专利名称：使用超声波纳米晶体表面改性剂的轴承加工系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种使用超声波纳米晶体表面改性剂的轴承加工系统及其轴承加工 方法，特别是涉及一种轴承加工系统，在使用超声波纳米晶体表面改性剂加工轴承时能对 轴承表面的锤击速度、锤击前进速度和锤击角度进行精密控制，以在轴承表面产生微小凹 坑或油槽，将轴承表面组织改性为纳米晶体，向轴承施加压缩残余应力以增加轴承硬度，减 小滑动或滚动时轴承的摩擦系数和磨损率，提高轴承滚动接触疲劳强度，及延长轴承弯曲、 扭曲、密封或挤压时的疲劳寿命，本发明还特别涉及一种使用超声波纳米晶体表面改性剂 的轴承加工方法。
背景技术：
轴承是指将机器的转动轴固定在预定位置并且转动该轴以支撑轴的重量和施加 在轴上的载荷的机械元件。由于轴承在高载荷和高速下会发生摩擦、弯曲、扭曲、密封或挤 压，因此需要具有高精度和高强度。为此，业内研究了多种专用加工方法，以延长轴承寿命 并减少摩擦损失。其中一种用于提高轴承硬度的专用加工方法是采用了物理气相沉积(PVD)或化 学气相沉积或离子注入的涂覆法，其能够减小轴承磨损率或相对摩擦系数。但是，如果采用 这种表面硬化加工方法，对轴承表面的均勻加工就比较困难。轴承如果滚动则会脱皮。采用喷丸加工、激光喷丸加工、深度滚动、超声波喷丸加工、射流喷丸加工等方法 对轴承表面施加压缩残余应力，能消除轴承机械加工的方向性，延长轴承疲劳寿命。图1示出了采用超声波的传统表面改性方法，图2示出了采用喷丸加工的传统表 面改性方法。在图1或图2的传统表面改性方法中，多个磨粒13或喷丸23被冲撞到待加 工材料14上。随后，材料14的相对突出部分在局部产生塑性变形，以获得材料14的光滑 表面粗糙度。现在将对传统表面改性方法进行详细解释。在采用超声波的传统表面改性方法 中，发电机18被供以动力，并将该动力转化为电能，然后将该电能传送至压电陶瓷17。压电 陶瓷17将该电能转化为机械能。升压器16将该机械能放大，放大的机械能对连接在升压 器16端部的工具15产生超声振动，使容器10内的抛光剂12流动。因此，所述多个磨粒14 由于抛光剂12的流动而进行不规则运动，从而对浸入容器10内的材料14的表面进行不规 则锤击。在采用喷丸加工的传统表面改性方法中，大量喷丸23在空气压力、离心力等的作 用下瞬间冲撞到材料14的表面，将压缩残余应力施加到材料14的表面。此外，进行表面加 工的目的是形成塑性加工凹坑，喷出喷丸23的出口 20在材料14上方移动，以获得一个连 续加工区域。在以上所述的传统表面改性方法中，多个喷丸23瞬间在预定加工区域内不规则 地冲撞到待加工材料表面，对所述材料进行锤击。这样，所述材料因加工粒子的运动而受到 打击和破坏以至破裂。换句话说，所述材料接收加工粒子的动能，所述材料的表面因此产生塑性变形，即，在所述材料的表面形成凹坑。但是，由于具有动能的大量粒子不规则地冲撞到所述材料的表面，加工所述材料 以获得均勻的表面粗糙度。在大多数情况下，此时所述材料的表面粗糙度不如材料加工前， 材料表面会形成含有润滑剂的油槽或微小凹坑。但是油槽或微小凹坑的尺寸、密度和样式 却无法控制。据此，当待加工材料的特定部分被分开来加工凹坑以限制表面粗糙度数值范围 时，所述传统表面改性方法难以被应用。另外，即使材料的形状很不规则或在材料内径上形 成凹坑，所述传统表面改性方法仍然难以被应用。