雙盤直槽圓柱形零件表面研磨盤的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種雙盤直槽圓柱形零件表面研磨盤，包括第一、第二研磨盤，兩研磨盤相對轉(zhuǎn)動，第一研磨盤的工作面為平面，第二研磨盤與第一研磨盤相對的表面上設(shè)有一組放射狀的直溝槽，直溝槽的槽面為第二研磨盤的工作面，第二研磨盤的工作面的橫斷面輪廓呈圓弧形或V字形或具有圓弧的V字形；研磨加工時，工件在直溝槽內(nèi)自旋，同時在推進裝置作用下工件沿直溝槽平移滑動。本發(fā)明同時提供了利用該設(shè)備實現(xiàn)研磨的方法。本發(fā)明設(shè)備既具有批量生產(chǎn)的能力，又可實現(xiàn)高點材料多去除、直徑較大的圓柱滾子圓柱表面的材料多去除，從而可提高圓柱滾子圓柱表面的形狀精度和尺寸一致性，提高圓柱形零件圓柱表面的加工效率，降低加工成本。
【專利說明】雙盤直槽圓柱形零件表面研磨盤

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高精度圓柱形零件外圓表面精密加工【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種圓柱形零件外圓表面研磨設(shè)備及其方法。

【背景技術(shù)】
[0002]圓柱滾子軸承廣泛應(yīng)用于各類旋轉(zhuǎn)機械。作為圓柱滾子軸承重要零件的圓柱滾子，其外圓表面的加工精度直接影響著圓柱滾子軸承的性能。圓柱形零件外圓表面精密加工的主要方法有超精加工和雙盤行星式研磨方法。
[0003]超精加工是一種利用細粒度油石作為磨具，油石對工件施加載荷并相對工件做低速軸向運動和微幅往復(fù)振動，從而實現(xiàn)微量切削的光整加工方法。目前，圓柱滾子外圓表面的精密加工多采用無心貫穿式超精加工方法，其設(shè)備由兩個導(dǎo)輥和一個裝有油石的超精頭組成，導(dǎo)輥支撐工件并驅(qū)動工件作低速螺旋運動，超精頭以較低的壓力將油石壓向工件，油石與工件之間形成面接觸，油石同時沿軸向做高頻振動。在無心貫穿式超精加工過程中，同一批次的圓柱滾子依次貫穿加工區(qū)域并經(jīng)受油石超精加工，待所有圓柱滾子都通過加工區(qū)域若干次后，某一道超精加工工序(粗超、細超、精超)結(jié)束。無心貫穿式超精加工可以改善工件表面粗糙度(貫穿式超精加工通?？蛇_Ra0.025 μ m)，去除上道工序形成的表面變質(zhì)層，提高工件圓度。除油石和超精輥磨損狀態(tài)變化以及各圓柱滾子自身差異外，每個圓柱滾子經(jīng)受超精加工的條件和參數(shù)相同。
[0004]但是，受加工原理的制約，超精加工存在下列技術(shù)缺陷:一方面，加工過程中油石和導(dǎo)輥磨損狀態(tài)的變化對提高圓柱滾子圓柱表面的尺寸精度和形狀精度不利；另一方面，由于無心貫穿式超精加工方法同一時刻只有有限的幾個圓柱滾子經(jīng)受加工，其材料去除量幾乎不受其與同批次其他圓柱滾子直徑相互差的影響，因此無心貫穿式超精加工不能明顯降低圓柱滾子直徑相互差。上述兩方面導(dǎo)致工件外圓表面的加工精度(形狀精度和尺寸一致性)提升緩慢，加工周期長、成本高。
[0005]雙盤行星式圓柱形零件研磨設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)包括上研磨盤、下研磨盤、行星輪保持架、外齒圈和內(nèi)齒圈。上研磨盤和下研磨盤同軸布置，分別獨立轉(zhuǎn)動，上盤起到加壓作用，行星輪保持架放在內(nèi)齒圈和外齒圈之間，圓柱滾子放在保持架的孔槽內(nèi)，孔槽在保持架表面呈輻射狀分布。研磨時，保持架繞研磨盤中心公轉(zhuǎn)同時自轉(zhuǎn)，圓柱滾子在上、下研磨盤和保持架的作用下既繞保持架中心公轉(zhuǎn)同時又繞自身軸線自轉(zhuǎn)，作復(fù)雜空間運動。在上下研磨盤之間研磨液的作用下實現(xiàn)材料的微去除。雙盤行星式圓柱形零件研磨設(shè)備可以得到高精度的圓柱工件外圓表面，例如，對于長度30?40mm的工件，利用雙盤研磨機精密加工后，可達到圓度誤差小于0.001mm、縱截面直徑的一致性小于0.002mm、表面粗糙度小于Ra0.025 Um0但是，雙盤研磨機只能用于小批量(幾十到幾百個)圓柱形工件的外圓精密加工。對于軸承滾子的大批量需求，雙盤行星式研磨方法難以勝任。
