括反向间隙误差等对成型砂轮轮廓修整精度的影响很小，从而避免了修整高精度球轴承沟道砂轮时对单轴坐标最小步长的限制与极高的步长精度要求，降低了对砂轮修整装置的制造要求，提高了球轴承沟道砂轮的修整精度及其所磨削轴承的轮廓精度。同时，对于大直径轴承而言，再大的轴承直径变化，只需要改变金刚笔相对被修整砂轮的初始位置，而球轴承的滚道弧线斜率变化，只需要改变金刚笔笔尖与修整装置回转中心(O-O)的距离，即回转半径R，而不要重新更换修整装置。本发明所述的磨削大直径轴承的成型砂轮精密修整方法及其柔性装置，可以大大降低砂轮修整装置及其进给装置的制造精度要求，并可满足高精度轴承极高的轮廓度要求，而且可以适合轴承直径差异很大的情况，尤其适合大直径高精度轴承，性价比高，解决了轴承磨床行业的技术难题，填补了该领域的空白。

附图说明

图1是本发明主视图。

图2是现有技术的运动轨迹和精度分析图。

图3是本发明的运动轨迹和精度分析图。

其中：1-伺服电机，2-谐波减速器，3-联轴器，4-轴承，5-转轴，6-金刚笔，7-调节螺杆，8-刻度盘，9-支撑座，10-工作台。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明.应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围.此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围.

实施例1

一种磨削大直径轴承的成型砂轮精密修整方法，金刚笔的修整轨迹按砂轮轴向(X向)、径向(Y向)的进给移动和绕砂轮切向(Z轴)的摆动插补合成，合成运动由PLC控制。

如图1所示，一种支持大直径轴承成型砂轮精密修整的柔性装置，包括伺服驱动电机1、谐波减速器2、联轴器3、轴承4、转轴5、调节螺杆7、刻度盘8、支撑座9，转轴5的中部装有调节螺杆7，调节螺杆7前端装有金刚笔6，后部装有刻度盘8，谐波减速器2下方通过联轴器3与转轴5相连接，上方连接伺服驱动电机1。

所述的调节螺杆7和刻度盘8组成金刚笔位置调节机构。

所述的轴承4套在转轴5上，伺服驱动电机1、谐波减速器2及转轴5的两端都固定在支撑座9上，柔性装置的底部为工作台10。

调节机构的刻度盘8驱动调整螺杆7，调整金刚笔尖相对转轴摆动中心(O-O)的距离(R)，即形成金刚笔的摆动半径，并由伺服电机驱动转轴5带动金刚笔绕Z轴摆动。

将大直径轴承成型砂轮精密修整柔性装置安装在工作台10上，由工作台带动柔性装置，实现金刚笔沿X向、Y向的插补进给移动。

金刚笔6修整成型砂轮所产生的轮廓误差(ΔB)取决于X轴、Y轴和Z轴的合成运动，其计算公式为：

ΔB＝2RSin2(θ/4)＝2(ΔY2/ΔX+ΔX)Sin2(θ/4)，其中：

θ为Z轴摆角，θ＝arctg(ΔX/ΔY)

R为Z轴摆动半径，R＝ΔY2/ΔX+ΔX

ΔX、ΔY分别为X轴、Y轴的单步进给量。

本实施例的要求是，为球轴承内圈沟道磨床(型号为3MB1330A)配置成型砂轮修整装置并预测成型砂轮的修整精度。已知所用的成型砂轮直径为600mm，其可适用磨削的轴承内圈孔径为180-300mm，宽度为40-120mm。采用本发明的大直径轴承成型砂轮精密修整方法及其柔性装置，磨削不同规格形状的轴承时，如磨削直径为180mm、滚道弧线曲率为1/40，其工作步骤如下：

1)根据磨床进给分辨率和所磨的轴承轮廓精度要求，确定X轴的单步进给量，如令ΔX＝1μm；

2)根据轴承滚道弧线曲率，计算Y轴的单步进给量，ΔY＝ΔX/滚道弧线曲率＝40μm；

3)计算Z轴摆角θ，θ＝arctg(ΔX/ΔY)＝arctg(1/40)＝arctg(0.025)≤1°20″6′；

4)计算Z轴摆动半径R，R＝ΔY2/ΔX+ΔX＝40²/1+1＝1601μm＝1.601mm；

5)估算成型砂轮修整误差ΔB，ΔB＝2RSin²(θ/4)＝2(1601)Sin²(1°20″6′/4)≤0.11μm；

6)验算成型砂轮修整精度，即当ΔB≤T_B/3，T_B为轴承滚道的轮廓公差；

7)根据计算结果，输入修整成型砂轮的NC程序，X、Y轴的单步进给量ΔX、ΔY以及Z轴摆动角θ；

8)根据计算获得的Z轴摆动半径R，调整金刚笔笔尖与回转中心(O-O)距离为1.601mm；

9)启动成型砂轮精密修整柔性装置，修整砂轮。

下面进行采用本发明可获得的精度分析和效益：

若不增加绕砂轮切向(Z轴)摆动，即在两轴直线插补方法中，由图3可知，成型砂轮的轮廓修整精度ΔB的计算公式如下：

ΔB＝ΔX Con(β)＝ΔX Con(arctg(ΔX/ΔY))

