專利名稱：磨削大直徑軸承的成型砂輪精密修整方法及其柔性裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于軸承制造領(lǐng)域，特別是涉及一種磨削大直徑軸承的成型砂輪精密修整
柔性裝置以及方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著我國(guó)汽車、鐵路提速、軌道交通等的迅速發(fā)展，軸承等關(guān)鍵和通用零 部件的需求量和性能要求也越來越高。但是，由于我國(guó)尚缺乏先進(jìn)的、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 軸承制造工藝及其專用設(shè)備，所生產(chǎn)的軸承尚不能達(dá)到國(guó)際高精度或高性能軸承標(biāo)準(zhǔn)。大 多數(shù)與鐵路機(jī)車車輛配套的軸承制造公司是中外合資企業(yè)，如南口斯凱孚鐵路軸承公司是 中瑞(瑞士SKF)合資，銀川富安捷軸承公司是中德(德國(guó)FAG)合資，我國(guó)國(guó)有企業(yè)或民 營(yíng)企業(yè)大多因所生產(chǎn)軸承的疲勞壽命等性能差距而不能進(jìn)入0EM(0riginal Equipment/ Entrusted Manufacture)市場(chǎng)。 我國(guó)滾子軸承的使用壽命與發(fā)達(dá)國(guó)家同類產(chǎn)品差距大的主要原因是，國(guó)內(nèi)滾子軸 承加工技術(shù)難以支持凸度設(shè)計(jì)理論及其精度的實(shí)現(xiàn)，從而導(dǎo)致軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中滾子兩端 邊緣壓力奇異分布，即邊緣應(yīng)力集中現(xiàn)象，使軸承過早產(chǎn)生疲勞磨損而失效?；谕苟壤碚?的滾子軸承工作表面，可以很好地改善或消除邊緣應(yīng)力集中現(xiàn)象。目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的球 軸承和球面軸承專用磨床，大多采用傳統(tǒng)的沿砂輪徑向(Y軸)和軸向(X軸)進(jìn)行插補(bǔ)的 砂輪修整方法。對(duì)于修整高精度大規(guī)格軸承的成型砂輪，傳統(tǒng)方法的弊端在于， 一方面在修 整成型砂輪時(shí)，金剛筆的工作方向是恒定不變的，即大多處于成型砂輪曲線的非法線方向， 從而導(dǎo)致金剛筆與砂輪接觸時(shí)發(fā)生干涉和金剛筆接觸點(diǎn)的不確定性，而影響成型砂輪的修 整精度乃至軸承溝道的磨削精度；另一方面為了提高和確保插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)精度，會(huì)對(duì)單軸坐標(biāo) 最小步長(zhǎng)及其精度要求很高。此外，傳統(tǒng)弓型修整器的尺寸規(guī)格與其所修整的砂輪成型面 曲率半徑成正比，即一個(gè)弓型修整器所適用的軸承規(guī)格非常有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種磨削大直徑軸承的成型砂輪精密修整方 法及其柔性裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中砂輪修整精度低，砂輪修整裝置(器)匹配性小的問 題。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種磨削大直徑軸承的成型砂 輪精密修整方法，金剛筆的修整軌跡按砂輪軸向(X向)、徑向(Y向)的進(jìn)給移動(dòng)和繞砂輪 切向(Z軸)的擺動(dòng)插補(bǔ)合成，合成運(yùn)動(dòng)由PLC控制。 提供一種實(shí)現(xiàn)磨削大直徑軸承的成型砂輪精密修整方法的柔性裝置，由伺服驅(qū)動(dòng) 電機(jī)、諧波減速器、聯(lián)軸器、軸承、轉(zhuǎn)軸、調(diào)節(jié)螺桿、刻度盤、支撐座組成，轉(zhuǎn)軸的中部裝有調(diào) 節(jié)螺桿，調(diào)節(jié)螺桿前端裝有金剛筆，后部裝有刻度盤，諧波減速器下方通過聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)軸相 連接，上方連接伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 所述的調(diào)節(jié)螺桿和刻度盤組成金剛筆位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