[0006]由此可見，采用無心貫穿式超精加工方法對圓柱形工件外圓表面進行精密加工，在加工精度方面存在天然不足，而雙盤行星式研磨方法不能滿足大批量生產(chǎn)要求，所以急需一種能實現(xiàn)較高加工精度和大批量生產(chǎn)的圓柱形零件外圓表面精密加工設(shè)備，以滿足高精度圓柱滾子軸承對圓柱滾子外圓表面的加工精度和生產(chǎn)規(guī)模要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種用于圓柱形零件研磨設(shè)備的雙盤直槽圓柱形零件表面研磨盤，安裝有本發(fā)明研磨盤的設(shè)備既具有批量生產(chǎn)的能力，又可實現(xiàn)高點材料多去除、低點材料少去除，直徑較大的圓柱滾子圓柱表面的材料多去除、直徑較小的圓柱滾子圓柱表面的材料少去除，從而可提高圓柱滾子圓柱表面的形狀精度和尺寸一致性，可以提高圓柱形零件(圓柱滾子)表面的加工效率，降低加工成本。
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的一種雙盤直槽圓柱形零件表面研磨盤，包括第一研磨盤和第二研磨盤，所述第二研磨盤與所述第一研磨盤之間為相對轉(zhuǎn)動，所述第二研磨盤相對第一研磨盤的回轉(zhuǎn)軸線為00’，所述第一研磨盤與第二研磨盤相對的表面為平面，所述平面為第一研磨盤的工作面；在所述第二研磨盤與第一研磨盤相對的表面上設(shè)有一組放射狀的直溝槽；所述直溝槽的槽面為所述第二研磨盤的工作面，所述第二研磨盤的工作面的橫斷面輪廓呈圓弧形或V字形或具有圓弧的V字形，研磨加工時，待加工件沿槽向布置在直溝槽中，同時，待加工件的外圓柱面與第二研磨盤的工作面相接觸；所述直溝槽的基準面是指過布置于直溝槽中的待加工件的軸線1、且與第一研磨盤的工作面垂直的平面；所述待加工件與直溝槽的接觸點或接觸圓弧的中點處的法平面與所述直溝槽的基準面的夾角為Θ，所述夾角Θ的取值范圍為30?60° ;所述直溝槽的近第二研磨盤的中心一端為推進口，所述直溝槽的另一端為出料口 ；直溝槽的基準面與回轉(zhuǎn)軸線00’的偏心距為e，e的取值范圍大于等于零、且小于回轉(zhuǎn)軸線00’到所述直溝槽的推進口的距離；所述偏心距e的取值為零時，直溝槽的布置方式為徑向布置；所述第二研磨盤的中央位置設(shè)有所述工件推進裝置的安裝部；在研磨加工的壓力和研磨潤滑條件下，第一研磨盤工作面材料與待加工件材料之間的摩擦系數(shù)為，第二研磨盤工作面材料與待加工件材料之間的摩擦系數(shù)為f2，其中，Of2,以保證待加工件在研磨加工過程中實現(xiàn)自旋。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0010]在圓柱形零件研磨設(shè)備中安裝本發(fā)明雙盤直槽圓柱形零件表面研磨盤，可以同一時刻對分布于多條直溝槽中的大量圓柱滾子同時進行研磨加工，通常圓柱形零件研磨設(shè)備中均有混料裝置，因此，同一時刻參與研磨加工的圓柱滾子組合具有很大的隨機性，而直徑較大的圓柱滾子所承受的工作載荷大于直徑較小的圓柱滾子，工件的待加工面高點所承受的工作載荷大于工件待加工面低點，有利于實現(xiàn)直徑較大的圓柱滾子圓柱表面的材料多去除、直徑較小的圓柱滾子圓柱表面的材料少去除，待加工面高點的材料多去除，待加工面低點的材料少去除，從而提高圓柱滾子圓柱表面的尺寸一致性。由于同時參與加工的工件數(shù)量多，且加工過程中具有直徑較大的圓柱滾子圓柱表面材料多去除和高點材料多去除的特點，有利于提高圓柱滾子圓柱表面的加工效率，因此具有批量生產(chǎn)的能力，且工件的尺寸一致性好，形狀精度高，圓柱滾子圓柱表面的加工效率高，加工成本低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為雙盤直溝槽圓柱形零件外圓表面精密加工設(shè)備的示意圖；
