CN104493689B - 双盘直槽圆柱形零件表面研磨盘 - Google Patents

双盘直槽圆柱形零件表面研磨盘 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双盘直槽圆柱形零件表面研磨盘，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，直沟槽的槽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；研磨加工时，工件在直沟槽内自旋，同时在推进装置作用下工件沿直沟槽平移滑动。本发明同时提供了利用该设备实现研磨的方法。本发明设备既具有批量生产的能力，又可实现高点材料多去除、直径较大的圆柱滚子圆柱表面的材料多去除，从而可提高圆柱滚子圆柱表面的形状精度和尺寸一致性，提高圆柱形零件圆柱表面的加工效率，降低加工成本。

Description

双盘直槽圆柱形零件表面研磨盘
技术领域
本发明涉及一种高精度圆柱形零件外圆表面精密加工技术领域，尤其涉及一种圆柱形零件外圆表面研磨设备及其方法。
背景技术
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的圆柱滚子，其外圆表面的加工精度直接影响着圆柱滚子轴承的性能。圆柱形零件外圆表面精密加工的主要方法有超精加工和双盘行星式研磨方法。
超精加工是一种利用细粒度油石作为磨具，油石对工件施加载荷并相对工件做低速轴向运动和微幅往复振动，从而实现微量切削的光整加工方法。目前，圆柱滚子外圆表面的精密加工多采用无心贯穿式超精加工方法，其设备由两个导辊和一个装有油石的超精头组成，导辊支撑工件并驱动工件作低速螺旋运动，超精头以较低的压力将油石压向工件，油石与工件之间形成面接触，油石同时沿轴向做高频振动。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加工区域并经受油石超精加工，待所有圆柱滚子都通过加工区域若干次后，某一道超精加工工序(粗超、细超、精超)结束。无心贯穿式超精加工可以改善工件表面粗糙度(贯穿式超精加工通常可达Ra0.025μm)，去除上道工序形成的表面变质层，提高工件圆度。除油石和超精辊磨损状态变化以及各圆柱滚子自身差异外，每个圆柱滚子经受超精加工的条件和参数相同。
但是，受加工原理的制约，超精加工存在下列技术缺陷：一方面，加工过程中油石和导辊磨损状态的变化对提高圆柱滚子圆柱表面的尺寸精度和形状精度不利；另一方面，由于无心贯穿式超精加工方法同一时刻只有有限的几个圆柱滚子经受加工，其材料去除量几乎不受其与同批次其他圆柱滚子直径相互差的影响，因此无心贯穿式超精加工不能明显降低圆柱滚子直径相互差。上述两方面导致工件外圆表面的加工精度(形状精度和尺寸一致性)提升缓慢，加工周期长、成本高。
双盘行星式圆柱形零件研磨设备的主要结构包括上研磨盘、下研磨盘、行星轮保持架、外齿圈和内齿圈。上研磨盘和下研磨盘同轴布置，分别独立转动，上盘起到加压作用，行星轮保持架放在内齿圈和外齿圈之间，圆柱滚子放在保持架的孔槽内，孔槽在保持架表面呈辐射状分布。研磨时，保持架绕研磨盘中心公转同时自转，圆柱滚子在上、下研磨盘和保持架的作用下既绕保持架中心公转同时又绕自身轴线自转，作复杂空间运动。在上下研磨盘之间研磨液的作用下实现材料的微去除。双盘行星式圆柱形零件研磨设备可以得到高精度的圆柱工件外圆表面，例如，对于长度30～40mm的工件，利用双盘研磨机精密加工后，可达到圆度误差小于0.001mm、纵截面直径的一致性小于0.002mm、表面粗糙度小于Ra0.025μm。但是，双盘研磨机只能用于小批量(几十到几百个)圆柱形工件的外圆精密加 工。对于轴承滚子的大批量需求，双盘行星式研磨方法难以胜任。
