技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及軸承加工技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種基于不同厚度油石組合的圓錐滾子凸度貫穿式超精方法。

背景技術(shù)：

圓錐滾子是滾動軸承的一種重要零件，尤其滾子凸度對于軸承中滾子與滾道的接觸應(yīng)力分布和彈流潤滑油膜形狀都會產(chǎn)生積極影響，對提高軸承性能及壽命可靠性有重要意義。因此，在生產(chǎn)過程中對圓錐滾子的錐面凸度有嚴(yán)格的要求。滾子凸度呈曲線形狀，目前公認(rèn)的最佳凸度曲線是對數(shù)曲線，其大小是用微米計量的，其精密加工一直是軸承制造中需要解決的重要技術(shù)難題之一。目前，貫穿式超精研是精密圓錐滾子凸度加工的主要工藝，其加工方式是：一對軸線水平且平行配置的螺旋導(dǎo)輥，作定軸同向旋轉(zhuǎn)運動，使得由上料機構(gòu)連續(xù)送入兩導(dǎo)輥之間的滾子，可以一邊自轉(zhuǎn)，一邊以某種固定的或者變動的姿態(tài)沿某種軌跡從兩導(dǎo)輥之間貫穿通過，其中，兩導(dǎo)輥的輥形表面從兩側(cè)與滾子的圓錐表面接觸，對滾子進(jìn)行支撐、姿態(tài)控制和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，前（或后）導(dǎo)輥的螺旋擋邊與滾子的球基面接觸，推動滾子向前貫穿并將相鄰滾子隔離；同時，一排長方塊油石從正上方彈性地壓在滾子上，并沿導(dǎo)輥軸線方向作高頻小幅直線振蕩，對滾子錐面進(jìn)行研磨。超精研加工常常簡稱為超精加工。

在目前的圓錐滾子貫穿式超精加工中，雖然一排油石的數(shù)量有的只有6塊，有的多達(dá)12塊，但油石的厚度卻都是一樣的，這就制約了超精后滾子凸度形狀的改善。在圓錐滾子貫穿式超精加工中，油石的工作面是伴隨油石自身磨損自動生成的內(nèi)凹曲面，其與滾子錐面的接觸研磨行為都發(fā)生在該曲面范圍內(nèi)。雖然油石工作面與滾子錐面的接觸情況隨具體工況條件的不同而有復(fù)雜的變化，但油石工作面曲面范圍的大小在總體上對油石與滾子的接觸研磨行為有制約作用。油石厚度的大小直接影響油石工作面的大小，進(jìn)而對超精研過程中油石與滾子的接觸研磨行為和滾子凸度具有重要影響。

目前生產(chǎn)中圓錐滾子貫穿式超精加工常常難以獲得良好的滾子凸度，在多油石同時工作的條件下，沒有發(fā)揮不同厚度油石組合對凸度形狀的調(diào)節(jié)作用是其中的重要制約因素。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于不同厚度油石組合的圓錐滾子凸度貫穿式超精方法，以改善滾子的凸度形狀，使?jié)L子凸度形狀接近對數(shù)曲線。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

基于不同厚度油石組合的圓錐滾子凸度貫穿式超精方法，包括一對軸線水平且平行配置的導(dǎo)輥作定軸同向旋轉(zhuǎn)運動，使得由上料機構(gòu)連續(xù)送入兩導(dǎo)輥之間的圓錐滾子，一邊自轉(zhuǎn)，一邊以一種斜置的固定不變的姿態(tài)沿著與導(dǎo)輥軸線平行的直線從兩導(dǎo)輥之間貫穿通過，其中，兩導(dǎo)輥的輥形表面從兩側(cè)與滾子的錐面接觸，對圓錐滾子進(jìn)行支撐、姿態(tài)控制和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，而導(dǎo)輥的螺旋擋邊與圓錐滾子的球基面接觸，推動圓錐滾子向前貫穿并將相鄰圓錐滾子隔離；同時，一排長方塊油石從正上方彈性地壓在圓錐滾子上，并沿導(dǎo)輥軸線方向作高頻小幅直線振蕩，對滾子錐面進(jìn)行研磨的步驟；本發(fā)明方法對所使用的一排油石中每塊油石的厚度進(jìn)行選擇，形成不同厚度油石的組合，改善圓錐滾子凸度形狀，且圓錐滾子以固定不變的斜置姿態(tài)沿著與導(dǎo)輥軸線平行的直線從兩導(dǎo)輥之間貫穿通過；所述斜置姿態(tài)是指滾子貫穿過程中，在水平面內(nèi)圓錐滾子軸線與所貫穿的直線之間存在一個夾角，即斜置角。

