磨削轴承滚道对数曲线凸度的方法及其专用装置

摘要

本发明为一种磨削轴承滚道对数曲线凸度的方法及其专用装置，采用一套自控系统，通过人机对话触摸屏设定对数曲线参数指令控制伺服凸度修整器，修整出带对数曲线的凹度砂轮，然后由该砂轮磨削轴承滚道凸度。专用装置包括触摸屏数据参数设定、PLC工程数控系统、砂轮拖板移动伺服系统、伺服凸度修整控制器，数控系统、伺服系统控制伺服凸度修整控制器工作，伺服凸度修整控制器又包括修整器拖板、修整杆、修整笔、伺服电机、线性凸度凸轮和砂轮。本发明应用于轴承圆锥、圆柱滚道的对数曲线凸度产品加工工艺的磨削。本发明的有益效果是：解决了圆锥、圆柱轴承的自身的旋转阻力，极大的提高了寿命和精度，填补了我国在圆锥、圆柱滚道磨削对数曲线不能加工的空白，为我国出口及国内大型客户的配套解决了技术难点，使圆锥、圆柱轴承达到了国际先进水平。

说明书

一、技术领域：

本发明涉及磨床磨削微量凸度产品的控制工艺，特别是公开一种磨削轴承滚道对数曲线凸度的方法及其专用装置，应用于轴承圆锥、圆柱滚道的对数曲线凸度产品加工工艺的磨削。

二、背景技术：

目前，我国国内轴承磨削，在圆锥圆柱滚道上的磨削加工，由于没有很好的设备及加工手段，只能磨削出直线滚道和双曲线凸度面的滚道。随着我国WTO的加入，对圆锥、圆柱轴承的出口以及国内合资、独资企业客户的要求，必须具有对数曲线滚道。在这种情况下，之前轴承行业所采用修整笔拖板走斜线的工艺，只能修整带双曲线的凹度砂轮，加工出的轴承产品为双曲线凸度滚道，如此落后的工艺已不能满足圆锥、圆柱轴承滚道质量的要求

轴承行业中我国目前采用二种老式工艺，一种为修整轴移动拖板相对砂轮轴拨一个角度移动，因修整拖板仍为直线运动，则修整出修砂轮为双曲线面，另一种方法，将砂轮轴拖板相对于工件轴拨一个角度，则磨削出的工件仍为双曲线面。当然什么也不采用的磨削加工，则能磨削出直线的工作面轴承。

三、发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，公开一种磨削轴承滚道对数曲线凸度的方法及其专用装置，用数控方法，控制伺服凸度修整器的装置修整出带对数曲线的凹度砂轮，从而磨削出带对数曲线凸度的轴承滚道。

本发明是这样实现的：一种磨削轴承滚道对数曲线凸度的方法，采用数控全自动系统，其特征在于采用自行设计的伺服凸度修整器装置；采用插值计算方法数控编程。在伺服砂轮轴拖板进入修整砂轮位置时，根据编程，数控系统计算出对数曲线凸度量，控制伺服凸度修整器，修整出带对数曲线的砂轮，从而磨削出有对数曲线的圆锥圆柱轴承滚道。一种磨削轴承滚道对数曲线凸度的方法使用的专用装置，其特征在于：专用装置包括触摸屏数据参数设定、PLC工程数控系统、砂轮拖板移动伺服系统、伺服凸度修整控制器，数控系统、伺服系统控制伺服凸度修整控制器工作，伺服凸度修整控制器又包括修整器拖板、修整杆、修整笔、伺服电机、线性凸度凸轮和砂轮，修整杆安装在修整器拖板上，修整杆的支点可以上下移动，伺服电机轴与线性凸度凸轮相联接，可带动凸轮转动，凸轮转动时，与修整杆上的凸度接触点相接触，从而带动修整杆及安装在修整杆上修整砂轮用的修整笔上下移动。

本发明的有益效果是：由于采用能修整出对数曲线的凹度砂轮，从而磨削出带对数曲线的圆锥、圆柱滚道，解决了圆锥、圆柱轴承的自身的旋转阻力，极大的提高了寿命和精度，填补了我国在圆锥、圆柱滚道磨削对数曲线不能加工的空白，为我国出口及国内大型客户的配套解决了技术难点，使圆锥、圆柱轴承达到了国际先进水平。