[0012]圖2為雙盤直槽圓柱形零件表面研磨盤的示意圖；
[0013]圖3為具有直溝槽的第二研磨盤的示意圖；
[0014]圖4為待加工件在研磨/拋光盤中經(jīng)受加工時的截面圖，其中:(a)為第二研磨盤直溝槽的工作面的截面輪廓為V形的示意圖；(b)為第二研磨盤直溝槽的工作面的截面輪廓為圓弧形的示意圖；(c)為第二研磨盤的工作面的截面輪廓為具有圓弧的V形的示意圖；
[0015]圖中:
[0016]1-研磨盤裝置2-工件推進機構(gòu)
[0017]3-工件輸送裝置4-工件混料裝置
[0018]5-工件與研磨液分離裝置6-工件清洗裝置
[0019]7-加載裝置8-動力系統(tǒng)
[0020]9-待加工件11-第一研磨盤
[0021]111-第一研磨盤的工作面12-第二研磨盤
[0022]00’ -第二研磨盤相對第一研磨盤的回轉(zhuǎn)軸線121-第二研磨盤上的直溝槽
[0023]1211-第二研磨盤的工作面1212-第二研磨盤的直溝槽底部的退刀槽
[0024]1-布置在直溝槽中的待加工件的軸線，
[0025]Δ ω-第二研磨盤與第一研磨盤的相對轉(zhuǎn)速，
[0026]ω 1-待加工件經(jīng)受加工時的自旋角速度，
[0027]α -過軸線I且與第一研磨盤的工作面垂直的平面，
[0028]β -待加工件與直溝槽工作面的唯一接觸點或者接觸圓弧中點A處的法平面，
[0029]Θ-面α與面β的夾角，
[0030]e-面α到第二研磨盤相對第一研磨盤的回轉(zhuǎn)軸線00’的偏心距離，
[0031]r-待加工件的外圓半徑。

【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步詳細描述。
[0033]本發(fā)明中提出的一種雙盤直槽圓柱形零件表面研磨盤，如圖2所示，包括第一研磨盤11和第二研磨盤12，所述第二研磨盤12與所述第一研磨盤11之間為相對轉(zhuǎn)動，所述第二研磨盤12相對第一研磨盤11的回轉(zhuǎn)軸線為00’，所述第一研磨盤11與第二研磨盤12相對的表面為平面，所述平面為第一研磨盤11的工作面111 ;如圖3所示，在所述第二研磨盤12與第一研磨盤11相對的表面上設(shè)有一組放射狀的直溝槽121 ;所述直溝槽121的槽面為所述第二研磨盤12的工作面1211，如圖4所示，所述第二研磨盤12的工作面1211的橫斷面輪廓呈圓弧形或V字形或具有圓弧的V字形，其中，如圖4中的(a)所示的第二研磨盤12的工作面1211的橫斷面輪廓為V字形，如圖4中的(b)所示的第二研磨盤12的工作面1211的橫斷面輪廓為圓弧形，如圖4中的(c)所示的第二研磨盤12的工作面1211的橫斷面輪廓為具有圓弧的V字形，直溝槽的底部設(shè)有退刀槽1212 ;待加工件9橫向布置在偏心直溝槽121上，待加工件9在第一研磨盤11的工作面111與第二研磨盤12的工作面1211組成的研磨工作區(qū)內(nèi)經(jīng)受研磨加工。第一研磨盤11的工作面111材料與待加工件9材料組成的摩擦副在專利所述工況載荷和研磨液潤滑條件下的摩擦系數(shù)大于第二研磨盤12的工作面1211的材料與待加工件9的材料組成的摩擦副在相同條件下的摩擦系數(shù)f2。
[0034]研磨加工時，待加工件9沿槽向布置在直溝槽121中，同時，待加工件9的外圓柱面與第二研磨盤12的工作面1211相接觸，由直溝槽121的工作面1211對待加工件9的外圓表面進行定位；所述直溝槽121的基準面α是指過布置于直溝槽中的待加工件的軸線
