一種滾動軸承的大中型套圈的滾道參數化有序超精方法
2023-05-03 05:52:56 2
專利名稱：一種滾動軸承的大中型套圈的滾道參數化有序超精方法
技術領域：
本發明涉及滾動軸承套圈超精的技術領域，具體為一種滾動軸承的大中型套圈的滾道參數化有序超精方法。
背景技術：
現有技術中軸承套圈的滾道超精，如圖1所示:A為軸承外圈滾道寬度、C為軸承外圈寬度、D為軸承外圈外徑、d為軸承滾道內徑、B為油石的寬度、W為油石的厚度(指油石與滾道超精面中點的切線方向上)；超精機工件主軸帶動軸承套圈作旋轉運動；通過氣動或液壓的動力將油石壓在軸承套圈被超精的滾道面上、並在超精機的油石振蕩架帶動下、沿軸承套圈寬度方向作往復運動來達到對軸承套圈滾道表面進行超精加工的目的的。目前，國內外生產的超精機的主軸轉動通常是採用直流或交流變頻調速的，振蕩架的振蕩頻率也是通過直流電機或交流變頻調速的，在軸承生產廠家的操作工對軸承套圈進行超精加工時，會將工件轉速和油石振蕩往復頻率和幅度調到一個認為合適的區間，然後對被超精的軸承套圈進行超精加工，以規格大小不同來控制超精時間的長短，一般規格越大，所需超精的時間就越長，比如從幾秒到幾百秒不等，操作工對超精中的轉速、往復頻率、時間這三個參數控制並不是精確的，實際是相當模糊的，通常依靠操作工的經驗，在超精後用輪廓度儀檢測，以檢測結果進行參數調整，但這種調整又是模糊的，有時甚至調整後輪廓度變壞，比如有的操作工為了提高超精精度，便延長超精時間，結果卻發現，延長超精時間所超出的軸承套圈的輪廓度反而比超精時間短的更差了。操作工就是在不斷的進行模糊調整並找到一個經檢測，讓自已感覺滿意的參數後便固定下來，但在檢測時，一般還不一定會進行同一零件的多個角度檢測，所以導致誤判的可能性很大。操作工超精軸承套圈中對徑向剖面輪廓度在不同的圓周方向的狀態模糊認識很常見，造成超精的滾道面不同圓周方向與基準端面(超精時軸承套圈與工件主軸接觸的定位面)不對稱、傾斜等，這種情況對中大型軸承套圈較易發生，因為超精的線速度相對是要恆定在一個合適範圍內，線速度太小會影響粗糙度和效率，但太快又會出現表面燒傷或粘鐵，因此，線速度過小和過快都影響超精質量。而且，所超套圈直徑越大，套圈的超精轉速就越小，越容易超壞滾道輪廓度。
發明內容
針對上述問題，本發明提供了一種滾動軸承的大中型套圈的滾道參數化有序超精方法，其避免在同一超精軌跡上重複超精、導致滾道另一些表面超精不到的情形發生，從而確保在各圓周角沿軸線截面的輪廓度是幾乎相同的。一種滾動軸承的大中型套圈的滾道參數化有序超精方法，其技術方案是這樣的:其包括超精機、套圈、油石，超精機工件主軸帶動軸承套圈作旋轉運動；通過氣動或液壓的動力將油石壓在軸承 套圈被超精的滾道面上、並在超精機的油石振蕩架帶動下、沿軸承套圈寬度方向作往復運動來達到對軸承套圈滾道表面進行超精加工，其特徵在於:其預先通過計算得出油石一個振蕩往復後油石圓周起點不會與原超精軌跡完全重合時軸承套圈的轉數，進而算出油石所需要進行的震蕩往複數，最後算出完成整個超精過程軸承套圈需要轉動的轉數，即工件主軸需要轉動的轉數，此時算得的工件主軸轉數、油石震蕩往複數是完成一個均勻超精的周期的參數，在這個基礎上根據不同大小規格的零件將工件主軸轉數、油石震蕩往複數放大至對應的整數倍，之後預設工件主軸的轉速，並算出單件超精時間和油石架的振蕩往復頻率，從而使得對工件主軸的轉速、單件超精時間、油石架的振蕩往復頻率精確控制，輸入對應參數後，開始超精工藝。其進一步特徵在於:設軸承套圈在超精時的轉速為n，也就是超精機的工件主軸轉速，此時對應的超精切線速度為V ;油石架的振蕩往復頻率為f，單件超精時間為t，軸承外圈滾道寬度為A，軸承外圈寬度為C，軸承外圈外徑為D，軸承滾道內徑為d，油石的寬度為B，油石的厚度為W，放大對應的整數倍為Z，完成超精一個軸承套圈的工件主軸轉數為N，軸承套圈表面完整進行均勻超精油石往復震蕩數為P ；