為使圓錐滾子凸度形狀接近對數(shù)曲線，根據(jù)滾子具體幾何參數(shù)和凸度量要求的不同，所述斜置角的大小在1°-3°范圍內(nèi)選擇。滾子凸度量要求越大，選擇的斜置角越大。允許最大斜置角受到滾子錐角的制約，滾子的錐角越大，允許選擇的斜置角越大。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，具有8塊油石的基于不同厚度油石組合的圓錐滾子凸度貫穿式超精方法，油石厚度組合方案是，從圓錐滾子貫穿入口開始，第一和第二塊油石取相同的厚度，第三至第五塊油石取相同厚度且厚度值為第一塊的0.8-0.9倍，第六至第八塊油石取相同厚度且厚度值為第一塊的0.6-0.7倍。

根據(jù)超精后滾子凸度量和凸度形狀的要求調(diào)整油石厚度組合的原則是：如果要求凸度量更大一些或凸度形狀更陡峭一些，則增加厚油石的比例，也可以同時增大厚油石的壓力；反之，若要求凸度量更小一些或凸度形狀更平緩一些，則增加薄油石的比例，也可以同時減小厚油石的壓力。

本發(fā)明的有益效果是：有效改善圓錐滾子貫穿式超精加工的滾子凸度形狀，使?jié)L子凸度形狀接近對數(shù)曲線；調(diào)整油石厚度的組合比較容易實現(xiàn)，調(diào)整余地也比較大，因此，本發(fā)明的方法十分便于應(yīng)用。

本發(fā)明的技術(shù)原理如下：

在斜置貫穿式圓錐滾子凸度超精加工中，油石上沿厚度方向不同位置的油石材料，作用在圓錐滾子長度方向的不同位置處，而圓錐滾子長度方向不同位置處所磨除滾子材料深度的差異形成了滾子凸度。作用在圓錐滾子長度方向某一位置的油石材料越多，該位置滾子材料的磨除量越多，相應(yīng)的材料磨除深度越大。因此，通過對所使用的一排油石中各油石的厚度進(jìn)行不同的選擇并形成某種組合，可以有效改變作用在圓錐滾子長度方向不同位置處的油石材料量，使?jié)L子長度方向不同位置處所磨除滾子材料的深度向著改善凸度形狀的方向發(fā)生變化，從而取得改善滾子凸度形狀的效果。

油石厚度減小對滾子凸度形狀的影響還有另外一種機制。超精研中油石對工件材料的磨除量并不是隨著時間增加而線性地增加，總的趨勢是隨著時間增加油石對工件材料的磨除率逐漸減小，而且時間增加到一定程度后磨除率會變得很小。對于斜置貫穿式圓錐滾子凸度超精加工，滾子大端和小端邊緣超精區(qū)對滾子的研磨都是伴隨著滾子邊緣材料的磨除逐漸向中部擴(kuò)展的，因此距離滾子貫穿入口較遠(yuǎn)處的油石，其對滾子邊緣材料的磨除率是比較低的，相應(yīng)地，其厚度邊界附近的油石材料就不容易消耗，由于油石是固結(jié)磨具，這會影響厚度中心附近的油石材料發(fā)揮研磨作用。將距離滾子貫穿入口較遠(yuǎn)處的油石厚度減小，可以避免這種負(fù)面影響，使?jié)L子中部區(qū)域得到更充分的超精，進(jìn)而改善滾子凸度形狀。