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所述的軸承套在轉(zhuǎn)軸上，伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)、諧波減速器及轉(zhuǎn)軸的兩端都固定在支撐 座上，柔性裝置的底部為工作臺(tái)。 繞砂輪切向(Z軸)的擺動(dòng)插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方式是由調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的刻度盤驅(qū)動(dòng)調(diào)整 螺桿，調(diào)整金剛筆尖相對(duì)轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)中心(0-0)的距離(R)，即形成金剛筆的擺動(dòng)半徑，并由 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)金剛筆繞Z軸擺動(dòng)。 支持大直徑軸承成型砂輪精密修整的柔性裝置安裝在工作臺(tái)上，由工作臺(tái)帶動(dòng)柔 性裝置，實(shí)現(xiàn)金剛筆沿X向、Y向的插補(bǔ)進(jìn)給移動(dòng)。 金剛筆修整成型砂輪產(chǎn)生的輪廓誤差(AB)取決于X軸、Y軸和Z軸的合成運(yùn)動(dòng)， 其計(jì)算公式為 AB = 2RSin2( e /4) = 2 ( A Y2/AX+AX) Sin2 ( 9 /4)，其中: Z軸擺角9 = arctg( AX/AY) Z軸擺動(dòng)半徑R二 AY2/AX+AX AX、 AY分別為X軸、Y軸的單步進(jìn)給量。 有益效果 本發(fā)明所述的磨削大直徑軸承的成型砂輪精密修整柔性裝置以及方法，通過增加 繞砂輪切向(Z向)擺動(dòng)形成的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，其對(duì)砂輪的修整精度比單純采用2軸插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的 精度高。即傳統(tǒng)2軸插補(bǔ)方法中，如圖2所示的砂輪修整精度AB直接取決于工作臺(tái)的最 小進(jìn)給量，而增加Z向擺動(dòng)后形成的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)精度如圖3所示， 一般可以縮小到工作臺(tái)最小 進(jìn)給的1/9。也即X軸的最小進(jìn)給量包括反向間隙誤差等對(duì)成型砂輪輪廓修整精度的影響 很小，從而避免了修整高精度球軸承溝道砂輪時(shí)對(duì)單軸坐標(biāo)最小步長(zhǎng)的限制與極高的步長(zhǎng) 精度要求，降低了對(duì)砂輪修整裝置的制造要求，提高了球軸承溝道砂輪的修整精度及其所 磨削軸承的輪廓精度。同時(shí)，對(duì)于大直徑軸承而言，再大的軸承直徑變化，只需要改變金剛 筆相對(duì)被修整砂輪的初始位置，而球軸承的滾道弧線斜率變化，只需要改變金剛筆筆尖與 修整裝置回轉(zhuǎn)中心(0-0)的距離，即回轉(zhuǎn)半徑R，而不要重新更換修整裝置。本發(fā)明所述的 磨削大直徑軸承的成型砂輪精密修整方法及其柔性裝置，可以大大降低砂輪修整裝置及其 進(jìn)給裝置的制造精度要求，并可滿足高精度軸承極高的輪廓度要求，而且可以適合軸承直 徑差異很大的情況，尤其適合大直徑高精度軸承，性價(jià)比高，解決了軸承磨床行業(yè)的技術(shù)難 題，填補(bǔ)了該領(lǐng)域的空白。


圖l是本發(fā)明主視圖。 圖2是現(xiàn)有技術(shù)的運(yùn)動(dòng)軌跡和精度分析圖。
圖3是本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)軌跡和精度分析圖。 其中1-伺服電機(jī)，2_諧波減速器，3_聯(lián)軸器，4_軸承，5_轉(zhuǎn)軸，6_金剛筆，7-調(diào) 節(jié)螺桿，S-刻度盤，9_支撐座，10-工作臺(tái)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人