此外，采用深度滚动的表面加工方法有利 于对待加工结构施加较强的压缩残余应力。但是，采用这种方法不可能形成凹坑结构，结构 的表面硬度和形状也受限。此外，由于待加工材料表面不规则地形成有锤击凹坑，在要求高强度的特定部分， 难以产生压缩残余应力。如果喷丸对材料轻微锤击，则压缩应力的大小或深度较低。这样， 鉴于强度不足，材料无法用作轴承材料。如果喷丸对材料强烈锤击，则压缩应力的大小或深 度较高。但是，材料表面会产生热变形或过度塑性变形以至破裂。这样，鉴于材料表面变粗 糙，需要进行额外加工。因此，需要使用表面改性剂和改性方法增加轴承的表面硬度和压缩残余应力，减 小滑动或滚动时的摩擦系数，均勻地润滑所述材料以获得高质量的轴承。为达到这一目的， 需要一个系统和一种方法，能够对待加工材料表面进行强烈锤击，控制要形成的凹坑的尺 寸、密度和样式，但不会加重材料表面热变形或表面粗糙度。
发明内容
本发明提供一种使用超声波纳米晶体表面改性剂的轴承加工系统和轴承加工方 法，能够对超声波纳米晶体表面改性剂的锤击速度、锤击前进速度和锤击角度等进行精密 控制，以控制微小凹坑的尺寸和方向以及每单位面积的凹坑接触次数，从而减小轴承滑动 或滚动时的摩擦系数和磨损率，延长轴承弯曲、扭曲、密封或挤压时的疲劳寿命。根据本发明的一个方面，提供了一种使用超声波纳米晶体表面改性剂的轴承加工 系统，包括与结构的表面接触、利用超声振动锤击该结构的表面的所述超声波纳米晶体表 面改性剂；包含至少一个或多个传送系统和至少一个或多个驱动系统的本体，其中，所述至 少一个或多个传送系统控制所述超声波纳米晶体表面改性剂的线性运动，所述至少一个或 多个驱动系统控制所述超声波纳米晶体表面改性剂的加工角度；以及包含固定和转动所述 结构的单元的至少一个或多个结构旋转轴。根据本发明的另一方面，提供了一种使用超声波纳米晶体表面改性剂的轴承加工 方法，包括根据轴承形状产生所述超声波纳米晶体表面改性剂的运动路径；确定加工参 数以加工具有轴承使用所需机械特征的所述轴承；根据所述运动路径和所述加工参数写入 加工程序；设置所述超声波纳米晶体表面改性剂；以及根据所述轴承的尺寸和形状安装专 用夹具。根据本发明，使用超声波纳米晶体表面改性剂的轴承加工系统可对超声波纳米晶 体表面改性剂的锤击速度、锤击前进速度和锤击角度等进行精密控制。这样，所述轴承加工 系统可以自由控制微小凹坑的尺寸和方向以及每单位面积的微小凹坑接触次数等，从而减小轴承滑动或滚动时的摩擦系数和磨损率。另外，所述轴承加工系统可以向轴承表面施加 压缩残余应力，增加轴承表面硬度，从而提高滚动接触疲劳强度。此外，所述轴承加工系统 可以延长轴承弯曲、扭曲、密封或挤压时的疲劳寿命。
图1为采用超声波的传统表面改性方法示意图；图2为采用喷丸加工的传统表面改性方法示意图；图3为根据本发明实施例的使用超声波纳米晶体表面改性剂的轴承加工系统示 意图；图4为图3的超声波纳米晶体表面改性剂示意图；图5A为根据本发明实施例的安装在使用超声波纳米晶体表面改性剂的轴承加工 系统卡盘中的轴承示意图；图5B为根据本发明另一实施例的安装在使用超声波纳米晶体表面改性剂的轴承 加工系统卡盘中的轴承示意图；图6A为根据本发明实施例的以使用超声波纳米晶体表面改性剂的轴承加工系统 加工轴承内曲面的示意图；图6B为根据本发明另一实施例的以使用超声波纳米晶体表面改性剂的轴承加工 