通過幾何與運動關係，計算各參數化有序超精的參數:
O首先計算油石厚度W佔用軸承套圈面的幾何角α為: a =2arcsin(ff/d)；
2)α佔軸承套圈一周的比為:
(2arcsin(W/d) )/360° = ( arcsin(W/d) )/180° ;
3)如果油石一個振蕩往復，而軸承套圈m轉後，油石剛剛不會與圓周起點與原超精軌跡完全重合，那麼，軸承套圈的轉數必須至少滿足以下兩點中的一點:
(O油石運動一個往復，軸承套圈的轉數是:
(m+ (arcsin(ff/d) )/180° ),表示轉了 m轉後,正好多轉過一個油石接觸滾道的弧長角度的轉數；` (2)或者油石運動一個往復，軸承套圈的轉數是:
(m- (arcsin(ff/d) )/180° ),表示轉了 m轉後,正好少轉過一個油石接觸滾道的弧長角度的轉數；
歸納(I)、( 2 )，油石一個往復，軸承套圈的轉數應當是:
(m± (arcsin(ff/d) ) /180° )轉，兩者可選其一；
4)當在軸承套圈表面完整進行均勻超精，至少需要對油石進行震蕩往複數，分析得出至少需要往複次數為:
360。/2arcsin(ff/d)次=180° /arcsin(W/d)次；
5)完成超精一個軸承套圈，工件主軸需要轉動的轉數:
(m± (arcsin(ff/d) )/180° ) X 180° /arcsin(W/d)轉=180。m/arcsin (W/d) ± I 轉，其中「 + 」表示正轉表示反轉；
6)完成超精一個軸承套圈的工件主軸轉數N=Z(180° m/arcsin(W/d)±l);
軸承套圈表面完整進行均勻超精油石往復震蕩數P=Z180° /arcsin(W/d)；
單件超精時間 t= η dZ (180° m/arcsin (ff/d) ± I) /v ;
油石架的振蕩往復頻率f=P/t=( Z180° /arcsin(ff/d))/to其更進一步特徵在於:對於小振蕩與往復是分開控制的工具機，小振蕩次數p=kP=kZ180° /arcsin (W/d)，其中 k是自然數,小振蕩頻率f' =p/t=( kZ180° /arcsin (ff/d)) /t。
採用本發明的方法後，由於預先通過計算得出油石一個振蕩往復後油石圓周起點不會與原超精軌跡完全重合時軸承套圈的轉數，進而算出油石所需要進行的震蕩往複數，最後算出完成整個超精過程軸承套圈需要轉動的轉數，即工件主軸需要轉動的轉數，此時算得的工件主軸轉數、油石震蕩往複數是完成一個均勻超精的周期的參數，在這個基礎上根據不同大小規格的零件將工件主軸轉數、油石震蕩往複數放大至對應的整數倍，之後預設工件主軸的轉速，並算出單件超精時間和油石架的振蕩往復頻率，從而使得對工件主軸的轉速、單件超精時間、油石架的振蕩往復頻率精確控制，輸入對應參數後，開始超精工藝，其使得在超精完成後，正好使超精滾道表面能在每一沿軸線截面是均勻的，也就是在每一沿軸線截面的超精量在圓周各個角度是近乎相同的，避免在同一超精軌跡上重複超精、導致滾道另一些表面超精不到的情形發生，從而確保在各圓周角沿軸線截面的輪廓度是幾乎相同的。