4員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定 的范圍。 實(shí)施例1 —種磨削大直徑軸承的成型砂輪精密修整方法，金剛筆的修整軌跡按砂輪軸向(X 向)、徑向(Y向)的進(jìn)給移動(dòng)和繞砂輪切向(Z軸)的擺動(dòng)插補(bǔ)合成，合成運(yùn)動(dòng)由PLC控制。
如圖1所示，一種支持大直徑軸承成型砂輪精密修整的柔性裝置，包括伺服驅(qū)動(dòng) 電機(jī)1、諧波減速器2、聯(lián)軸器3、軸承4、轉(zhuǎn)軸5、調(diào)節(jié)螺桿7、刻度盤8、支撐座9，轉(zhuǎn)軸5的中 部裝有調(diào)節(jié)螺桿7，調(diào)節(jié)螺桿7前端裝有金剛筆6，后部裝有刻度盤8，諧波減速器2下方通 過聯(lián)軸器3與轉(zhuǎn)軸5相連接，上方連接伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)1。
所述的調(diào)節(jié)螺桿7和刻度盤8組成金剛筆位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。 所述的軸承4套在轉(zhuǎn)軸5上，伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)1、諧波減速器2及轉(zhuǎn)軸5的兩端都固 定在支撐座9上，柔性裝置的底部為工作臺(tái)10。 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的刻度盤8驅(qū)動(dòng)調(diào)整螺桿7，調(diào)整金剛筆尖相對(duì)轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)中心(0-0)的距 離(R)，即形成金剛筆的擺動(dòng)半徑，并由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸5帶動(dòng)金剛筆繞Z軸擺動(dòng)。
將大直徑軸承成型砂輪精密修整柔性裝置安裝在工作臺(tái)10上，由工作臺(tái)帶動(dòng)柔 性裝置，實(shí)現(xiàn)金剛筆沿X向、Y向的插補(bǔ)進(jìn)給移動(dòng)。 金剛筆6修整成型砂輪所產(chǎn)生的輪廓誤差(AB)取決于X軸、Y軸和Z軸的合成 運(yùn)動(dòng)，其計(jì)算公式為 AB = 2RSin2( 9 /4) = 2 ( A Y2/AX+AX) Sin2 ( 9 /4)，其中
e為Z軸擺角，e = arctg(AX/AY)
R為Z軸擺動(dòng)半徑，R = A Y2/ A X+ A X
A X、 A Y分別為X軸、Y軸的單步進(jìn)給量。 本實(shí)施例的要求是，為球軸承內(nèi)圈溝道磨床(型號(hào)為3MB1330A)配置成型砂輪修 整裝置并預(yù)測(cè)成型砂輪的修整精度。已知所用的成型砂輪直徑為600mm，其可適用磨削的 軸承內(nèi)圈孔徑為180-300mm，寬度為40-120mm。采用本發(fā)明的大直徑軸承成型砂輪精密修 整方法及其柔性裝置，磨削不同規(guī)格形狀的軸承時(shí)，如磨削直徑為180mm、滾道弧線曲率為 1/40，其工作步驟如下 1)根據(jù)磨床進(jìn)給分辨率和所磨的軸承輪廓精度要求，確定X軸的單步進(jìn)給量，如 令A(yù)X = liim; 2)根據(jù)軸承滾道弧線曲率，計(jì)算Y軸的單步進(jìn)給量，A Y = AX/滾道弧線曲率= 40 li m ; 3)計(jì)算Z軸擺角 9， 9 = arctg(AX/AY) = arctg(1/40)= arctg(0.025)《1° 20" 6'; 4)計(jì)算Z軸擺動(dòng)半徑R， R = A Y2/ A X+ A X = 402/l+l = 1601 ii m = 1. 601mm ;
5)估算成型砂輪修整誤差A(yù)B， AB = 2RSin2(9/4) = 2(1601) Sin2(l° 20" 6' /4)《0. ll踐； 6)驗(yàn)算成型砂輪修整精度，即當(dāng)AB《TB/3， TB為軸承滾道的輪廓公差； 7)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，輸入修整成型砂輪的NC程序，X、Y軸的單步進(jìn)給量AX、 AY以