系统加工轴承外曲面的示意图；图6C为根据本发明实施例的超声波纳米晶体表面改性剂的锤击位置示意图；图7为根据本发明实施例的使用超声波纳米晶体表面改性剂的轴承加工系统的 工作过程流程图；图8为使用超声波纳米晶体表面改性剂加工轴承时静载荷和动载荷对轴承硬度 的影响示意图；图9为使用超声波纳米晶体表面改性剂加工轴承时静载荷和传送速度对轴承表 面粗糙度的影响示意图；图10为使用超声波纳米晶体表面改性剂加工轴承时静载荷、锤击强度和传送速 度对压缩残余应力的影响示意图；图11为使用超声波纳米晶体表面改性剂加工轴承时静载荷和锤击强度对纳米深 度的影响示意图；图12为使用超声波纳米晶体表面改性剂加工轴承时静载荷、锤击速度和传送速 度对每单位面积的凹坑接触次数和凹坑深度的影响示意图。
具体实施例方式以下将结合附图对本发明进行详细说明，附图中示出了本发明的较佳实施例。但 是，本发明可以多种不同的形式体现，并不限于此处所述的实施例；确切地说，提供这些实 施例的目的是使本发明全面、完整地公开，并将向熟悉该领域的技术人员充分传达本发明 白勺)固、uM ο根据本发明的一种使用超声波纳米晶体表面改性剂的轴承加工系统，包括所述超 声波纳米晶体表面改性剂、至少一个或多个传送系统、至少一个或多个驱动系统，以及至少一个或多个结构旋转轴。所述超声波纳米晶体表面改性剂利用超声振动锤击结构。所述至 少一个或多个传送系统控制所述超声波纳米晶体表面改性剂的线性运动。所述至少一个或 多个驱动系统控制所述超声波纳米晶体表面改性剂的加工角度。所述至少一个或多个结构 旋转轴对结构进行固定和转动。所述轴承加工系统可根据所述结构的形状、尺寸或安装位置等以多种形状实现。 现在将对一种轴承加工系统进行详细说明，该轴承加工系统包括两个传送系统、一个驱动 系统和一个结构旋转轴，所述结构旋转轴的水平面与超声波纳米晶体表面改性剂的锤击头 中心处于同一位置，以便加工轴承的拱腹和拱背。图3为根据本发明实施例的使用超声波纳米晶体表面改性剂的轴承加工系统示 意图。参照图3，本实施例的轴承加工系统500包括超声波纳米晶体表面改性剂100、本体 250，以及结构旋转轴沈0。所述超声波纳米晶体表面改性剂100与结构的表面接触，以超声 振动对该结构进行锤击。所述本体250包括X轴传送系统200、Y轴传送系统220和C轴驱 动系统Μ0。所述X轴传送系统200安装在所述超声波纳米晶体表面改性剂100下方，相 对于所述结构旋转轴260进行水平方向的左右运动。所述Y轴传送系统220与所述X轴传 送系统200正交，协助所述超声波纳米晶体表面改性剂100相对于所述结构旋转轴260进 行水平方向的往返运动。所述C轴驱动系统240与所述超声波纳米晶体表面改性剂100组 合，停止或继续旋转所述超声波纳米晶体表面改性剂100，以控制加工角度。所述结构旋转 轴260包括卡盘300，该卡盘300固定和转动所述结构，即轴承。X轴工作台210和Y轴工作台215分别放置在所述轴承加工系统500的本体250 的所述X轴传送系统200和所述Y轴传送系统220的导向面上。所述X轴工作台210和所 述Y轴工作台215的速度和位置由进给螺杆225和伺服电动机230精密控制，使所述X轴 工作台210和所述Y轴工作台215在所述导向面上进行往返线性运动。所述C轴驱动系统240是一个刀架，所述超声波纳米晶体表面改性剂100通过螺 纹连接工具(图中未示出)，例如螺栓等，与其连接。