基于上述技術(shù)原理，通過一排油石厚度的組合可以有效調(diào)控凸度形狀，取得超精后滾子凸度形狀接近對數(shù)曲線的效果。

附圖說明

圖1為基于不同厚度油石組合的斜置貫穿式圓錐滾子凸度超精加工方式示意圖；

圖2為圓錐滾子-油石接觸幾何關(guān)系示意圖；

圖3為一種特定圓錐滾子姿態(tài)下特定截面的滾子縱向截形示意圖；

圖4為與圖3所示縱向截形對應(yīng)的滾子-油石接觸線形態(tài)示意圖；

圖5為實施例的圓錐滾子-油石接觸線圖；

圖6為實施例的圓錐滾子各縱向截形傾斜程度對比圖；

圖7為實施例油石厚度為6mm時超精區(qū)示意圖；

圖8為實施例油石厚度為4mm時超精區(qū)示意圖；

圖中標(biāo)記是：01 、滾子軸線，02 、圓錐滾子，03 油石，04 、導(dǎo)輥軸線，05 、導(dǎo)輥， 06 、滾子貫穿直線，07 、斜置角， 08、滾子上的接觸線，09、油石厚度后邊界，10、油石上的滾子大端邊緣超精區(qū)，11、油石上的滾子非邊緣邊緣超精區(qū)，12、油石上的滾子大端邊緣超精區(qū)，13、油石厚度前邊界。

具體實施方式

基于不同厚度油石組合的圓錐滾子凸度貫穿式超精方法，包括一對軸線水平且平行配置的導(dǎo)輥作定軸同向旋轉(zhuǎn)運動，使得由上料機構(gòu)連續(xù)送入兩導(dǎo)輥之間的圓錐滾子，一邊自轉(zhuǎn)，一邊以一種斜置的固定不變的姿態(tài)沿著與導(dǎo)輥軸線平行的直線從兩導(dǎo)輥之間貫穿通過，其中，兩導(dǎo)輥的輥形表面從兩側(cè)與滾子的錐面接觸，對圓錐滾子進(jìn)行支撐、姿態(tài)控制和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，而導(dǎo)輥的螺旋擋邊與圓錐滾子的球基面接觸，推動圓錐滾子向前貫穿并將相鄰圓錐滾子隔離；同時，一排長方塊油石從正上方彈性地壓在圓錐滾子上，并沿導(dǎo)輥軸線方向作高頻小幅直線振蕩，對滾子錐面進(jìn)行研磨的步驟；本發(fā)明方法對所使用的一排油石中每塊油石的厚度進(jìn)行選擇，形成不同厚度油石的組合，改善圓錐滾子凸度形狀，且圓錐滾子以固定不變的斜置姿態(tài)沿著與導(dǎo)輥軸線平行的直線從兩導(dǎo)輥之間貫穿通過；所述斜置姿態(tài)是指滾子貫穿過程中，在水平面內(nèi)圓錐滾子軸線與所貫穿的直線之間存在一個夾角，即斜置角。

為使圓錐滾子凸度形狀接近對數(shù)曲線，根據(jù)滾子具體幾何參數(shù)和凸度量要求的不同，所述斜置角的大小在1°-3°范圍內(nèi)選擇。滾子凸度量要求越大，選擇的斜置角越大。允許最大斜置角受到滾子錐角的制約，滾子的錐角越大，允許選擇的斜置角越大。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，具有8塊油石的基于不同厚度油石組合的圓錐滾子凸度貫穿式超精方法，油石厚度組合方案是，從圓錐滾子貫穿入口開始，第一和第二塊油石取相同的厚度，第三至第五塊油石取相同厚度且厚度值為第一塊的0.8-0.9倍，第六至第八塊油石取相同厚度且厚度值為第一塊的0.6-0.7倍。

