磨削轴承滚道对数曲线凸度的方法及其专用装置.pdf

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。

1.  一种磨削轴承滚道对数曲线凸度的方法，其特征在于：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。

2.  根据权利要求1所述的磨削轴承滚道对数曲线凸度的方法，其特征在于：所述的对数曲线参数按公式
y＝p2(x)＝y₀+(y₁-y₀)/(x₁-x₀)(x-x₀)+((y₂-y₀)/(x₂-x₀)-(y₁-y₀)/(x₁-x₀))/(x₂-x₁)(x-x₀)(x-x₁)
数控编程，应用插值计算法由数控系统计算出对数曲线凸度量来控制伺服凸度修整器。

3.  根据权利要求1或2所述的磨削轴承滚道对数曲线凸度的方法，其特征在于：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，修整出带对数曲线凹度的砂轮。

4.  一种由权利要求1所述的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。

5.  根据权利要求4所述的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：所述的伺服凸度修整器的线性修整器的线性凸度凸轮的凸轮轨迹线是轴承滚道对数曲线凸度曲线。

磨削轴承滚道对数曲线凸度的方法及其专用装置
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，由于没有很好地设备及加工手段，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。