圖1為軸承外圈滾道的超精示意圖。
具體實施例方式一種滾動軸承的大中型套圈的滾道參數化有序超精方法，其包括超精機、套圈、油石，超精機工件主軸帶動軸承·套圈作旋轉運動；通過氣動或液壓的動力將油石壓在軸承套圈被超精的滾道面上、並在超精機的油石振蕩架帶動下、沿軸承套圈寬度方向作往復運動來達到對軸承套圈滾道表面進行超精加工，其預先通過計算得出油石一個振蕩往復後油石圓周起點不會與原超精軌跡完全重合時軸承套圈的轉數，進而算出油石所需要進行的震蕩往複數，最後算出完成整個超精過程軸承套圈需要轉動的轉數，即工件主軸需要轉動的轉數，此時算得的工件主軸轉數、油石震蕩往複數是完成一個均勻超精的周期的參數，在這個基礎上根據不同大小規格的零件將工件主軸轉數、油石震蕩往複數放大至對應的整數倍，之後預設工件主軸的轉速，並算出單件超精時間和油石架的振蕩往復頻率，從而使得對工件主軸的轉速、單件超精時間、油石架的振蕩往復頻率精確控制，輸入對應參數後，開始超精工藝。其具體參數計算如下:
設軸承套圈在超精時的轉速為n，也就是超精機的工件主軸轉速，此時對應的超精切線速度為V ;油石架的振蕩往復頻率為f，單件超精時間為t，軸承外圈滾道寬度為A，軸承外圈寬度為C，軸承外圈外徑為D，軸承滾道內徑為d，油石的寬度為B，油石的厚度為W，放大對應的整數倍為Z，完成超精一個軸承套圈的工件主軸轉數為N，軸承套圈表面完整進行均勻超精油石往復震蕩數為P ;
通過幾何與運動關係，計算各參數化有序超精的參數:
1)首先計算油石厚度W佔用軸承套圈面的幾何角α為: a =2arcsin(ff/d)；
2)α佔軸承套圈一周的比為:
(2arcsin(W/d) )/360° = ( arcsin (W/d) )/180° ;
3)如果油石一個振蕩往復，而軸承套圈m轉後，油石剛剛不會與圓周起點與原超精軌跡完全重合，那麼，軸承套圈的轉數必須至少滿足以下兩點中的一點:
(1)油石運動一個往復，軸承套圈的轉數是:
(m+ (arcsin (ff/d) )/180° ),表示轉了 m轉後,正好多轉過一個油石接觸滾道的弧長角度的轉數；
(2)或者油石運動一個往復，軸承套圈的轉數是:
(m- (arcsin (ff/d) )/180° ),表示轉了 m轉後,正好少轉過一個油石接觸滾道的弧長角度的轉數；
歸納(I)、( 2 )，油石一個往復，軸承套圈的轉數應當是:
(m± (arcsin(ff/d) ) /180° )轉，兩者可選其一；
4)當在軸承套圈表面完整進行均勻超精，至少需要對油石進行震蕩往複數，分析得出至少需要往複次數為:
360。/2arcsin(ff/d)次=180° /arcsin(W/d)次；
5)完成超精一個軸承套圈，工件主軸需要轉動的轉數:
(m± (arcsin (ff/d) )/180° ) X 180° /arcsin (W/d)轉=180。m/arcsin (W/d) ± I 轉，其中「 + 」表示正轉表示反轉；
理論上要完成一個均勻超精過程，如果不去考慮超精光整要求的話，最少工件要轉土 I轉即一整周，「 + 」表示正轉表示反轉，當然，在實際使用中只需用正轉即可，為超精出光整的工件，m也極少會取「0」，因為如果工件真的只轉I轉，雖然能均勻超精整個軸承套圈，但很顯然是遠遠無法達到光整要求的，因此，當滾道直徑很小是時m會取遠大於I的數；當滾道直徑足夠大時m才會取「O」 ；