根據(jù)超精后滾子凸度量和凸度形狀的要求調(diào)整油石厚度組合的原則是：如果要求凸度量更大一些或凸度形狀更陡峭一些，則增加厚油石的比例，也可以同時增大厚油石的壓力；反之，若要求凸度量更小一些或凸度形狀更平緩一些，則增加薄油石的比例，也可以同時減小厚油石的壓力。

本超精方法也適用于兩臺及其以上數(shù)量超精機連線使用的情形。多臺超精機連線的情形，可以看做是一排同時工作的油石數(shù)量增加了，比如兩臺超精機連線使用，同時工作的油石數(shù)量為16。這樣的變動仍落入本專利的保護(hù)范圍。

下面通過實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

實施例1

一種圓錐滾子半錐角為2°，長度為20mm，小端直徑為10mm,要求凸度量為5-7μm,凸度形狀接近對數(shù)曲線，采用斜置貫穿式超精方法加工滾子凸度，所使用的超精機有8個油石加壓氣缸，可提供一排8塊油石同時工作。

基于不同厚度油石組合的斜置貫穿式圓錐滾子凸度超精加工方式如圖1所示。

從圓錐滾子貫穿入口開始，第一和第二塊油石的厚度取6mm，第三至第五塊油石的厚度取5mm，第六至第八塊油石的厚度取4mm；通過超精輥的設(shè)計和修磨保證超精加工時滾子的斜置角為1°。這樣的選擇可使超精后的圓錐滾子凸度形狀接近對數(shù)曲線，凸度量也滿足上述要求。

實施例2

一種圓錐滾子半錐角為1.5°，長度為16mm，小端直徑為12mm,要求凸度量為6-8μm,凸度形狀接近對數(shù)曲線，采用斜置貫穿式超精方法加工滾子凸度，所使用的超精機有6個油石加壓氣缸，可提供一排6塊油石同時工作。

從圓錐滾子貫穿入口開始，第一和第二塊油石的厚度取8mm，第三至第四塊油石的厚度取6.5mm，第五至第六塊油石的厚度取5mm；通過超精輥的設(shè)計和修磨保證超精加工時滾子的斜置角為2°。這樣的選擇可使超精后的圓錐滾子凸度形狀接近對數(shù)曲線，凸度量也滿足上述要求。

實施例3

一種圓錐滾子半錐角為2.5°，長度為25mm，小端直徑為20mm,要求凸度量為7-11μm,凸度形狀接近對數(shù)曲線，采用斜置貫穿式超精方法加工滾子凸度，所使用的超精機有10個油石加壓氣缸，可提供一排10塊油石同時工作。

從圓錐滾子貫穿入口開始，第一至第三塊油石的厚度取15mm，第四至第六塊油石的厚度取12mm，第七至第十塊油石的厚度取9mm；通過超精輥的設(shè)計和修磨保證超精加工時滾子的斜置角為3°。這樣的選擇可使超精后的圓錐滾子凸度形狀接近對數(shù)曲線，凸度量也滿足上述要求。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)原理做進(jìn)一步說明。

針對圓錐滾子斜置貫穿式超精加工，分別選擇橫向鉛垂截面和縱向鉛垂截面，從滾子錐面和油石工作面對應(yīng)截形形狀兩個方面，分析滾子與油石的接觸方式。縱向是指滾子貫穿直線方向，橫向是與縱向垂直的方向。下文中，橫向鉛垂截面簡稱橫向截面，對應(yīng)截形稱為橫向截形；縱向鉛垂截面簡稱縱向截面，對應(yīng)截形稱為縱向截形。圖2是滾子-油石接觸幾何關(guān)系示意圖。