及z軸擺動(dòng)角e ;
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8)根據(jù)計(jì)算獲得的Z軸擺動(dòng)半徑R，調(diào)整金剛筆筆尖與回轉(zhuǎn)中心(0-0)距離為 1. 601mm j 9)啟動(dòng)成型砂輪精密修整柔性裝置，修整砂輪。
下面進(jìn)行采用本發(fā)明可獲得的精度分析和效益 若不增加繞砂輪切向(Z軸)擺動(dòng)，即在兩軸直線插補(bǔ)方法中，由圖3可知，成型砂
輪的輪廓修整精度AB的計(jì)算公式如下 AB = AX Con( P ) = AX Con(arctg( AX/ A Y)) 同上，當(dāng)AX = liim， AY = 40iim時(shí)， AB = 0. 99969 iim， AB/AX " 1，即在兩軸直線插補(bǔ)方式中，成型砂輪修整精度直 接取決于工作臺(tái)的最小進(jìn)給量。 而根據(jù)采用本發(fā)明的成型砂輪精密修整方法及其柔性裝置的計(jì)算結(jié)果可知， 增加繞砂輪切向(Z軸)擺動(dòng)后，成型砂輪的輪廓修整誤差僅是工作臺(tái)最小進(jìn)給AX的 l/9( > 0. 11)。 采用PLC控制上述沿X、 Y軸進(jìn)給移動(dòng)和繞Z軸擺動(dòng)的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，可以獲得如上述 分析計(jì)算所述的極高的成型砂輪輪廓精度，說明基于本發(fā)明研制的磨削大直徑軸承成型砂 輪精密修整柔性裝置及其專用磨床具有很高的性價(jià)比。
實(shí)施例2 本實(shí)施例得要求是，采用球軸承內(nèi)圈溝道磨床(型號(hào)為3MB1330A)已配置的成型 砂輪修整裝置，磨削直徑為300mm、滾道弧線曲率為1/60的球軸承，實(shí)現(xiàn)裝置與實(shí)施例1相 同，其主要計(jì)算和操作步驟如下
1)確定X軸的單步進(jìn)給量，令A(yù) X = 1 ii m ; 2)計(jì)算Y軸的單步進(jìn)給量，A Y = AX/滾道弧線曲率=60 y m ; 3)計(jì)算Z軸擺角 9， 9 = arctg(AX/AY) = arctg(1/60)=
arctg(0. 0167)《50〃 8'; 4)計(jì)算Z軸擺動(dòng)半徑R， R = A Y2/ A X+ A X = 602/l+l = 3601 ii m = 3. 601mm ;
5)估算成型砂輪修整誤差A(yù)B， AB = 2RSin2(9/4) = 2(3601) Sin2 (50" 8' /4)《0. 103 ii m ; 6)驗(yàn)算成型砂輪修整精度，即當(dāng)AB《TB/3， TB為軸承滾道的輪廓公差； 7)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，輸入修整成型砂輪的NC程序，X、Y軸的單步進(jìn)給量AX、 AY以
及z軸擺動(dòng)角e ; 8)根據(jù)計(jì)算獲得的Z軸擺動(dòng)半徑R，調(diào)整金剛筆筆尖與回轉(zhuǎn)中心(0-0)距離為 3. 601mm j 9)啟動(dòng)成型砂輪精密修整柔性裝置，修整砂輪。
下面進(jìn)行采用本發(fā)明可獲得的精度分析和效益 根據(jù)采用本發(fā)明的成型砂輪精密修整方法及其柔性裝置的計(jì)算結(jié)果可知，增加繞 砂輪切向(Z軸)擺動(dòng)后，成型砂輪修整誤差僅是工作臺(tái)最小進(jìn)給AX的1/9(X). 103)。
磨削不同尺寸規(guī)格的球軸承，如實(shí)施案例1中所磨削球軸承直徑為180mm，本實(shí)施 案例中需要磨削的軸承直徑為300mm，都可以采用本發(fā)明的大直徑軸承成型砂輪精密修整 柔性裝置，并可獲得如上述分析計(jì)算所述的極高的成型砂輪輪廓精度，說明基于本發(fā)明研
6制的磨削大直徑軸承成型砂輪精密修整柔性裝置具有良好的通用性和很高的性價(jià)比。解決 了現(xiàn)有技術(shù)中砂輪修整精度低，砂輪修整裝置(器)匹配性小的問題。
權(quán)利要求
