用于风电转盘轴承沟道软带区域的机械打磨系统及方法

摘要

本发明公开了一种用于风电转盘轴承沟道软带区域的机械打磨系统及方法，包括轴承工件、可分度旋转平台和数控机床，轴承工件内侧侧部具有沟道，沟道包括上沟道和下沟道，轴承工件安装设于可分度旋转平台上，可分度旋转平台上设有分度盘；数控机床包括刀架安装座、上下垂直进给系统、水平进给系统，刀架安装座安装于水平进给系统上，水平进给系统滑动安装于上下垂直进给系统上；刀架安装座上安装有刀架，刀架内部安装有旋转电机，旋转电机的动力输出轴固定连接有旋转主轴，旋转主轴底部固定连接有砂轮。本发明的沟道软带区域打磨深度及形状易于保证，沟道打磨均匀性好，打磨面粗糙度较好，加工过程污染小，工人劳动强度低。

说明书

技术领域

本发明涉及风电偏航变桨轴承加工领域，尤其涉及一种用于风电转盘轴承沟道软带区域的机械打磨系统及方法。

背景技术

风电转盘轴承采用材料主要是50Mn或42CrMo，其沟道表面采用感应淬火热处理，感应头在沟道上的轨迹不能重叠，否则沟道表面会因二次淬火产生裂纹，这样在沟道淬火始末端产生软带区域。软带区域硬度较低，接触疲劳强度、耐磨性、弹性极限等机械性能不如正常区域，在轴承工作时软带将最先失效，因此在风电转盘轴承设计中常将软带区域设计为具有一定深度、形状变化的区域，以避免该区域在工作状态下承受载荷进而失效。沟道软带打磨技术是为实现这一设计应用产生的一种新型实用技术。沟道淬火软带打磨区域形状如图2所示，其中包括两个过渡区域11和位于两个过渡区域11中间的软带打磨区域10，要求软带打磨区域10与两个过渡区域11平滑过渡，并保证软带打磨区域10具有一定深度H，在整个沟道面上形状一致，且对打磨表面有一定粗糙度要求。沟道软带打磨总长度与沟道曲率半径、是否有堵塞孔而不同，但打磨深度及过渡区域11长度始终保持在一定设计要求，一般要求打磨深度0.2～0.4mm，过渡区域长度为钢球直径的一半。打磨区域是否平滑过渡将直接影响钢球在沟道运转的平稳性，若打磨区域出现陡然高点或低点，钢球在运转过程中将会受到一定的冲击载荷，从而影响到沟道承载力，导致轴承失效。所以保证打磨区域平滑过渡及打磨区域形状是沟道软带打磨技术必须突破的关键点。

目前，传统打磨方法有手工铲磨和机械自动打磨软带两种方法：

手工铲磨软带技术优点在于，加工灵活，不受场地限制，减少零件装夹及转运，投入成本较低，不需要专门化机床；其缺点为软带铲磨深度及形状受工人技能影响较大，加工过程质量不稳定，软带铲磨表面有凹凸不平点，铲磨表面粗糙度较低需使用细砂纸进行二次抛光，铲磨过程中砂轮灰尘大，影响工人健康。

机械自动打磨软带技术优点在于，沟道软带打磨深度易于保证，打磨面粗糙度较好，加工过程污染小，工人劳动强度低。其缺点为打磨过渡区域形状受砂轮直径尺寸影响大，不同直径砂轮加工的过渡区域形状不同，砂轮直径越大，过渡区域越平滑，砂轮直径越小，过渡区域越陡峭；整个软带打磨区域形状受沟道曲率半径大小影响，一致性较差，沟道曲率半径越小，一致性越好，沟道曲率半径越大，一致性越差。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种用于风电转盘轴承沟道软带区域的机械打磨系统及方法，本发明的沟道软带区域打磨深度及形状易于保证，沟道打磨均匀性好，过渡区域宽度不随沟道大小及砂轮尺寸大小影响，打磨面粗糙度较好，加工过程污染小，工人劳动强度低。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种用于风电转盘轴承沟道软带区域的机械打磨系统，包括轴承工件，所述轴承工件内侧侧部具有沟道，所述沟道包括上沟道和下沟道，所述沟道中具有沟道软带中心线。本发明机械打磨系统还包括可分度旋转平台和数控机床，所述轴承工件安装设于可分度旋转平台上，所述可分度旋转平台用于驱动轴承工件中心转动，所述可分度旋转平台上设有分度盘；所述数控机床包括刀架安装座、上下垂直进给系统、水平进给系统，所述刀架安装座安装于水平进给系统上，所述水平进给系统滑动安装于上下垂直进给系统上，所述上下垂直进给系统用于驱动水平进给系统及刀架安装座上下垂直升降运动，所述水平进给系统用于驱动刀架安装座水平运动；所述刀架安装座上安装有刀架，所述刀架内部安装有旋转电机，所述旋转电机的动力输出轴固定连接有旋转主轴，所述旋转主轴底部固定连接有砂轮。