橫向截形分析。油石工作面形狀是伴隨油石自身磨損自動生成的，油石磨損是其與滾子接觸研磨產(chǎn)生的，因此，當(dāng)滾子在油石下方沿直線貫穿時，油石的工作面應(yīng)當(dāng)是沿貫穿直線方向的拉伸面，其每一個橫向截形的形狀都相同。另一方面，滾子具有錐形表面且其軸線與貫穿直線呈現(xiàn)空間交錯關(guān)系，因而，滾子錐面的各個橫向截形是尺寸互不相同的橢圓。因此，滾子與油石之間的接觸幾何關(guān)系并非像切入式超精研那樣簡單的面接觸關(guān)系。

縱向截形分析。圖3是一種特定滾子姿態(tài)下特定截面的滾子縱向截形示意圖，其中小寫字母所代表截形的截面位置,在圖2中用對應(yīng)的大寫字母表示。先考察滾子錐面的縱向截形。由于斜置角和滾子錐角的存在，在油石厚度范圍內(nèi)，滾子錐面的縱向截形都是一段圓錐曲線，但在橫向上隨著截面位置的不同，截形的形狀和傾斜方向也不同。再考察油石工作面的縱向截形。油石工作面是縱向拉伸面，因而其縱向截形均為水平直線。油石工作面是自身磨損形成的，穩(wěn)定工作狀態(tài)下，在油石寬度范圍內(nèi)的每一個縱向截面內(nèi)，滾子與油石的截形都會有一個接觸點。顯然，要保證滾子沿水平直線貫穿，這個接觸點只能是滾子縱向截形的最高點。因此，滾子與油石是線接觸，接觸線是滾子所有縱截形最高點連成的空間曲線。

在一定的滾子幾何參數(shù)及油石的厚度和位置條件下，滾子-油石接觸線的具體形態(tài)取決于滾子姿態(tài)。基于對稱性，斜置方向沒有影響，因此只考慮滾子小端向后導(dǎo)輥斜置的情形。

先對上述特定滾子姿態(tài)下的接觸線形態(tài)進(jìn)行定性分析。這種特定滾子姿態(tài)是，傾斜角取一個使得滾子上素線小端輕微抬高的值，而斜置角取一個較小的適當(dāng)值。傾斜角是指縱向鉛垂平面內(nèi)滾子軸線與貫穿直線之間的夾角。當(dāng)油石的橫向位置是其厚度中心截面經(jīng)過滾子軸線長度中心時，這種滾子姿態(tài)下的滾子-油石接觸線形態(tài)如圖4所示。圖4為接觸線在水平面內(nèi)的投影。圖4中，接觸線由折線ABCDEF組成， AB和EF各代表一段滾子大端圓弧，CD代表一段滾子小端圓弧，BC和DE段形狀尚不能確定（圖中直線是示意性的）。這種接觸線的形成機制是：隨著縱向截面的位置由A向F 移動，滾子縱向截形（圓錐曲線）的形狀和傾斜方向不斷變化，其最高點沿折線ABCDEF變動。圖3即為這種滾子姿態(tài)下一些特定縱向截面的位置和對應(yīng)截形示意圖。圖2中的截面位置代號與圖4的接觸線轉(zhuǎn)折點符號相同的，表示截面位置即為相應(yīng)的轉(zhuǎn)折點位置。此外，圖3中截形o的位置在油石厚度中心，截形p 是DE接觸線長度中心截面的截形。

圖4所示接觸線，AB和EF段稱為大端邊緣接觸線，CD段稱為小端邊緣接觸線，AC和DE段稱為非邊緣接觸線。圖4所示接觸線形態(tài)是接觸線段數(shù)最多的一種，以此為基礎(chǔ)，隨著滾子姿態(tài)等參數(shù)變化，接觸線段數(shù)以及各段的長度和位置會有所變化，比如，若斜置角增大，則D點向油石厚度后邊界方向移動，甚至到達(dá)油石厚度后邊界上，致使EF段消失甚至DE段和EF段都消失；若滾子小端降低，則CD段可能會變得很小甚至消失；如果滾子小端大幅抬高，CD段可能會變得很大，同時，AB和EF段甚至AC和DE段都可能消失。