由此可见，采用无心贯穿式超精加工方法对圆柱形工件外圆表面进行精密加工，在加工精度方面存在天然不足，而双盘行星式研磨方法不能满足大批量生产要求，所以急需一种能实现较高加工精度和大批量生产的圆柱形零件外圆表面精密加工设备，以满足高精度圆柱滚子轴承对圆柱滚子外圆表面的加工精度和生产规模要求。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于圆柱形零件研磨设备的双盘直槽圆柱形零件表面研磨盘，安装有本发明研磨盘的设备既具有批量生产的能力，又可实现高点材料多去除、低点材料少去除，直径较大的圆柱滚子圆柱表面的材料多去除、直径较小的圆柱滚子圆柱表面的材料少去除，从而可提高圆柱滚子圆柱表面的形状精度和尺寸一致性，可以提高圆柱形零件(圆柱滚子)表面的加工效率，降低加工成本。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种双盘直槽圆柱形零件表面研磨盘，包括第一研磨盘和第二研磨盘，所述第二研磨盘与所述第一研磨盘之间为相对转动，所述第二研磨盘相对第一研磨盘的回转轴线为OO’，所述第一研磨盘与第二研磨盘相对的表面为平面，所述平面为第一研磨盘的工作面；在所述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；所述直沟槽的槽面为所述第二研磨盘的工作面，所述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，研磨加工时，待加工件沿槽向布置在直沟槽中，同时，待加工件的外圆柱面与第二研磨盘的工作面相接触；所述直沟槽的基准面是指过布置于直沟槽中的待加工件的轴线l、且与第一研磨盘的工作面垂直的平面；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为θ，所述夹角θ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；直沟槽的基准面与回转轴线OO’的偏心距为e，e的取值范围大于等于零、且小于回转轴线OO’到所述直沟槽的推进口的距离；所述偏心距e的取值为零时，直沟槽的布置方式为径向布置；所述第二研磨盘的中央位置设有所述工件推进装置的安装部；在研磨加工的压力和研磨润滑条件下，第一研磨盘工作面材料与待加工件材料之间的摩擦系数为f1，第二研磨盘工作面材料与待加工件材料之间的摩擦系数为f2，其中，f1>f2，以保证待加工件在研磨加工过程中实现自旋。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
在圆柱形零件研磨设备中安装本发明双盘直槽圆柱形零件表面研磨盘，可以同一时刻对分布于多条直沟槽中的大量圆柱滚子同时进行研磨加工，通常圆柱形零件研磨设备中均有混料装置，因此，同一时刻参与研磨加工的圆柱滚子组合具有很大的随机性，而直径较大的圆柱滚子所承受的工作载荷大于直径较小的圆柱滚子，工件的待加工面高点所承受的工作载荷大于工件待加工面低点，有利于实现直径较大的圆柱滚子圆柱表面的材料多去除、直径较小的圆柱滚子圆柱表面的材料少去除，待加工面高点的材料多去除，待加工面低点 的材料少去除，从而提高圆柱滚子圆柱表面的尺寸一致性。由于同时参与加工的工件数量多，且加工过程中具有直径较大的圆柱滚子圆柱表面材料多去除和高点材料多去除的特点，有利于提高圆柱滚子圆柱表面的加工效率，因此具有批量生产的能力，且工件的尺寸一致性好，形状精度高，圆柱滚子圆柱表面的加工效率高，加工成本低。
附图说明
图1为双盘直沟槽圆柱形零件外圆表面精密加工设备的示意图；
图2为双盘直槽圆柱形零件表面研磨盘的示意图；
图3为具有直沟槽的第二研磨盘的示意图；
图4为待加工件在研磨/抛光盘中经受加工时的截面图，其中：(a)为第二研磨盘直沟槽的工作面的截面轮廓为V形的示意图；(b)为第二研磨盘直沟槽的工作面的截面轮廓为圆弧形的示意图；(c)为第二研磨盘的工作面的截面轮廓为具有圆弧的V形的示意图；
图中：
1-研磨盘装置 2-工件推进装置
3-工件输送装置 4-工件混料装置
5-工件与研磨液分离装置 6-工件清洗装置
7-加载装置 8-动力***
9-待加工件 11-第一研磨盘
111-第一研磨盘的工作面 12-第二研磨盘
OO’-第二研磨盘相对第一研磨盘的回转轴线 121-直沟槽
1211-第二研磨盘的工作面 1212-第二研磨盘的直沟槽底部的退刀槽
l-布置在直沟槽中的待加工件的轴线，
Δω-第二研磨盘与第一研磨盘的相对转速，
ω1-待加工件经受加工时的自旋角速度，
α-过轴线l且与第一研磨盘的工作面垂直的平面，
β-待加工件与直沟槽工作面的唯一接触点或者接触圆弧中点A处的法平面，
θ-面α与面β的夹角，
e-面α到第二研磨盘相对第一研磨盘的回转轴线OO’的偏心距离，
r-待加工件的外圆半径。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述。