驱动电机(图中未示出)用于停止或 持续将所述C轴驱动系统240左右旋转。通过普通计算机数字控制(CNC)对所述轴承加工系统500进行控制。所述X轴传 送系统200和所述Y轴传送系统220以左右方向和前后方向传送所述超声波纳米晶体表面 改性剂100时，所述C轴驱动系统240立刻或持续控制所述超声波纳米晶体表面改性剂100 的锤击角度，对轴承进行精密控制。特别地，所述C轴驱动系统240用于精密加工轴承的弯 曲部分。采用伺服电动机的位置控制装置和方法众所周知，此处不再赘述。图4为根据本发明实施例的超声波纳米晶体表面改性剂100的示意图。参照图4， 所述超声波纳米晶体表面改性剂100包括锤击头112、喇叭114、升压器116、换能器118和 发电机120。所述锤击头112锤击轴承的表面并固定在喇叭114上，所述喇叭114放大和传 送超声振动。所述升压器116放大该超声振动，所述换能器118将电能转化为机械能。所 述发电机120为所述超声波纳米晶体表面改性剂100提供高频电能。所述发电机120将动力调制为高频电能并将该高频电能提供给换能器118。所述换能器118是一种由电信号改变其电容量的元件。这样，所述换能器118将所 述发电机120提供的所述高频电能重复扩大和缩小，从而将所述高频电能转化为机械能。
所述升压器116放大所述换能器118产生的振动，并将所述振动通过连接在所述 升压器116上的所述喇叭114传送给所述锤击头112。所述喇叭114将已经被所述升压器116放大的所述振动再次放大，随后将所述振 动传送给所述锤击头112，或直接将所述振动传送给所述锤击头112。所述振动的放大率取 决于所述喇叭114的形状。所述锤击头112与待加工材料的表面直接接触，对所述材料进行锤击，从而进行 强烈塑性加工，形成微小凹坑。具有多种形状中的其中之一种的金属球或凸起作为所述锤 击头112外露，被固定在所述喇叭114上。所述锤击头112的凸起由硬质合金材料或陶瓷材料制成。所述锤击头112的凸起可为多种形状中的其中之一种，包括球形(包括椭圆形)、 三角形、矩形、六边形、八边形等。因此，待加工材料的表面形成的凹坑形状取决于所述锤击 头112的凸起形状。所述锤击头112必须以预定压力与所述轴承的表面接触，以便使用所述超声波纳 米晶体表面改性剂100以预定力对所述轴承的表面进行锤击。出于这个目的，所述超声波 纳米晶体表面改性剂100的本体后部安装有按压单元(图中未示出)。所述按压单元可采用多种按压方法，包括利用弹簧的弹力等的按压方法、利用液 压力、气压等的按压方法。图5A为根据本发明实施例的安装在使用超声波纳米晶体表面改性剂的轴承加工 系统卡盘中的轴承示意图。图5B为根据本发明另一实施例的安装在使用超声波纳米晶体 表面改性剂的轴承加工系统卡盘中的轴承示意图。 参照图5A和图5B，所述轴承加工系统500的所述卡盘300包括可以使轴承400附 着在所述卡盘300上的磁铁310，所述磁铁310包括一个或多个夹具320、330或350。所述 夹具320、330或350分别与所述轴承400的内部和外部对应。作为待加工材料的所述轴承400，应在最大程度上防止产生振动，以便可以被更精 密地加工。但是如果使用普通卡盘，轴承的固定可能会过紧。由于所述轴承400的特定外 部部分有高载荷，因此会受到损坏或产生塑性变形。