滚子超精机的制作方法

本实用新型属于零件特殊工序的专用加工设备领域，涉及一种滚子超精机。

背景技术：

调心滚子轴承运转时，滚子接触应力很大，其质量对轴承的寿命和性能有着重要的影响。目前，国内对球面滚子超精加工的需求日益增加。

传统降低球面滚子表面粗糙度的方法为光饰加工，但一般只能达到Ra0.2μm左右，且表面几何形状不能得到改善，还有可能出现点的研磨烧伤。

现有滚子超精机为双滚轮结构，更换工装时需要将滚轮更换，工装制作比较复杂，每个滚子都需要准备一套工装，成本较高，球面滚子的需求量大幅增长。

专利CN 100453250 C公开了一种全自动球面滚子超精机，其主要包括控制器、步进式输送装置、平面式机械手结构、空间摆杆机构以及双滚轮结构，该超精机采用可编程控制器，操作简便，快捷，能极大的提高生产效率，其产品滚子加工精度虽然相较于传统方法得到了一定提高，但产品表面粗糙度依然较高，而且无法改善表面的几何形状。

专利CN 103029027 B公开了一种新型球面轴承滚子超精机，该专利采用机床床身的工作台上安装工件驱动装置、刀具驱动装置、工件支撑机构和电控系统，工件驱动装置包括电机和夹装机构，该超精机克服了油石与滚子表面之间只有相切的切点接触，从而产生不均匀的切削力破坏工件曲率形状影响滚子加工精度的问题，但其存在无法改善滚子表面几何形状的问题。

因此，如何在滚子超精加工中降低滚子的表面粗糙度并改善其表面几何形状是一项极有意义的研究内容。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了克服现有技术不能对滚子进行超精加工，导致滚子表面粗糙度较高，表面几何形状不能得到改善等问题，提供一种滚子超精机。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种滚子超精机，包括安装在机床上的滚子、滚子定位装置、摇臂、摇臂运动控制装置、油石和油石进给控制装置，所述滚子为球面滚子，所述滚子由滚子定位装置进行定位，所述滚子球面的一侧为摇臂，所述摇臂由所述摇臂运动控制装置控制围绕摆动中心作往复摆动，所述摇臂上安装有油石进给控制装置，所述油石进给控制装置控制油石作靠近或远离滚子球面的运动。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种滚子超精机，所述球面滚子的曲率半径为70～260mm。

如上所述的一种滚子超精机，所述滚子定位装置包括工件轴驱动机构、端面定位机构和支承机构，工件轴驱动机构对滚子的轴向和一个端面进行定位，端面定位机构位于工件轴驱动机构的相对一侧，对滚子的另一个端面进行定位，支承机构位于工件轴驱动机构与端面定位机构之间，对滚子的径向进行定位。

如上所述的一种滚子超精机，所述工件轴驱动机构主要由主轴、接触垫、工件轴、套筒和压紧工装Ⅰ组成，主轴通过轴承安装在套筒内，主轴端面与接触垫贴合且与工件轴连接，工件轴从压紧工装Ⅰ中穿出，工作时将滚子套在工件轴上，压紧工装Ⅰ与滚子的一个端面贴合。

如上所述的一种滚子超精机，所述端面定位机构主要由端面压紧座、位置调节机构、压紧工装Ⅱ、调心滚子轴承、压紧轴、深沟球轴承、压紧活塞、缸体和发讯开关组成，端面压紧座的底部与位置调节机构连接，且内部安装有缸体，位置调节机构用来调节压紧工装Ⅱ的前后位置以适应不同的滚子厚度，压紧活塞安装在缸体内，缸体上压紧活塞两端对应的位置开有进气孔，用于控制活塞的伸缩运动，压紧活塞与压紧轴通过深沟球轴承连接，使压紧轴可以作旋转运动，压紧轴与压紧工装Ⅱ通过调心滚子轴承进行作用力的传递，作用力使进气孔进气然后压紧活塞收缩，压紧活塞收缩作轴向运动，压紧轴一边随着压紧活塞向前推，一边可以独立作旋转运动，达到压紧作用，并可以跟着滚子旋转，缸体的一侧固定由发讯架，发讯架上安装发讯开关，用于确认活塞是否处于压紧状态，工作时压紧工装Ⅱ与滚子的另一个端面贴合。

如上所述的一种滚子超精机，所述支承机构主要由支承、支承架、支承底板、调节螺钉、定位螺钉和定位条组成，支承分别与滚子和支承架连接，支承架上安装有调节螺钉，支承架安装在支承底板上，支承底板通过定位螺钉与定位条连接。

如上所述的一种滚子超精机，所述摇臂运动控制装置包括摆动中心轴、轴承座、回转座、纵向拖板、立柱、进给连接座、纵向拖板伺服电机、纵向锁定螺杆、横向燕尾拖板、横向调整机构、连杆、T型凹槽、T型螺钉、摆轴、摆箱、摆轴伺服电机、摆箱拖板、直线导轨、滚珠丝杠、联轴器、减速器和大往复伺服电机；