为了更好地实现对可分度旋转平台、数控机床的控制，本发明机械打磨系统还包括控制系统，所述控制系统与可分度旋转平台电连接，所述控制系统与数控机床的上下垂直进给系统、水平进给系统、旋转电机分别电连接。

为了提高打磨精度，本发明机械打磨系统还包括压缩空气输出装置，所述压缩空气输出装置的压缩空气出口与沟道对应设置。

一种用于风电转盘轴承沟道软带区域的机械打磨方法，其方法如下：

A、轴承工件的沟道具有淬火软带中心线，在轴承工件的沟道中设定出沟道打磨区域，所述沟道打磨区域包括软带打磨区域和位于软带打磨区域两侧的过渡区域，所述软带打磨区域的中心线为淬火软带中心线，两个过渡区域以淬火软带中心线为中心线对称设置；所述沟道打磨区域的打磨长度为L，所述软带打磨区域的打磨深度为H；

B、所述可分度旋转平台驱动轴承工件绕着沟道的圆心正向和逆向转动；打磨开始前，将数控机床的砂轮对应布置于沟道的淬火软带中心线处；当砂轮打磨转动时，可分度旋转平台驱动轴承工件正向转动角度P,然后再驱动轴承工件逆向转动角度P，可分度旋转平台驱动轴承工件转动的中心角度为M＝2P；

C、设定轴承工件最大转动中心角度M为α，α＝2×arcsin(L/d),d为沟道的滚道直径；设定轴承工件最小转动中心角度M为c，计算出过渡区域单边中心角度β＝(α-c)/2，c＝2×arcsin((L-2A)/d),β＝arcsin(L/d)-arcsin((L-2A)/d)，d为滚道直径；

D、砂轮在水平方向与垂直方向进行同时进给，砂轮的水平进给量和垂直方向进给量均为f，计算出砂轮水平方向或垂直方向上的进给次数N根据(H×sin45°)/f公式计算所得到的结果取整数部分；然后在根据如下公式计算出轴承工件的转动中心角减少角度γ，γ＝β/N；

E、轴承工件的第一次打磨，轴承工件的转动中心角度为α，然后砂轮在水平方向与垂直方向进行同时进给f后进入第二次打磨；

轴承工件的第二次打磨，轴承工件的转动中心角度为α-2γ，然后砂轮在水平方向与垂直方向进行同时进给f后进入第三次打磨；

轴承工件的第三次打磨，轴承工件的转动中心角度为α-4γ，然后砂轮在水平方向与垂直方向进行同时进给f后进入第四次打磨；

轴承工件的第N次打磨，轴承工件的转动中心角度为α-2×(N-1)×γ，然后砂轮在水平方向与垂直方向进行同时进给f后进入第N+1次打磨；

轴承工件的第N+1次打磨，轴承工件的转动中心角度为α-2×N×γ＝2β，第N+1次打磨完毕后，则整个轴承工件打磨结束。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明的沟道软带区域打磨深度及形状易于保证，沟道打磨均匀性好，过渡区域宽度不随沟道大小及砂轮尺寸大小影响，打磨面粗糙度较好，加工过程污染小，工人劳动强度低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为轴承工件在沟道圆周方向上的局部剖视图；

图3为轴承工件的横截面结构示意图；

图4为砂轮进给且轴承工件整体转动时的转动中心角度递减示意图；

图5为转动中心角度与转动中心角度变化所对应的打磨长度以及整个打磨长度之间的关系图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－轴承工件，2－沟道，21－上沟道,22－下沟道，3－可分度旋转平台,4－砂轮,5－旋转主轴,6－刀架,7－数控机床,8－压缩空气输出装置,9－控制系统，10－软带打磨区域，11－过渡区域，12－沟道圆心。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：

实施例

如图1～图5所示，一种用于风电转盘轴承沟道软带区域的机械打磨系统，包括轴承工件1，轴承工件1内侧侧部具有沟道2，沟道2包括上沟道21和下沟道22，沟道2中具有沟道软带中心线。本发明机械打磨系统还包括可分度旋转平台3和数控机床7，轴承工件1安装设于可分度旋转平台3上，可分度旋转平台3用于驱动轴承工件1中心转动，可分度旋转平台3上设有分度盘，分度盘用于精确控制轴承工件1转动的转动中心角度。数控机床7包括刀架安装座、上下垂直进给系统、水平进给系统，刀架安装座安装于水平进给系统上，水平进给系统滑动安装于上下垂直进给系统上，上下垂直进给系统用于驱动水平进给系统及刀架安装座上下垂直升降运动，水平进给系统用于驱动刀架安装座水平运动。刀架安装座上安装有刀架6，刀架6内部安装有旋转电机，旋转电机的动力输出轴固定连接有旋转主轴5，旋转主轴5底部固定连接有砂轮4。