使用所述轴承加工系统500加工所述 轴承400时，所述轴承400被所述夹具320、330或350紧固附着在所述卡盘300上，以防止 振动。所述夹具320、330和350的形状可为多种，取决于轴承类型、尺寸和形状等。例如， 可以使用能够有效加工滚动轴承拱背和拱腹、或球体或滚筒表面的专用夹具。此外，如果使 用该专用夹具，可以加工多个类型的轴承，包括经向轴承等。卡盘可为多种固定单元的其中一种，包括电磁铁、液压固定单元、气动固定单元、 手动固定单元等。图6A为根据本发明实施例的以使用超声波纳米晶体表面改性剂的轴承加工系统 加工轴承内曲面的示意图。图6B为根据本发明另一实施例的以使用超声波纳米晶体表面 改性剂的轴承加工系统加工轴承外曲面的示意图。图6C为根据本发明实施例的超声波纳 米晶体表面改性剂的锤击位置示意图。参照图6A和图6B，所述轴承加工系统500控制所述 X轴传送系统200和所述Y轴传送系统220来加工所述轴承400的平面。所述轴承加工系 统500还控制所述C轴驱动系统240即上面安装有所述超声波纳米晶体表面改性剂100的 刀架的转动，从而对所述轴承400的弯曲部分410进行加工。
如果用所述轴承加工系统500来加工所述轴承400的弯曲部分410，控制所述C轴 驱动系统Mo，使所述超声波纳米晶体表面改性剂100的锤击头112与所述轴承400的弯曲 部分410法线重合。参照图6C，所述超声波纳米晶体表面改性剂100的锤击头112在安装时与所述轴 承400的离心轴或径向轴中心对准。如果所述超声波纳米晶体表面改性剂100的锤击头 112没有与所述轴承400的离心轴或径向轴中心对准，就不会与所述轴承400的加工表面垂 直接触，这样，所述轴承400的表面就不会均勻地具有微小凹坑。另外，所述轴承400的表 面可能会产生不必要的塑性变形。如果所述锤击头112与所述轴承400的离心轴或径向轴中心对准，从而对所述弯 曲部分410进行垂直锤击，这样就可以均勻保持微小凹坑的形状、尺寸和方向性，所述轴承 400的表面也可以避免产生不必要的塑性变形或破裂。因此，所述轴承400的硬度和表面粗 糙度会比将所述超声波纳米晶体表面改性剂100固定、对所述轴承400倾斜锤击或在比所 述轴承400离心轴中心低或高的位置对所述轴承400锤击的情况下改善很多。图7为根据本发明实施例的轴承加工系统500的工作过程流程图。参照图7，在步 骤SlOO中，产生使用所述轴承加工系统500对所述轴承400进行加工的刀具路径。所述刀 具路径指根据所述轴承400的形状同时或分别控制X、Y和C轴而形成的所述超声波纳米晶 体表面改性剂100的运动路径。如果形成了所述刀具路径，必须对所述C轴驱动系统MO设置路径，以使所述超声 波纳米晶体表面改性剂100的锤击头112与所述轴承400的接触表面法线重合。在步骤S200中，确定加工所述轴承400所需的加工参数。确定该加工参数以根据 所述轴承400的特性获得具有适当强度、尺寸和形状的微小凹坑。换句话说，加工所述轴承 400时，由按压单元施加在所述超声波纳米晶体表面改性剂100的压力、提供给所述锤击头 112的频率和幅度、所述超声波纳米晶体表面改性剂100的锤击头112的尺寸和形状、所述 锤击头112的加工速度和传送速度都作为加工参数而被确定。当使用所述超声波纳米晶体表面改性剂100加工所述轴承400时，施加在所述轴 承400的总接触载荷由所述按压单元施加的静载荷和锤击所述轴承400表面的锤击头112 的动载荷确定。