摇臂底部与摆动中心轴连接，摆动中心轴穿过轴承座安装在回转座中，回转座一侧面与纵向拖板固定连接，纵向拖板由立柱进行支撑固定，纵向拖板顶端通过进给连接座与纵向拖板伺服电机连接，纵向拖板伺服电机驱动纵向拖板上下运动，纵向拖板带动回转座上下运动，回转座带动摆动中心轴上下运动从而对摇臂摆动中心的纵向位置进行调节，回转座的底部由纵向锁定螺杆进行支撑，纵向锁定螺杆的另一端固定在横向燕尾拖板上，横向燕尾拖板由横向调整机构调节水平位置，横向燕尾拖板通过横向运动带动回转座横向运动，回转座带动摆动中心轴横向运动从而对摇臂摆动中心的横向位置进行调节；

摇臂中部通过连接轴与连杆的一端连接，连杆的另一端通过偏心机构与摆轴连接，偏心机构由T型凹槽和T型螺钉构成，摆轴从摆箱中穿出，T型凹槽开设在摆轴的一端，T型螺钉一端安装在T型凹槽中，另一端与连杆连接，T型螺钉通过在T型凹槽中运动调节偏心距离进行偏心量的调整，从而调整振幅大小，摆轴的另一端从摆箱穿出后通过驱动皮带与摆轴伺服电机连接，摆轴伺服电机通过驱动皮带驱动摆轴旋转，摆轴通过偏心机构驱动连杆实现摇臂的快速振荡，摆箱的底部与摆箱拖板连接，摆箱拖板通过直线导轨与回转座的顶部连接，滚珠丝杠的螺母安装在摆箱中，滚珠丝杠的进给机构安装在摆箱拖板上，滚珠丝杠通过联轴器与减速器的出轴连接，大往复伺服电机插在减速器的输入孔中，二者通过键传动，大往复伺服电机驱动滚珠丝杆使摆箱进行水平方向的往复运动，摆箱进行水平方向运动会影响摇臂的摆动角度，本实用新型中摆箱的水平运动结合偏心机构的运动可以使摇臂实现大往复和快速振荡的复合运动，加工宽度较小的滚子时，可以由系统控制关闭大往复运动，实现单独的快速振荡。

如上所述的一种滚子超精机，所述横向调整机构主要由调节螺丝和调节支架组成。

如上所述的一种滚子超精机，所述油石进给控制装置包括油石、油石夹、压紧气缸、压紧导向座和电气比例阀，油石工作面与滚子球面的弧度相同，油石安装在油石夹中，油石夹与压紧导向座连接，压紧导向座安装在摇臂上，且与压紧气缸连接，压紧气缸与电气比例阀连接，电气比例阀可以实现油石压力的精准控制，油石采用固式装夹方式，可以实现大切削量的超精加工。

使用本实用新型的滚子超精机对滚子进行加工时，首先将滚子安装在工件轴驱动机构的工件轴上，工件轴驱动机构对滚子的轴向和一个端面进行定位，同时调整端面定位机构和支承机构的位置，使得端面定位机构能够对滚子的另一个端面进行定位，支承机构能够对滚子的径向进行定位，然后调整油石进给控制装置的位置，使得油石的工作面与滚子贴合，开启电机使得工件轴驱动滚子旋转，压紧气缸跳进对滚子施加一定的压力，使得球面滚子的曲率中心能够与摇臂摆动中心重合，摇臂在偏心机构的驱动下绕摆动中心作往复摆动，同时大往复伺服电机驱动滚珠丝杠使摆箱进行水平方向的往复运动，摆箱进行水平方向运动会影响摇臂的摆动角度，摆箱的水平运动结合偏心机构的运动可以使摇臂实现大往复和快速振荡的复合运动，摇臂运动过程中带动油石运动，通过油石的切削作用来对滚子进行超精加工。

有益效果：

1)本实用新型的滚子超精机能够有效降低滚子表面粗糙度值，经超精加工后，球面滚子表面粗糙度值达Ra0.05μm；

2)本实用新型的滚子超精机可以明显改善滚子的圆度误差；

3)本实用新型的滚子超精机可大大提高轴承的使用寿命。

附图说明

图1为滚子超精机的整机结构示意图；

图2为工件轴驱动机构的结构示意图；

图3为端面定位机构的结构示意图；

图4为支承机构的结构示意图；

图5为摇臂运动控制装置的部分结构示意图；

图6为摇臂运动控制装置的部分结构示意图；

图7为摇臂运动控制装置的部分结构示意图；

图8为油石进给控制装置的结构示意图；

其中，1-工件轴驱动机构，2-端面定位机构，3-支承机构，4-摇臂，5-摇臂运动控制装置，6-油石进给控制装置，7-主轴，8-工件轴，9-套筒，10-压紧工装Ⅰ，11-端面压紧座，12-压紧工装Ⅱ，13-调心滚子轴承，14-压紧轴，15-深沟球轴承，16-压紧活塞，17-缸体，18-支承，19-支承架，20-支承底板，21-调节螺钉，22-定位螺钉，23-定位条，24-摆动中心轴，25-回转座，26-纵向拖板，27-立柱，28-进给连接座，29-纵向拖板伺服电机，30-纵向锁定螺杆，31-横向燕尾拖板，32-横向调整机构，33-摆箱，34-联轴器，35-减速器，36-大往复伺服电机，37-连杆，38-T型螺钉，39-T型凹槽，40-摆轴，41-直线导轨，42-摆箱拖板，43-滚珠丝杠的进给机构，44-油石，45-油石夹，46-压紧气缸，47-压紧导向座，48-电气比例阀。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