本发明机械打磨系统还包括控制系统9，控制系统9与可分度旋转平台3电连接，控制系统9与数控机床7的上下垂直进给系统、水平进给系统、旋转电机分别电连接，通过控制系统9控制数控机床7上的砂轮4垂直升降运动或水平横向运动，控制系统9还控制可分度旋转平台3以实现控制分度盘并实现精确控制轴承工件1转动的转动中心角度。

本发明机械打磨系统还包括压缩空气输出装置8，压缩空气输出装置8的压缩空气出口与沟道2对应设置。压缩空气输出装置8与控制系统9电连接，通过控制系统9打开压缩空气输出装置8，在砂轮4打磨沟道2的同时，压缩空气输出装置8及时吹走粉尘，提高了打磨精度。

一种用于风电转盘轴承沟道软带区域的机械打磨方法，其方法如下：

A、轴承工件1的沟道2具有淬火软带中心线，在轴承工件1的沟道2中设定出沟道打磨区域，沟道打磨区域包括软带打磨区域10和位于软带打磨区域10两侧的过渡区域11，软带打磨区域10的中心线为淬火软带中心线，两个过渡区域11以淬火软带中心线为中心线对称设置；沟道打磨区域的打磨长度为L，软带打磨区域10的打磨深度为H；

B、可分度旋转平台3驱动轴承工件1绕着沟道2的圆心正向和逆向转动；打磨开始前，将数控机床7的砂轮4对应布置于沟道2的淬火软带中心线处；当砂轮4打磨转动时，可分度旋转平台3驱动轴承工件1正向转动角度P,然后再驱动轴承工件1逆向转动角度P，可分度旋转平台3驱动轴承工件1转动的中心角度为M＝2P；

C、设定轴承工件1最大转动中心角度M为α，α＝2×arcsin(L/d),d为沟道2的滚道直径；设定轴承工件1最小转动中心角度M为c，计算出过渡区域单边中心角度β＝α-c/2，c＝2×arcsin((L-2A)/d,β＝arcsin(L/d)-arcsin((L-2A)/d，d为滚道直径；

如图5所示，沟道2为圆形形状，沟道2具有沟道圆心12，转动中心角度M是相对于沟道圆心12，轴承工件1的最大转动中心角度α，α＝2×arcsin(L/d)，d为滚道直径，L为打磨长度；轴承工件1的最小转动中心角度c，c＝2×arcsin((L-2A)/d，d为滚道直径，L为打磨长度,A为最大转动中心角度至最小转动中心角度区间所对应的打磨长度；计算出轴承工件1的过渡区域单边中心角度β，β＝arcsin(L/d)-arcsin((L-2A)/d，d为滚道直径，A为最大转动中心角度至最小转动中心角度区间所对应的打磨长度，L为打磨长度。

D、砂轮4在水平方向与垂直方向进行同时进给，砂轮4的水平进给量和垂直方向进给量均为f，计算出砂轮4水平方向或垂直方向上的进给次数N根据H×sin45°/f公式计算所得到的结果取整数部分；然后在根据如下公式计算出轴承工件1的转动中心角减少角度γ，γ＝β/N；

E、轴承工件1的第一次打磨，轴承工件1的转动中心角度为α，然后砂轮4在水平方向与垂直方向进行同时进给f后进入第二次打磨；

轴承工件1的第二次打磨，轴承工件1的转动中心角度为α-2γ，然后砂轮4在水平方向与垂直方向进行同时进给f后进入第三次打磨；

轴承工件1的第三次打磨，轴承工件1的转动中心角度为α-4γ，然后砂轮4在水平方向与垂直方向进行同时进给f后进入第四次打磨；

轴承工件1的第N次打磨，轴承工件1的转动中心角度为α-2×N-1×γ，然后砂轮4在水平方向与垂直方向进行同时进给f后进入第N+1次打磨；

轴承工件1的第N+1次打磨，轴承工件1的转动中心角度为α-2×N×γ＝2β，第N+1次打磨完毕后，则整个轴承工件1打磨结束。

本发明的沟道软带区域打磨深度及形状易于保证，沟道打磨均匀性好，过渡区域宽度不随沟道大小及砂轮尺寸大小影响，打磨面粗糙度较好，加工过程污染小，工人劳动强度低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。