第5)條是滿足要求的極限條件，並且讓油石寬度B = O的情形下，在實際超精過程中，由於油石寬度絕對不可能是0，而是有一個寬度B的，所以在油石進行第二個往復時會與上個往復在寬度面積部分重合，重合部位的超精量在重合超精中較小，與超精時軌跡完全重合的情況絕然不同，不但不會破壞輪廓度，相反還起到光整表面的作用。如果我們想讓重合的面積增大些，就只需調整W的計算值用Ψ替代，為此，讓超精油石在每一個往復過程中與前次往復人為在圓周方向有重合，實現這一目的的措施是:將計算公式中的油石厚度W乘以一個小於I的數，比如選0.9，這樣W' =0.9W，公式中的W計算時用W'代替，這樣計算的結果相當於是以0.9倍W厚度而寬度B = O的油石的極限超精狀態,而實際為W的厚度和BfO的效果會優於極限狀態，當然用r這樣算參數會延長超精時間，降低效率，但能超精得更均勻徹底。不過，通過上述分析可以清楚的看到，因為油石存在B Φ O的寬度值，所以，一般情況下無需用W'去替代W，而是直接用W值算就已經足夠了 ；
6)完成超精一個軸承套圈的工件主軸轉數N=Z(180° m/arcsin(W/d)±l);
軸承套圈表面完整進行均勻超精油石往復震蕩數P=Z180° /arcsin (W/d)；
單件超精時間 t= π dZ (180° m/arcsin (ff/d) ± I) /v ；
油石架的振蕩往復頻率f=P/t=( Z180° /arcsin(ff/d))/t ；
對於小振蕩與往復是分開控制的工具機，小振蕩次數p=kP=kZ180° /arcsin (W/d),其中k 是自然數,小振蕩頻率 f' =p/t=( kZ180° /arcsin (ff/d))/to具體實施例一:設超精一個滾子軸承套圈內徑滾道，如果被超精滾道d=300mm ;滾道寬度A=50mm ;選了厚度W=20mm ;寬度B=5mm的油石。確定一下參數化有序超精時全部超精表面至少要超精的轉數，其中m取值為I ;
通過計算，得出至少要超精多少轉數=180 ° m/arcsin (W/d) ±1 =180 ° /arcsin (20/300) ± 1=47.09 ± I 轉;
小數應進位，所以47.09± I轉，得出49轉和47轉，這裡要注意:有餘數時，見餘數就進到個位:即47.09轉直接進位為48轉；若選公式中的+1轉就進位後加I轉；若選公式中的-1轉就進位後減I轉。其中進位是為了確保超精弧長與餘量的關係是均勻的。油石至少要往復的次數=180。/arcsin(W/d)=180° /arcsin(20/300) = 47.09次，得出48次，即:有餘數時直接進位即可，道理同上段所述，與轉數同步。這裡選m=l轉，計算的結果有助於我們對參數化有序超精法的理解，可以看到，當超精完一個周期，油石往復的次數是48次，而工件轉數至少為要麼49轉，要麼47轉，轉數與油石往複次數只需差正好1，這正是參數化有序超精法的絕妙之處，就是這個差數1，讓油石不再對滾道上僅僅對超精過的部分進行重複超精，而是進行了一個均勻分布的超精，有效達到確保不破壞滾道輪廓度的作用。當然，可以在設定時選擇49轉倍數Z=2倍、3倍甚至更多整數倍。而往複次數也要相應選Z=2倍、3倍甚至更多倍變動，否則將破壞形狀。還要注意，油石的往復幅度加上油石的寬度要儘可能大，不能小於滾道寬度。