一种滚子超精机，如图1所示，包括滚子、滚子定位装置、摇臂4、摇臂运动控制装置5、油石44和油石进给控制装置6，滚子为球面滚子，球面滚子的曲率半径为70～260mm，滚子由滚子定位装置进行定位，滚子球面的一侧为摇臂4，摇臂4由摇臂运动控制装置5控制围绕摆动中心作往复摆动，摇臂4上安装有油石进给控制装置6，油石进给控制装置6控制油石44作靠近或远离滚子球面的运动。

滚子定位装置包括工件轴驱动机构1、端面定位机构2和支承机构3，工件轴驱动机构1对滚子的轴向和一个端面进行定位，端面定位机构2位于工件轴驱动机构1的相对一侧，对滚子的另一个端面进行定位，支承机构3位于工件轴驱动机构1与端面定位机构2之间，对滚子的径向进行定位；如图2所示，工件轴驱动机构1主要由主轴7、接触垫、工件轴8、套筒9和压紧工装Ⅰ10组成，主轴7通过轴承安装在套筒9内，主轴7端面与接触垫贴合且与工件轴8连接，工件轴8从压紧工装Ⅰ10中穿出；如图3所示，端面定位机构2主要由端面压紧座11、位置调节机构、压紧工装Ⅱ12、调心滚子轴承13、压紧轴14、深沟球轴承15、压紧活塞16、缸体17和发讯开关组成，端面压紧座11的底部与位置调节机构连接，且内部安装有缸体17，压紧活塞16安装在缸体17内，缸体17上压紧活塞16两端对应的位置开有进气孔，压紧活塞16与压紧轴14通过深沟球轴承15连接，压紧轴14与压紧工装Ⅱ12通过调心滚子轴承13进行作用力的传递，缸体17的一侧固定由发讯架，发讯架上安装发讯开关；如图4所示，支承机构3主要由支承18、支承架19、支承底板20、调节螺钉21、定位螺钉22和定位条23组成，支承18分别与滚子和支承架19连接，支承架19上安装有调节螺钉21，支承架19安装在支承底板20上，支承底板20通过定位螺钉22与定位条23连接。

如图5～7所示，摇臂运动控制装置5包括摆动中心轴24、轴承座、回转座25、纵向拖板26、立柱27、进给连接座28、纵向拖板伺服电机29、纵向锁定螺杆30、横向燕尾拖板31、横向调整机构32、连杆37、T型凹槽39、T型螺钉38、摆轴40、摆箱33、摆轴伺服电机、摆箱拖板42、直线导轨41、滚珠丝杠、联轴器34、减速器35和大往复伺服电机36；

摇臂4底部与摆动中心轴24连接，摆动中心轴24穿过轴承座安装在回转座25中，回转座25一侧面与纵向拖板26固定连接，纵向拖板26由立柱27进行支撑固定，纵向拖板26顶端通过进给连接座28与纵向拖板伺服电机29连接，回转座25的底部由纵向锁定螺杆30进行支撑，纵向锁定螺杆30的另一端固定在横向燕尾拖板31上，横向燕尾拖板31由横向调整机构32调节水平位置，横向调整机构32主要由调节螺丝和调节支架组成；

摇臂4中部通过连接轴与连杆37的一端连接，连杆37的另一端通过偏心机构与摆轴40连接，偏心机构由T型凹槽39和T型螺钉38构成，摆轴40从摆箱33中穿出，T型凹槽39开设在摆轴40的一端，T型螺钉38一端安装在T型凹槽39中，另一端与连杆37连接，摆轴40的另一端从摆箱33穿出后通过驱动皮带与摆轴伺服电机连接，摆箱33的底部与摆箱拖板42连接，摆箱拖板42通过直线导轨41与回转座25的顶部连接，滚珠丝杠的螺母安装在摆箱33中，滚珠丝杠的进给机构43安装在摆箱拖板42上，滚珠丝杠通过联轴器34与减速器35的出轴连接，大往复伺服电机36插在减速器35的输入孔中，二者通过键传动。

如图8所示，油石进给控制装置6包括油石44、油石夹45、压紧气缸46、压紧导向座47和电气比例阀48，油石44工作面与滚子球面的弧度相同，油石44安装在油石夹45中，油石夹45与压紧导向座47连接，压紧导向座47安装在摇臂4上，且与压紧气缸46连接，压紧气缸46与电气比例阀48连接。