每单位面积微小凹坑的接触数量由所述轴承400的转动速度、提供给所述 锤击头112的频率(kHz)及所述锤击头112的传送速度(mm/rev)和加工速度(m/min)确 定。此处所述传送速度是指待加工结构转动一次时所述超声波纳米晶体表面改性剂100的 传送距离，所述加工速度是指锤击点处的线性速度。加工条件对所述轴承400表面的影响 将在下文中说明。在步骤S300中，利用所述刀具路径和所述加工参数来生成加工所述轴承400所需 的程序。在步骤S400中，根据加工条件来设置所述超声波纳米晶体表面改性剂100。换句 话说，在步骤S400中，根据微小凹坑的尺寸、形状和深度来设置所述超声波纳米晶体表面 改性剂100的静载荷、所述锤击头112的材料以及所述锤击头112的形状、尺寸和频率。在步骤S500中，根据所述待加工轴承400的尺寸和形状来安装专用夹具，以设置 结构。在步骤S600中，对所述轴承400进行加工。使用所述超声波纳米晶体表面改性剂100加工的轴承400的特性取决于加工参数的条件。因此，必须对所述轴承400等的使用环境中频繁发生的故障原因进行检查。以下 表1示出了所述轴承400的故障内容、原因以及防止所述轴承400出现这些故障的解决方法。表 1
故障形式故障原因解决方法点蚀、散裂载荷过高， 有振动载荷施加压缩残佘应力，提高硬度磨损、剥落、微振磨损润滑剂使用不合理， 有振动载荷提高硬度，减小摩擦系数(改 善表面粗糙度和微小凹坑)压痕载荷过高、有振动载 荷、有冲击载荷施加压缩残佘应力，提高硬度如上述表1所示，点蚀和散裂主要是由于载荷过高和有振动载荷造成的。为了避 免点蚀和散裂，应向轴承施加压缩残余应力，提高轴承的表面硬度。磨损、剥落或微振磨损 主要是由于润滑剂使用不合理和有振动载荷造成的。为了避免磨损、剥落或微振磨损，应提 高轴承硬度，减小轴承的摩擦系数。压痕主要是由于载荷过高、有振动载荷或有冲击载荷造 成的。为了避免压痕，应提高轴承硬度，对轴承施加压缩残余应力。图8为使用超声波纳米晶体表面改性剂加工轴承时静载荷和动载荷对轴承硬度 的影响示意图。图9为使用超声波纳米晶体表面改性剂加工轴承时静载荷和传送速度对轴 承表面粗糙度的影响示意图。图10为使用超声波纳米晶体表面改性剂加工轴承时静载荷、 锤击强度和传送速度对压缩残余应力的影响示意图。图11为使用超声波纳米晶体表面改 性剂加工轴承时静载荷和锤击强度对纳米深度的影响示意图。图12为使用超声波纳米晶 体表面改性剂加工轴承时静载荷、锤击速度和传送速度对每单位面积的凹坑接触次数和凹 坑深度的影响示意图。参照图8，如果加工所述轴承400时，静载荷和动载荷增加，纳米深度就会增加，所 述轴承400的硬度也会增加。但是，静载荷和动载荷造成的所述轴承400的硬度增加是有 限的。另外，如果静载荷增加过多，所述轴承400的表面粗糙度就会加重。因此，应考虑所述 轴承400的材料和所述锤击头112的形状等对所述轴承400设置适当的静载荷和动载荷。如果所述超声波纳米晶体表面改性剂100的静载荷和动载荷增加，从而增加了所 述轴承400的表面硬度，那么所述轴承400的表面磨损可能会减少。此外，当所述轴承400 高速转动或承受高载荷时，所述轴承400的表面可能会避免产生破裂或塑性变形。参照图9，所述轴承400的表面粗糙度与静载荷成反比，与传送速度成正比。