四、附图说明：

图1是凸度修整器数控系统原理示意图；

图2是伺服凸度修整控制器示意图；

图3是修整笔位置与砂轮修整量的关系示意图；

图4是轴承凸度对数曲线的Matlab演示图形(Y方向放大)。

在图2中：1、砂轮；2、修整笔；3、支点(旋转点)；4、修整器拖板；5、线性凸度凸轮；6、伺服电机；7、凸度接触点；8、修整杆。

五、具体实施方式：

根据图2，修整杆8安装在修整器拖板4上，修整杆的支点3可以上下移动，伺服电机6轴与线性凸度凸轮5联接，可带动凸轮转动，凸轮转动时，与凸度接触点7相接触，从而带动修整杆8上下移动，修整杆8上下移动，带动修整笔2上下移动，修整笔2上下移动，则修整砂轮时，可根据编程修出所需的曲线。

根据图3，修整笔位置与砂轮修整量的关系式为： $>>AB>=>>>OB>2>>->>OA>2>\; >,>$>

其中，凸度量：OB-OA；修整笔伺服位移：AB。

轴承凸度曲线公式为：

Y＝(2.447/1000)ln[1/1-(2X/44.383)²]             …………公式(1)

如果令b＝2.447/1000，a＝44.383/2则Y＝b ln[1/1-(x/a)²]。

如果轴承滚道的宽度为W，凸度量为H，则作尺度和方向变换后轴承滚道凸度曲线方程为：

Y＝H-bw/(2a)ln[1/(1-(2x/w)²)]                 …………公式(2)

插值计算方法：

从x＝0到x＝W/2把X轴等分成8段9点(x₀，y₀)，(x₁，y₁)...(x₈，y₈)，取y₈＝0，其余各y值按公式(2)计算。

把计算好的9个y值存储起来，对于任意从x＝0，x＝W/2的x值都可以按以下二次插值公式进行计算：

y＝p2(x)＝y₀+(y₁-y₀)/(x₁-x₀)(x-x₀)+((y₂-y₀)/(x₂-x₀)-(y₁-y₀)/(x₁-x₀))/(x₂-x₁)(x-x₀)(x-x₁)

                                   …………公式(3)

对于从x₀到x₇的任意x按前一点后二点的原则取(x₀，y₀)，(x₁，y₁)，(x₂，y₂)，对于最后一段，区间(x₇，x₈)上的x可以按前二点后一点取(x₀，y₀)，(x₁，y₁)，(x₂，y₂)。

请注意，y₀到y₈必需预先计算好，而用插值公式计算任意的y时，由于公式只用到四则运算，因而可以由程控器自动完成。

另外由于整段曲线都很平坦，只有在非常接近边缘处才会有急剧下降(上述计算方法已包括对其处理)，因此凸度量H的取值对曲线的形状几乎没有影响，把H引入并设为一微小的正数是出于计算和说明的方便，一般可取H＝0.01。

为了说明以上计算方法，下面看一个具体例子：

如果轴承的宽W＝20mm，设凸度量H＝0.01mm把0-W/2分成8等分(x₀x₁...x₈)，容易求得：x₀，x₁，x₂...x₈为：0，1.2500，2.5000，3.7500，5.0000，6.2500，7.5000，8.7500，10.000依照以上计算法则和公式可以求得y₀，y₁，y₂...y₈为：0.01..，0.01..，0.0099，0.0098，0.0097，0.0095，0.0091，0.0084，0可见曲线十分平坦。

如果已知x＝5.9925，求对应的曲线y值；

因为x在区间(5.000，6.2500)，即(x₄，x₅)，因此根据“前一点，后二点”的原则，取(x₃，x₄，x₅)，(y₃，y₄，y₅)三点作为插值公式的(x₀，x₁，x₂)，(y₀，y₁，y₂)三个插值点，即x₀＝3.7500，y₀＝0.0098；x₁＝5.0000，y₁＝0.0097；x₂＝6.2500，y₂＝0.0095代入公式(3)，

y＝y₀+(y₁-y₀)/(x₁-x₀)(x-x₀)+((y₂-y₀)/(x₂-x₀)-(y₁-y₀)/(x₁-x₀))/(x₂-x₁)(x-x₀)(x-x₁)＝0.0095

因此当x＝5.9925时，y＝0.0095。

砂轮拖板在数控系统控制下作伺服移动，先以伺吸取高速移动进入砂轮修整位置，在修整位置立即变换成以伺服修整移动速度移动，此时砂轮与修整笔接触，修整笔开始修整砂轮。在修整笔开始修整砂轮的同时，修整笔在数控系统的控制下，伺服向上移动。

数控系统按轴承凸度曲线公式的要求，通过插值计算方法，不断发出修整笔伺服的方向和速度。修整完砂轮后，砂轮拖板及修整器返回原点。砂轮在数控系统控制下，修整出一个带对数曲线的凹度砂轮。带对数曲线的凹度砂轮拖板进入轴承工件的磨削区，对轴承滚道进行磨削，在轴承滚道形成一个带对数曲线凸度滚道面。