假定接觸線具有圖4所示形態(tài)，可以設(shè)置坐標(biāo)系并進(jìn)一步建立滾子縱向截形方程和接觸線方程，對滾子與油石的接觸幾何問題進(jìn)行更深入的分析。申請?zhí)枮?01610052176.0的已公開發(fā)明專利給出了該縱向截形方程和接觸線方程，并說明了如何將其用于滾子凸度分析。對于上述實施例1的圓錐滾子超精加工，當(dāng)滾子斜置角為1°，傾斜角為2.04°，油石厚度為6mm時，運用該方程繪制的滾子油石接觸線如圖5所示，滾子各縱向截形的傾斜程度對比如圖6所示。

圖5中，x坐標(biāo)方向是橫向，也是油石厚度方向，x=0處是油石厚度中心，x為負(fù)代表油石后半?yún)^(qū)，x為正代表油石前半?yún)^(qū)；z坐標(biāo)方向是縱向，也是滾子和油石的長度方向，z值為負(fù)代表滾子小端一邊，z值為正代表滾子大端一邊。圖5中的粗線部分是接觸線，細(xì)線覆蓋的范圍是滾子上的接觸區(qū)范圍。圖5表明實施例1情形下滾子-油石接觸線形態(tài)是“Z”字形。

圖6中的z_b坐標(biāo)方向是縱向，y_b坐標(biāo)方向是鉛垂方向。圖6表明，在油石厚度中心位置，滾子縱向截形小端略有太高，以此為界，越靠近油石厚度后半?yún)^(qū)邊界（x取正值且越來越大），滾子縱向截形小端抬高越多；而向著油石厚度前半?yún)^(qū)邊界（x取負(fù)值且越來越?。?，滾子縱向截形傾斜方向很快變?yōu)榇蠖颂Ц卟⑶以絹碓礁摺?/p>

根據(jù)圖5所示滾子上的接觸線，可將厚度為6mm的油石沿其厚度方向劃分為如圖7所示3個超精區(qū)，即大端邊緣超精區(qū)、小端邊緣超精區(qū)和非邊緣超精區(qū)。大端邊緣超精區(qū)的油石材料只對滾子大端邊緣附近的滾子材料進(jìn)行研磨，但是，結(jié)合圖6 可知，由于沿油石厚度方向不同位置處滾子縱向截形傾斜角度不同，因而不同位置磨除的滾子材料深度也不同，其中越靠近厚度邊界的油石材料，磨除的滾子材料深度越大，伴隨滾子材料的磨除其研磨位置越不容易向滾子中部移動；而越靠近厚度中心的油石材料，磨除的滾子材料深度越小，伴隨滾子材料的磨除其研磨位置越容易向滾子中部移動，從而擴(kuò)大所謂大端邊緣附近的范圍。小端邊緣超精區(qū)的油石材料只對滾子小端邊緣附近的滾子材料進(jìn)行研磨，其磨除滾子材料的規(guī)律類似于大端邊緣超精區(qū)。非邊緣超精區(qū)的油石材料對滾子全長進(jìn)行研磨。由圖7可知，非邊緣超精區(qū)的油石材料遠(yuǎn)比大端和小端邊緣超精區(qū)的少，將材料磨損基本規(guī)律用于油石與滾子的接觸研磨可知，滾子兩端邊緣附近被磨除的材料深度遠(yuǎn)比中部多，因而滾子超精后可形成凸度。

圖7對應(yīng)的油石厚度為6mm，如果將油石厚度減小為4mm并保持厚度中心位置不變，則得到圖8所示的超精區(qū)。與圖7相比，圖8中的大端和小端超精區(qū)的油石材料都減少了，而且減少油石材料的位置都是對應(yīng)滾子縱向截形傾斜程度最高的地方，這使得最靠近滾子兩端邊緣位置的滾子材料減少了磨除機會，從而影響滾子的凸度形狀。