本发明中提出的一种双盘直槽圆柱形零件表面研磨盘，如图2所示，包括第一研磨盘11和第二研磨盘12，所述第二研磨盘12与所述第一研磨盘11之间为相对转动，所述第二研磨盘12相对第一研磨盘11的回转轴线为OO’，所述第一研磨盘11与第二研磨盘12相对的表面为 平面，所述平面为第一研磨盘11的工作面111；如图3所示，在所述第二研磨盘12与第一研磨盘11相对的表面上设有一组放射状的直沟槽121；所述直沟槽121的槽面为所述第二研磨盘12的工作面1211，如图4所示，所述第二研磨盘12的工作面1211的横断面轮廓呈圆弧形或V字形或具有圆弧的V字形，其中，如图4中的(a)所示的第二研磨盘12的工作面1211的横断面轮廓为V字形，如图4中的(b)所示的第二研磨盘12的工作面1211的横断面轮廓为圆弧形，如图4中的(c)所示的第二研磨盘12的工作面1211的横断面轮廓为具有圆弧的V字形，直沟槽的底部设有退刀槽1212；待加工件9横向布置在直沟槽121上，待加工件9在第一研磨盘11的工作面111与第二研磨盘12的工作面1211组成的研磨工作区内经受研磨加工。第一研磨盘11的工作面111材料与待加工件9材料组成的摩擦副在所述工况载荷和研磨液润滑条件下的摩擦系数f1大于第二研磨盘12的工作面1211的材料与待加工件9的材料组成的摩擦副在相同条件下的摩擦系数f2。
研磨加工时，待加工件9沿槽向布置在直沟槽121中，同时，待加工件9的外圆柱面与第二研磨盘12的工作面1211相接触，由直沟槽121的工作面1211对待加工件9的外圆表面进行定位；所述直沟槽121的基准面α是指过布置于直沟槽中的待加工件的轴线l、且与第一研磨盘11的工作面111垂直的平面；所述待加工件9与直沟槽121的接触点或接触圆弧的中点A处的法平面β与所述直沟槽121的基准面的夹角为θ，所述夹角θ的取值范围为30～60°；所述直沟槽121的近第二研磨盘12的中心一端为待加工件的推进口，所述直沟槽121的另一端为出料口；直沟槽121的基准面α与第二研磨盘12相对第一研磨盘11的回转轴线OO’的偏心距为e，e的取值范围为大于等于零、且小于回转轴线OO’到所述直沟槽121的推进口的距离；所述偏心距e的取值为零时，直沟槽121的布置方式实际为径向布置方式；所述第二研磨盘12的中央位置设有所述工件推进装置2的安装部。
在研磨加工的压力和研磨润滑条件下，第一研磨盘的工作面111材料与待加工件材料之间的摩擦系数为f1，第二研磨盘的工作面1211材料与待加工件材料之间的摩擦系数为f2，其中，f1>f2，以保证待加工件在研磨加工中实现自旋。
安装有本发明双盘直槽圆柱形零件表面研磨盘的一种圆柱形零件研磨设备，如图1所示，包括加载装置7、动力***8及与工件输送装置3依次连接的工件推进装置2、研磨盘装置1、工件与研磨液分离装置5、工件清洗装置6和工件混料装置4；所述加载装置7用于为所述研磨盘装置1进行加载，所述动力***8用于驱动所述研磨盘装置1。其中的工件输送装置3，采用市面上通用的振动送料机构和螺旋送料机构，其功能是实现待加工件9的连续输送。本发明中的的工件混料装置4，采用市面上通用的圆柱工件混料机构，其目的是实现打乱工件排列顺序，提高加工的随机性。本发明中的工件与研磨液分离装置5，设置有沉淀槽、研磨液输送管路和研磨液分离装置，其目的是为设备输送研磨液，收集用过的研磨液，经过沉淀过滤后，将磨屑与研磨液分离，并实现研磨液的循环使用。本发明中的工件清洗装置6，采用市面上通用的工件清洗装置，其目的是利用清洗液将一次研磨后的工件清洗干净，并回收清洗液。滚子清洗产生的废水，为防止污染环境，通过管道先流到沉 淀槽进行沉淀，沉淀后的废水进入研磨液分离装置进行离心分离和过滤，分离后的清洗液返回滚子清洗装置继续使用。
利用本发明圆柱形零件研磨设备实现圆柱形零件研磨，包括以下步骤：
步骤一、工件送料：工件输送装置3将待加工件送入工件推进装置2的储料槽中，推料杆在间歇往复运动机构的驱动下，将储料槽中的待加工件9从储料槽底部推进直沟槽121中，直至所有直沟槽中布满待加工件9；