1、且與第一研磨盤11的工作面111垂直的平面；所述待加工件9與直溝槽121的接觸點或接觸圓弧的中點A處的法平面β與所述直溝槽121的基準面的夾角為Θ，所述夾角Θ的取值范圍為30?60° ;所述直溝槽121的近第二研磨盤12的中心一端為待加工件的推進口，所述直溝槽121的另一端為出料口 ；直溝槽121的基準面α與第二研磨盤12相對第一研磨盤11的回轉(zhuǎn)軸線00’的偏心距為e，e的取值范圍為大于等于零、且小于回轉(zhuǎn)軸線00’到所述直溝槽121的推進口的距離；所述偏心距e的取值為零時，直溝槽121的布置方式實際為徑向布置方式；所述第二研磨盤12的中央位置設(shè)有所述工件推進裝置2的安裝部。
[0035]在研磨加工的壓力和研磨潤滑條件下，第一研磨盤工作面111材料與待加工件材料之間的摩擦系數(shù)為，第二研磨盤工作面1211材料與待加工件材料之間的摩擦系數(shù)為f2，其中，Of2,以保證待加工件在研磨加工中實現(xiàn)自旋。
[0036]安裝有本發(fā)明雙盤直槽圓柱形零件表面研磨盤的一種圓柱形零件研磨設(shè)備，如圖1所示，包括加載裝置7、動力系統(tǒng)8及與工件輸送裝置3依次連接的工件推進裝置2、研磨盤裝置1、工件與研磨液分離裝置5、工件清洗裝置6和工件混料裝置4 ;所述加載裝置7用于為所述研磨盤裝置I進行加載，所述動力系統(tǒng)8用于驅(qū)動所述研磨盤裝置I。其中的工件輸送裝置3，采用市面上通用的振動送料機構(gòu)和螺旋送料機構(gòu)，其功能是實現(xiàn)待加工件9的連續(xù)輸送。本發(fā)明中的工件混料裝置4，采用市面上通用的圓柱工件混料機構(gòu)，其目的是實現(xiàn)打亂工件排列順序，提高加工的隨機性。本發(fā)明中的工件與研磨液分離裝置5，設(shè)置有沉淀槽、研磨液輸送管路和研磨液分離裝置，其目的是為設(shè)備輸送研磨液，收集用過的研磨液，經(jīng)過沉淀過濾后，將磨肩與研磨液分離，并實現(xiàn)研磨液的循環(huán)使用。本發(fā)明中的工件清洗裝置6，采用市面上通用的工件清洗裝置，其目的是利用清洗液將一次研磨后的工件清洗干凈，并回收清洗液。滾子清洗產(chǎn)生的廢水，為防止污染環(huán)境，通過管道先流到沉淀槽進行沉淀，沉淀后的廢水進入研磨液分離裝置進行離心分離和過濾，分離后的清洗液返回滾子清洗裝置繼續(xù)使用。
[0037]利用本發(fā)明圓柱形零件研磨設(shè)備實現(xiàn)圓柱形零件研磨，包括以下步驟:
[0038]步驟一、工件送料:工件輸送裝置3將待加工件送入工件推進裝置2的儲料槽23中，推料桿22在間歇往復(fù)運動機構(gòu)的驅(qū)動下，將儲料槽23中的待加工件9從儲料槽底部推進直溝槽121中，直至所有直溝槽中布滿待加工件9 ；
[0039]步驟二、研磨加工:加載裝置7對研磨盤裝置I加載，待加工件9與第一研磨盤工作面111和第二研磨盤工作面1211之間相接觸；動力系統(tǒng)8驅(qū)動研磨盤裝置I，第二研磨盤12相對第一研磨盤11轉(zhuǎn)動，待加工件9在第一研磨盤11的工作面111、第二研磨盤12的工作面1211組成的研磨工作區(qū)內(nèi)經(jīng)過加工；因為在研磨加工的壓力和研磨潤滑條件下，第一研磨盤工作面111材料與待加工件材料之間的摩擦系數(shù)4大于第二研磨盤工作面1211材料與待加工件材料之間的摩擦系數(shù)f2，在第一研磨盤11和第二研磨盤12的合力作用下，待加工件9繞其軸線自旋，與此同時，工件推進裝置2不斷向直溝槽121中推入待加工件9，直溝槽121中的待加工件9受到后續(xù)待加工件的推動力，從而使待加工件9自直溝槽121的推進口向出料口做平移滑動；上述運動過程中，研磨盤裝置I的工作面與待加工件9的外圓柱面接觸區(qū)域在研磨液中游離磨粒的作用下實現(xiàn)待加工件9材料的微去除，直至待加工件9從出料口脫離直溝槽121 ；
[0040]在研磨過程中，同一時刻分布于多條直溝槽121中的大量待加工件9同時參與研磨加工，且同一時刻參與研磨加工的待加工件9的組合具有很大的隨機性，直徑較大的待加工件9所承受的載荷大于直徑較小的待加工件9，有利于實現(xiàn)直徑較大的待加工件9外圓表面的材料多去除、直徑較小的待加工件9外圓表面的材料少去除，從而提高待加工件9外圓表面的尺寸一致性。該加工方法具有同一待加工件9的外圓表面的高點材料多去除和直徑較大的外圓表面的材料多去除的工藝特點，有利于提高待加工件9外圓表面的加工效率、尺寸精度和一致性。