但是， 如果静载荷高于或等于预定载荷，所述轴承400的表面会由于静载荷而产生塑性变形，这 样，所述轴承400的表面粗糙度会加重。在这种情况下，由于静载荷而产生塑性变形的所述 轴承400的表面粗糙度将随所述轴承400的材料和锤击形状而有所改变。需要通过实验设置适当的静载荷。由于每单位面积的锤击次数随着缓慢的传送速度而增加，所述轴承400 的表面粗糙度随该传送速度而改善。如果所述轴承400的表面粗糙度被改善，其摩擦系数则会下降。这样可以防止所 述轴承400的表面受到磨损。参照图10，施加于所述轴承400表面的压缩残余应力与静载荷和动载荷成正比， 与传送速度成反比。参照图11，所述轴承400表面的纳米深度与静载荷和动载荷成正比。如果所述轴承400的压缩残余应力和纳米深度增加，则该轴承400滑动或滚动时， 其接触疲劳强度会提高。另外，所述轴承400弯曲、扭曲、密封和/或挤压时的疲劳寿命会 延长。参照图12，所述轴承400表面的每单位面积的凹坑接触次数一般不会因静载荷和 动载荷的变化而受到影响。但是，如果静载荷超过了预定值，由于所述锤击头112对所述轴 承400的表面产生塑性变形，因而很难形成正常凹坑。如果动载荷小于预定值，待加工材料 表面很难形成正常凹坑。每单位面积的凹坑接触次数随加工速度的提高而减少。凹坑深度随动载荷的增加而增加，随接触点的增加而降低。加工参数的变化范围在静载荷为0. lkgf-lOkgf，动载荷为lkgf-100kgf，加工速 度为0. lm/min-100m/min，传送速度为0. 01mm/rev-lm/rev时确定，所述锤击头112的曲面 直径可为0. lmm-6mm，形状可为球形、三角形、矩形、多边形等。如上所述，根据本发明的使用超声波纳米晶体表面改性剂的轴承加工系统同时或 单独控制X、Y和C轴，以产生运动路径。另外，所述轴承加工系统也可控制施加在轴承上的 静载荷、动载荷以及轴承的传送速度等，从而对轴承进行加工，使轴承达到期望的强度和表 面粗糙度。另外，如果利用该轴承加工系统加工轴承，微小凹坑的尺寸、每单位面积微小凹坑 的接触次数和微小凹坑的形状都可以被精密控制，且轴承表面不会产生热变形、或破裂、或 不必要的塑性变形，从而改善了轴承的硬度和表面粗糙度。此外，在轴承上施加了期望的压 缩残余应力，由微小凹坑产生油槽，以减小轴承的磨损率。减少了发热，提高了接触疲劳强 度，从而延长了轴承寿命。工业实用性根据本发明的使用超声波纳米晶体表面改性剂的轴承加工系统以及采用所述轴 承加工系统的轴承加工方法，加工轴承时可对轴承表面的锤击速度、锤击前进速度和锤击 角度进行精密控制，从而在轴承表面形成微小凹坑或油槽。轴承表面组织改性为纳米晶体， 在轴承表面施加压缩残余应力，以增加轴承的硬度，从而减小了轴承滑动或滚动时的摩擦 系数和磨损率，增加了轴承的滚动接触疲劳强度，延长了轴承弯曲、扭曲、密封或挤压时的 疲劳寿命。
权利要求
1.一种使用超声波纳米晶体表面改性剂的轴承加工系统，其特征在于，包括与结构的表面接触、利用超声振动锤击该结构的表面的所述超声波纳米晶体表面改性剂；包含至少一个或多个传送系统和至少一个或多个驱动系统的本体，其中，所述至少一 个或多个传送系统控制所述超声波纳米晶体表面改性剂的线性运动，所述至少一个或多个 驱动系统控制所述超声波纳米晶体表面改性剂的加工角度；以及包含固定和转动所述结构的单元的至少一个或多个结构旋转轴。