在操作時還可以選Z=I，而m選擴大整數倍值或縮小整數倍的值，可以不增加往複次數，同樣確保了全部均勻超精到。當選擇的超精線速度相同時，如果軸承套圈較小，則應選擇擴大的m整數值，如果直徑較大，則應選擇較小的m整數倍值。但是當直徑很大，可能超精線速度又不能太大時，可以選擇m為縮小整數倍的值，比如m=0.5轉,m=0.25轉,等,甚至選「O」。通過上述計算我們還可算出單件軸承套圈的超精時間，如，當我們需要超精的線速度為1.5m/s時，當選Z=4倍轉數時，單件超精時間按+1轉的算是:31 d49*4/l.5=123.15 s ;或按-1 轉的算是:π d47*4/l.5=118.12 s ；
如果要設定往復頻率，按+1轉的算是:48Z/123.15=48*4/123.15=1.5591s-1 ；
按-1 轉的算是:48Z/118.12=48*4/118.12=1.6255s-1 ；
具體實施例一併未用到軸承套圈寬度A和油石的寬度B，這兩個參數在參數化有序超精法中是不需考慮的。具體實施例二:如果設超精一個滾子軸承套圈內徑，軸承套圈內徑為d=300mm ;滾道寬度為A=50mm ;選了厚度W=20mm、寬度B=5mm的油石。確定一下參數化有序超精時全部超精表面至少要超精的轉數，其中m取值為4 ；
通過計算，得出至少要超精多少轉數=180 ° m/arcsin (W/d) ±1=180 ° X4/arcsin(20/300) ±1=188.36±1 轉；
應進位得189± I轉，得出190轉和188轉，這裡要注意:有餘數時，同前面講述的一樣，將餘數全進位:即188.36轉，直接進位為189轉，若選公式中的+1轉就進位後加I轉；若選公式中的-1轉就進位後減I轉。油石至少要往複次數=180。/arcsin(W/d) = 180° /arcsin (20/300) = 47.09 次，得出48次，即:有餘數時直接進位即可，道理同上段所述，與轉數同步。這裡的同步是指工件轉4轉加或減一個油石厚度角度時，油石正好往復一次。
也可以算出單件軸承套圈的超精時間，如果超精的線速度仍為1.5m/s時，當選m=4 倍轉數時，單件超精時間為:d*190/l.5=119.38 s ;或 π d*188/l.5=118.12s ；如果要設定往復頻率，按+1轉算:48/119.38=0.4020s—1 ；
按-1 轉算:48/118.12=48/118.12=0.4064s'
權利要求
1.一種滾動軸承的大中型套圈的滾道參數化有序超精方法，其包括超精機、套圈、油石，超精機工件主軸帶動軸承套圈作旋轉運動；通過氣動或液壓的動力將油石壓在軸承套圈被超精的滾道面上、並在超精機的油石振蕩架帶動下、沿軸承套圈寬度方向作往復運動來達到對軸承套圈滾道表面進行超精加工，其特徵在於:其預先通過計算得出油石一個振蕩往復後油石圓周起點不會與原超精軌跡完全重合時軸承套圈的轉數，進而算出油石所需要進行的震蕩往複數，最後算出完成整個超精過程軸承套圈需要轉動的轉數，即工件主軸需要轉動的轉數，此時算得的工件主軸轉數、油石震蕩往複數是完成一個均勻超精的周期的參數，在這個基礎上根據不同大小規格的零件將工件主軸轉數、油石震蕩往複數放大至對應的整數倍，之後預設工件主軸的轉速，並算出單件超精時間和油石架的振蕩往復頻率，從而使得對工件主軸的轉速、單件超精時間、油石架的振蕩往復頻率精確控制，輸入對應參數後，開始超精工藝。