[0041]步驟三、工件的清洗:工件與研磨液分離裝置5將經(jīng)過步驟二研磨后的工件與研磨液分離，研磨液過濾沉淀后重復(fù)利用，工件經(jīng)過工件清洗裝置6清洗后，進入步驟四；
[0042]步驟四、工件經(jīng)過工件混料裝置4打亂原有次序后返回步驟一；
[0043]經(jīng)過一段時間的連續(xù)循環(huán)研磨加工后，對工件抽檢，若達到工藝要求，則結(jié)束研磨加工；否則，繼續(xù)研磨加工。
[0044]本發(fā)明可以實現(xiàn)同一時刻分布于直溝槽121中的大量待加工件9參與研磨加工，且同一時刻參與研磨加工的待加工件9的組合具有很大的隨機性，直徑較大的待加工件9所承受的載荷大于直徑較小的待加工件9，有利于實現(xiàn)直徑較大的待加工件9圓柱表面的材料多去除、直徑較小的待加工件9圓柱表面的材料少去除，從而提高待加工件9圓柱表面的尺寸一致性。高點材料多去除和直徑較大的待加工件9圓柱表面的材料多去除有利于提高待加工件9圓柱表面的加工效率。
[0045]盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種雙盤直槽圓柱形零件表面研磨盤，其特征在于，包括第一研磨盤(11)和第二研磨盤(12)； 所述第二研磨盤(12)與所述第一研磨盤(11)之間為相對轉(zhuǎn)動，所述第二研磨盤(12)相對第一研磨盤(11)的回轉(zhuǎn)軸線為00’，所述第一研磨盤(11)與第二研磨盤(12)相對的表面為平面，所述平面為第一研磨盤(11)的工作面(111)； 在所述第二研磨盤(12)與第一研磨盤(11)相對的表面上設(shè)有一組放射狀的直溝槽(121);所述直溝槽(121)的槽面為所述第二研磨盤(12)的工作面(1211)，所述第二研磨盤(12)的工作面(1211)的橫斷面輪廓呈圓弧形或V字形或具有圓弧的V字形，研磨加工時，待加工件(9)沿槽向布置在直溝槽(121)中，同時，待加工件(9)的外圓柱面與第二研磨盤(12)的工作面(1211)相接觸； 所述直溝槽(121)的基準面是指過布置于直溝槽中的待加工件(9)的軸線1、且與第一研磨盤(11)的工作面(111)垂直的平面；所述待加工件(9)與直溝槽(121)的接觸點或接觸圓弧的中點處的法平面與所述直溝槽(121)的基準面的夾角為Θ，所述夾角Θ的取值范圍為30?60。； 所述直溝槽(121)的近第二研磨盤(12)的中心一端為推進口，所述直溝槽(121)的另一端為出料口 ；直溝槽(121)的基準面與回轉(zhuǎn)軸線00’的偏心距為e，e的取值范圍大于等于零、且小于回轉(zhuǎn)軸線00’到所述直溝槽(121)的推進口的距離；所述偏心距e的取值為零時，直溝槽的布置方式為徑向布置； 在研磨加工的壓力和研磨潤滑條件下，第一研磨盤工作面(111)材料與待加工件材料之間的摩擦系數(shù)為，第二研磨盤工作面(1211)材料與待加工件材料之間的摩擦系數(shù)為f2，其中，Of2,以保證待加工件在研磨加工中實現(xiàn)自旋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙盤直槽圓柱形零件表面研磨盤，其特征在于，所述第二研磨盤(12)的中央位置設(shè)有工件推進裝置的安裝部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙盤直槽圓柱形零件表面研磨盤，其特征在于，還設(shè)有研磨盤加載裝置和動力系統(tǒng)。
【文檔編號】B24B37/11GK104493689SQ201410783965
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月16日
【發(fā)明者】任成祖, 鄧曉帆, 賀英倫, 陳 光, 靳新民 申請人:天津大學(xué)