2.如权利要求1所述的轴承加工系统，其特征在于，所述驱动系统包括控制所述超声 波纳米晶体表面改性剂加工角度的转轴和控制所述转轴角度的驱动电机。
3.如权利要求1所述的轴承加工系统，其特征在于，所述结构旋转轴为卡盘和磁铁的 其中一种，其中，所述卡盘和所述磁铁的其中一种包括将所述轴承的部件固定、防止所述轴 承在加工时振动的夹具。
4.如权利要求1所述的轴承加工系统，其特征在于，所述结构旋转轴为卡盘或磁铁的 其中一种，其中，所述卡盘和所述磁铁的其中一种包括将所述轴承的部件固定、防止所述轴 承在加工时振动的夹具。
5.如权利要求1所述的轴承加工系统，其特征在于，使用所述超声波纳米晶体表面改 性剂加工所述轴承时，控制所述驱动系统，使所述超声波纳米晶体表面改性剂的锤击头与 所述轴承的接触表面法线重合。
6.如权利要求3所述的轴承加工系统，其特征在于，所述夹具为支撑滚动轴承、球体或 滚筒的拱背和拱腹的专用夹具。
7.如权利要求3所述的轴承加工系统，其特征在于，所述夹具为加工经向轴承的专用 夹具。
8.一种使用超声波纳米晶体表面改性剂的轴承加工方法，其特征在于，包括根据轴承形状产生所述超声波纳米晶体表面改性剂的运动路径；确定加工参数以加工具有轴承使用所需机械特征的所述轴承；根据所述运动路径和所述加工参数写入加工程序；设置所述超声波纳米晶体表面改性剂；以及根据所述轴承的尺寸和形状安装专用夹具。
9.如权利要求8所述的轴承加工方法，其特征在于，产生运动路径，使所述超声波纳米 晶体表面改性剂的锤击头与所述轴承的接触表面法线重合。
10.如权利要求8所述的轴承加工方法，其特征在于，控制所述轴承硬度的加工参数为 静载荷和动载荷中的一种或多种。
11.如权利要求8所述的轴承加工方法，其特征在于，控制所述轴承表面粗糙度和微小 凹坑结构的加工参数为静载荷、动载荷、传送速度和所述锤击头的凸起曲面尺寸和形状中 的一种或多种。
12.如权利要求8所述的轴承加工方法，其特征在于，控制所述轴承的压缩残余应力的 加工参数为静载荷、动载荷和传送速度中的一种或多种。
13.如权利要求8所述的轴承加工方法，其特征在于，控制所述轴承的纳米深度的加工 参数为静载荷和动载荷中的一种或多种。
14.如权利要求8所述的轴承加工方法，其特征在于，加工参数的变化范围在静载荷为 lKgf-10Kgf、动载荷为 ^(gf-100Kgf、传送速度为 0. 03mm/rev-0. 15mm/rev、加工速度为 6m/ min-32m/min时确定，所述锤击头的曲面直径为0. lmm-6mm，形状为球形和多边形中的一种。
全文摘要
本发明提供了一种使用超声波纳米晶体表面改性剂的轴承加工系统和采用所述轴承加工系统的轴承加工方法，在加工轴承时可对轴承的锤击速度、锤击前进速度和锤击角度进行精密控制，从而在轴承表面形成微小凹坑或油槽，将表面组织改性为纳米晶体，在轴承上施加压缩残余应力，以增加轴承的硬度，从而减小了轴承的摩擦系数和磨损率，提高了滚动接触疲劳强度。所述轴承加工系统包括所述超声波纳米晶体表面改性剂；包含至少一个或多个传送系统和至少一个或多个驱动系统的本体；以及至少一个或多个结构旋转轴。
文档编号B24B35/00GK102119068SQ200880129203
公开日2011年7月6日 申请日期2008年5月29日 优先权日2008年5月14日
发明者曺仁皓, 朴正铉, 片英植, 金昌植 申请人:机械设计有限公司