步骤二、研磨加工：加载装置7对研磨盘装置1加载，待加工件9与第一研磨盘的工作面111和第二研磨盘的工作面1211之间相接触；动力***8驱动研磨盘装置1，第二研磨盘12相对第一研磨盘11转动，待加工件9在第一研磨盘11的工作面111、第二研磨盘12的工作面1211组成的研磨工作区内经过加工；因为在研磨加工的压力和研磨润滑条件下，第一研磨盘的工作面111材料与待加工件材料之间的摩擦系数f1大于第二研磨盘的工作面1211材料与待加工件材料之间的摩擦系数f2，在第一研磨盘11和第二研磨盘12的合力作用下，待加工件9绕其轴线自旋，与此同时，工件推进装置2不断向直沟槽121中推入待加工件9，直沟槽121中的待加工件9受到后续待加工件的推动力，从而使待加工件9自直沟槽121的推进口向出料口做平移滑动；上述运动过程中，研磨盘装置1的工作面与待加工件9的外圆柱面接触区域在研磨液中游离磨粒的作用下实现待加工件9材料的微去除，直至待加工件9从出料口脱离直沟槽121；
在研磨过程中，同一时刻分布于多条直沟槽121中的大量待加工件9同时参与研磨加工，且同一时刻参与研磨加工的待加工件9的组合具有很大的随机性，直径较大的待加工件9所承受的载荷大于直径较小的待加工件9，有利于实现直径较大的待加工件9外圆表面的材料多去除、直径较小的待加工件9外圆表面的材料少去除，从而提高待加工件9外圆表面的尺寸一致性。该加工方法具有同一待加工件9的外圆表面的高点材料多去除和直径较大的的外圆表面的材料多去除的工艺特点，有利于提高待加工件9外圆表面的加工效率、尺寸精度和一致性。
步骤三、工件的清洗：工件与研磨液分离装置5将经过步骤二研磨后的工件与研磨液分离，研磨液过滤沉淀后重复利用，工件经过工件清洗装置6清洗后，进入步骤四；
步骤四、工件经过工件混料装置4打乱原有次序后返回步骤一；
经过一段时间的连续循环研磨加工后，对工件抽检，若达到工艺要求，则结束研磨加工；否则，继续研磨加工。
本发明可以实现同一时刻分布于直沟槽121中的大量待加工件9参与研磨加工，且同一时刻参与研磨加工的待加工件9的组合具有很大的随机性，直径较大的待加工件9所承受的载荷大于直径较小的待加工件9，有利于实现直径较大的待加工件9圆柱表面的材料多去除、直径较小的待加工件9圆柱表面的材料少去除，从而提高待加工件9圆柱表面的尺寸一致性。高点材料多去除和直径较大的待加工件9圆柱表面的材料多去除有利于提高待加工件9圆柱表面的加工效率。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种双盘直槽圆柱形零件表面研磨盘，其特征在于，包括第一研磨盘(11)和第二研磨盘(12)；
所述第二研磨盘(12)与所述第一研磨盘(11)之间为相对转动，所述第二研磨盘(12)相对第一研磨盘(11)的回转轴线为OO’，所述第一研磨盘(11)与第二研磨盘(12)相对的表面为平面，所述平面为第一研磨盘(11)的工作面(111)；
在所述第二研磨盘(12)与第一研磨盘(11)相对的表面上设有一组放射状的直沟槽(121)；所述直沟槽(121)的槽面为所述第二研磨盘(12)的工作面(1211)，所述第二研磨盘(12)的工作面(1211)的横断面轮廓呈圆弧形或V字形或具有圆弧的V字形，研磨加工时，待加工件(9)沿槽向布置在直沟槽(121)中，同时，待加工件(9)的外圆柱面与第二研磨盘(12)的工作面(1211)相接触；
所述直沟槽(121)的基准面是指过布置于直沟槽中的待加工件(9)的轴线l、且与第一研磨盘(11)的工作面(111)垂直的平面；所述待加工件(9)与直沟槽(121)的接触点或接触圆弧的中点处的法平面与所述直沟槽(121)的基准面的夹角为θ，所述夹角θ的取值范围为30～60°；
所述直沟槽(121)的近第二研磨盘(12)的中心一端为推进口，所述直沟槽(121)的另一端为出料口；直沟槽(121)的基准面与回转轴线OO’的偏心距为e，e的取值范围大于等于零、且小于回转轴线OO’到所述直沟槽(121)的推进口的距离；所述偏心距e的取值为零时，直沟槽的布置方式为径向布置；
在研磨加工的压力和研磨润滑条件下，第一研磨盘的工作面(111)材料与待加工件材料之间的摩擦系数为f1，第二研磨盘的工作面(1211)材料与待加工件材料之间的摩擦系数为f2，其中，f1>f2，以保证待加工件在研磨加工中实现自旋。
2.根据权利要求1所述双盘直槽圆柱形零件表面研磨盘，其特征在于，所述第二研磨盘(12)的中央位置设有工件推进装置的安装部。
3.根据权利要求1所述双盘直槽圆柱形零件表面研磨盘，其特征在于，还设有研磨盘加载装置和动力***。
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