一種磨削大直徑軸承的成型砂輪精密修整方法，其特征在于金剛筆(6)的修整運(yùn)動(dòng)軌跡由沿砂輪軸向(X向)、徑向(Y向)的插補(bǔ)進(jìn)給移動(dòng)和繞砂輪切向(繞Z軸)的擺動(dòng)合成，且合成運(yùn)動(dòng)由PLC控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磨削大直徑軸承的成型砂輪精密修整方法，其特征在 于所述的繞砂輪切向(繞Z軸)的擺動(dòng)由調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的刻度盤(8)驅(qū)動(dòng)調(diào)整螺桿(7)，調(diào)整 金剛筆尖相對(duì)轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)中心(0-0)的距離，形成金剛筆的擺動(dòng)半徑，并由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn) 軸(5)帶動(dòng)金剛筆繞Z軸擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磨削大直徑軸承的成型砂輪精密修整方法，其特征在 于所述的插補(bǔ)進(jìn)給移動(dòng)是由工作臺(tái)(10)帶動(dòng)安裝在其上的柔性裝置實(shí)現(xiàn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磨削大直徑軸承的成型砂輪精密修整方法，其特征在 于所述的金剛筆(6)修整成型砂輪產(chǎn)生的輪廓誤差，S卩AB，取決于X軸、Y軸和Z軸的合 成運(yùn)動(dòng)。
5. —種實(shí)現(xiàn)磨削大直徑軸承的成型砂輪精密修整方法的柔性裝置，包括伺服驅(qū)動(dòng)電 機(jī)(D、諧波減速器(2)、聯(lián)軸器(3)、軸承(4)、轉(zhuǎn)軸(5)、調(diào)節(jié)螺桿(7)、刻度盤(8)、支撐座 (9)，其特征在于所述的轉(zhuǎn)軸(5)中部裝有金剛筆(6)及其位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述的軸承(4) 套在轉(zhuǎn)軸(5)上，所述的伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)(1)、諧波減速器(2)及轉(zhuǎn)軸(5)的兩端都固定在支 撐座(9)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磨削大直徑軸承的成型砂輪精密修整方法及其柔性裝置，成型砂輪精密修整方法是，通過沿砂輪軸向(X軸)、徑向(Y軸)的插補(bǔ)進(jìn)給移動(dòng)和繞砂輪切向(Z軸)的擺動(dòng)，合成金剛筆(6)的修整運(yùn)動(dòng)軌跡。柔性裝置主要由伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)(1)、諧波減速器(2)、聯(lián)軸器(3)、軸承(4)、轉(zhuǎn)軸(5)、調(diào)節(jié)螺桿(7)、刻度盤(8)、支撐座(9)組成。將金剛筆(6)安裝在轉(zhuǎn)軸(5)上，由刻度盤(8)驅(qū)動(dòng)調(diào)整螺桿(7)，調(diào)整金剛筆尖相對(duì)轉(zhuǎn)軸擺動(dòng)中心(O-O)的距離(R)，即形成金剛筆的擺動(dòng)半徑，并由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸(5)帶動(dòng)金剛筆繞Z軸擺動(dòng)。柔性裝置安裝在工作臺(tái)(10)上，由工作臺(tái)帶動(dòng)柔性裝置，實(shí)現(xiàn)金剛筆沿X軸、Y軸的插補(bǔ)進(jìn)給移動(dòng)，X、Y、Z軸的合成運(yùn)動(dòng)由PLC控制。本發(fā)明可解決現(xiàn)有技術(shù)中砂輪修整精度低，砂輪修整裝置(器)匹配性小的問題。
文檔編號(hào)B24B53/12GK101704220SQ20091019879
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者吉啟維, 朱江良, 李蓓智, 羅堅(jiān), 鄔舟平 申請(qǐng)人:東華大學(xué);寧波安杰森精密機(jī)械制造有限公司