同上，当ΔX＝1μm，ΔY＝40μm时，

ΔB＝0.99969μm，ΔB/ΔX≈1，即在两轴直线插补方式中，成型砂轮修整精度直接取决于工作台的最小进给量。

而根据采用本发明的成型砂轮精密修整方法及其柔性装置的计算结果可知，增加绕砂轮切向(Z轴)摆动后，成型砂轮的轮廓修整误差仅是工作台最小进给ΔX的1/9(≥0.11)。

采用PLC控制上述沿X、Y轴进给移动和绕Z轴摆动的插补运动，可以获得如上述分析计算所述的极高的成型砂轮轮廓精度，说明基于本发明研制的磨削大直径轴承成型砂轮精密修整柔性装置及其专用磨床具有很高的性价比。

实施例2

本实施例得要求是，采用球轴承内圈沟道磨床(型号为3MB1330A)已配置的成型砂轮修整装置，磨削直径为300mm、滚道弧线曲率为1/60的球轴承，实现装置与实施例1相同，其主要计算和操作步骤如下：

1)确定X轴的单步进给量，令ΔX＝1μm；

2)计算Y轴的单步进给量，ΔY＝ΔX/滚道弧线曲率＝60μm；

3)计算Z轴摆角θ，θ＝arctg(ΔX/ΔY)＝arctg(1/60)＝arctg(0.0167)≤50″8′；

4)计算Z轴摆动半径R，R＝ΔY2/ΔX+ΔX＝60²/1+1＝3601μm＝3.601mm；

5)估算成型砂轮修整误差ΔB，ΔB＝2RSin²(θ/4)＝2(3601)Sin²(50″8′/4)≤0.103μm；

8)根据计算获得的Z轴摆动半径R，调整金刚笔笔尖与回转中心(O-O)距离为3.601mm；

9)启动成型砂轮精密修整柔性装置，修整砂轮。

下面进行采用本发明可获得的精度分析和效益：

根据采用本发明的成型砂轮精密修整方法及其柔性装置的计算结果可知，增加绕砂轮切向(Z轴)摆动后，成型砂轮修整误差仅是工作台最小进给ΔX的1/9(≥0.103)。

磨削不同尺寸规格的球轴承，如实施案例1中所磨削球轴承直径为180mm，本实施案例中需要磨削的轴承直径为300mm，都可以采用本发明的大直径轴承成型砂轮精密修整柔性装置，并可获得如上述分析计算所述的极高的成型砂轮轮廓精度，说明基于本发明研制的磨削大直径轴承成型砂轮精密修整柔性装置具有良好的通用性和很高的性价比.解决了现有技术中砂轮修整精度低，砂轮修整装置(器)匹配性小的问题.

Claims

1.一种磨削大直径轴承的成型砂轮精密修整方法，其特征在于：金刚笔(6)的修整运动轨迹由沿砂轮轴向(X向)、径向(Y向)的插补进给移动和绕砂轮切向(绕Z轴)的摆动合成，且合成运动由PLC控制。

2.根据权利要求1所述的一种磨削大直径轴承的成型砂轮精密修整方法，其特征在于：所述的绕砂轮切向(绕Z轴)的摆动由调节机构的刻度盘(8)驱动调整螺杆(7)，调整金刚笔尖相对转轴摆动中心(O-O)的距离，形成金刚笔的摆动半径，并由伺服电机驱动转轴(5)带动金刚笔绕Z轴摆动实现。

3.根据权利要求1所述的一种磨削大直径轴承的成型砂轮精密修整方法，其特征在于：所述的插补进给移动是由工作台(10)带动安装在其上的柔性装置实现。

4.根据权利要求1所述的一种磨削大直径轴承的成型砂轮精密修整方法，其特征在于：所述的金刚笔(6)修整成型砂轮产生的轮廓误差，即ΔB，取决于X轴、Y轴和Z轴的合成运动。

5.一种实现磨削大直径轴承的成型砂轮精密修整方法的柔性装置，包括伺服驱动电机(1)、谐波减速器(2)、联轴器(3)、轴承(4)、转轴(5)、调节螺杆(7)、刻度盘(8)、支撑座(9)，其特征在于：所述的转轴(5)中部装有金刚笔(6)及其位置调节机构，所述的轴承(4)套在转轴(5)上，所述的伺服驱动电机(1)、谐波减速器(2)及转轴(5)的两端都固定在支撑座(9)上。