2.根據權利要求1所述的一種滾動軸承的大中型套圈的滾道參數化有序超精方法，其特徵在於:設軸承套圈在超精時的轉速為n，也就是超精機的工件主軸轉速，此時對應的超精切線速度為V ;油石架的振蕩往復頻率為f，單件超精時間為t，軸承外圈滾道寬度為A，軸承外圈寬度為C,軸承外圈外徑為D,軸承滾道內徑為d,油石的寬度為B,油石的厚度為W,放大對應的整數倍為Z，完成超精一個軸承套圈的工件主軸轉數為N，軸承套圈表面完整進行均勻超精油石往復震蕩數為P ; 通過幾何與運動關係，計算各參數化有序超精的參數: O首先計算油石厚度W佔用軸承套圈面的幾何角α為: a =2arcsin(ff/d)； 2)α佔軸承套圈一周的比為:(2arcsin(W /d) )/360° = ( arcsin(W/d) )/180° ; 3)如果油石一個振蕩往復，而軸承套圈m轉後，油石剛剛不會與圓周起點與原超精軌跡完全重合，那麼，軸承套圈的轉數必須至少滿足以下兩點中的一點: (O油石運動一個往復，軸承套圈的轉數是: (m+ (arcsin(ff/d) )/180° ),表示轉了 m轉後,正好多轉過一個油石接觸滾道的弧長角度的轉數； (2)或者油石運動一個往復，軸承套圈的轉數是: (m- (arcsin(ff/d) )/180° ),表示轉了 m轉後,正好少轉過一個油石接觸滾道的弧長角度的轉數； 歸納(I)、( 2 )，油石一個往復，軸承套圈的轉數應當是: (m± (arcsin(ff/d) ) /180° )轉，兩者可選其一； 4)當在軸承套圈表面完整進行均勻超精，至少需要對油石進行震蕩往複數，分析得出至少需要往複次數為: 360。/2arcsin(ff/d)次=180° /arcsin(W/d)次； 5)完成超精一個軸承套圈，工件主軸需要轉動的轉數:(m± (arcsin(ff/d) )/180° ) X 180° /arcsin(W/d)轉=180。m/arcsin (W/d) ± I 轉，其中「 + 」表示正轉表示反轉； 6)完成超精一個軸承套圈的工件主軸轉數N=Z(180° m/arcsin(W/d)±l);軸承套圈表面完整進行均勻超精油石往復震蕩數P=Z180° /arcsin(W/d)；單件超精時間 t= π dZ (180° m/arcsin (ff/d) ± I) /v ； 油石架的振蕩往復頻率f=P/t=( Z180° /arcsin(ff/d))/to
3.根據權利要求2所述的一種滾動軸承的大中型套圈的滾道參數化有序超精方法，其特徵在於:對於小振蕩與往復是分開控制的工具機，小振蕩次數p=kP=kZ180° /arcsin(W/d)，其中 k 是自然數， 小振蕩頻率 f' =p/t=( kZ180° /arcsin(ff/d))/to
全文摘要
本發明提供了一種滾動軸承的大中型套圈的滾道參數化有序超精方法，其避免在同一超精軌跡上重複超精、導致滾道另一些表面超精不到的情形發生，從而確保在各圓周角沿軸線截面的輪廓度是幾乎相同的。其包括超精機、套圈、油石，超精機工件主軸帶動軸承套圈作旋轉運動；通過氣動或液壓的動力將油石壓在軸承套圈被超精的滾道面上、並在超精機的油石振蕩架帶動下、沿軸承套圈寬度方向作往復運動來達到對軸承套圈滾道表面進行超精加工，其特徵在於其預先通過計算得出油石一個振蕩往復後油石圓周起點不會與原超精軌跡完全重合時軸承套圈的轉數。
文檔編號B24B33/05GK103231301SQ201310125480
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月12日 優先權日2013年4月12日
發明者胡建清 申請人:無錫工具機股份有限公司