蔡建新 陳松

摘 要：高精度圓錐滾子內(nèi)圈外滾道磨床的凸度修整器直接影響著生產(chǎn)出的軸承的使用精度和壽命。本文則是以圓錐滾子軸承內(nèi)圈外滾道磨床凸度修整器修整方法的改進(jìn)為例，淺述一下砂輪凸度修整器改進(jìn)后的裝配工藝及注意點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：凸度修整器；雙曲線；修整參數(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.004

1 修整的概述

軸承圈用砂輪磨削，但磨削過(guò)程中砂輪會(huì)脫粒和鈍化，所以必須要修整，而且由于對(duì)工件滾道表面形狀會(huì)有一定要求，這些形狀很多是微觀上的，比方要求近似對(duì)數(shù)曲線的凸度，這個(gè)凸度微觀上只凸出幾個(gè)到十幾個(gè)微米，而這個(gè)微觀形狀也是由修整出砂輪的形狀，通過(guò)磨削復(fù)印上去的。通常修整是通過(guò)金剛筆來(lái)實(shí)現(xiàn)的，金剛筆的頭部有一個(gè)金剛石，作為天然的最硬的物質(zhì)，雖然砂輪磨粒很硬，但金剛筆仍可以作為“加工”砂輪的刀具，將砂輪修整出我們想要的形狀。

2 修整時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向

如下圖所示：修整其實(shí)就兩個(gè)方向，一個(gè)是砂輪軸向，一個(gè)是砂輪徑向。

要實(shí)現(xiàn)滾道的修整，有很多種方法，其中最簡(jiǎn)單的辦法就是直線修整，只要金剛筆沿砂輪軸向移動(dòng)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)砂輪的修整，但這種修整只能修整直線滾道，對(duì)于有凸度要求的滾道不能滿足要求，因此插補(bǔ)修整應(yīng)運(yùn)而生，所謂插補(bǔ)修整就是在砂輪與工件軸心的平面內(nèi)，砂輪軸向和砂輪徑向兩個(gè)方向均有一個(gè)數(shù)控軸控制精確控制金剛筆的運(yùn)動(dòng)和位置，使金剛筆尖按程序設(shè)定走出預(yù)設(shè)的曲線，從而把砂輪修整出所要的形狀，軸承磨床砂輪插補(bǔ)修整與一般金屬切削機(jī)床的插補(bǔ)有一定的區(qū)別，最大的區(qū)別在于精度要求高，因?yàn)闈L道凸度的度量值一般在1絲以內(nèi)，而且要求凸度曲線光滑無(wú)突跳，這對(duì)修整器徑向進(jìn)給（U軸）精度和分辨率要求相當(dāng)高。

3 改進(jìn)前的缺點(diǎn)

要實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)修整最簡(jiǎn)單的辦法就是分別用兩根伺服軸驅(qū)動(dòng)金剛筆在兩個(gè)方向內(nèi)運(yùn)動(dòng)。但這機(jī)械執(zhí)行部件和數(shù)控系統(tǒng)都有很高的要求，如要求高精度的滾珠絲桿及高精度導(dǎo)軌，還有穩(wěn)定可靠的數(shù)控系統(tǒng)，對(duì)零件精度和裝配工藝要求也很高，綜合使用成本高，往往還達(dá)不到要求，滾道凸度要求1絲以內(nèi)，則要求U軸的實(shí)際進(jìn)給分辨率至少要達(dá)到0.2微米以內(nèi)，這往往是絲桿直接驅(qū)動(dòng)難以達(dá)到的。以往無(wú)錫機(jī)床廠雙軸插補(bǔ)修整器U軸采用杠桿放大加彈簧片的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)金剛筆的微量進(jìn)給，金剛筆安裝在一個(gè)由前后兩片彈簧支承的座子上，金剛筆的微量移動(dòng)是由彈簧片的變形來(lái)實(shí)現(xiàn)的，彈簧片的變形又是通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的絲桿帶動(dòng)一個(gè)杠桿機(jī)械來(lái)壓住彈簧來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)杠桿理論上能實(shí)現(xiàn)絲桿走1絲金剛筆走1/5絲，提高了U軸的進(jìn)給精度。但這個(gè)結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)在于傳動(dòng)環(huán)節(jié)大多，導(dǎo)致最終精度不盡人意，如絲桿的螺距誤差，杠桿回轉(zhuǎn)點(diǎn)的回轉(zhuǎn)誤差，杠桿接觸點(diǎn)的傳動(dòng)誤差，還有彈簧片作為彈性體在微觀上后退量的不及時(shí)都會(huì)導(dǎo)致修整效果打折扣。

4 修整原理

是否有一方法能讓金剛筆的微動(dòng)機(jī)構(gòu)能環(huán)節(jié)簡(jiǎn)單，誤差較少呢。下面介紹這種方法：

我們通過(guò)以下簡(jiǎn)圖所示結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)砂輪的插補(bǔ)修整，其中一根伺服軸垂直于紙面，這個(gè)方向上和原來(lái)的修整器無(wú)異，這里不作多的描述；另外一根伺服軸為圖中高度方向，用于實(shí)現(xiàn)砂輪軸向的微量進(jìn)給，而砂輪軸向的微量進(jìn)給行程以幾個(gè)到十幾個(gè)微米，下面主要介紹如何利用這個(gè)高度方向的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)金剛筆在砂輪軸向的微進(jìn)給。

如同我們常用的圓錐軸承內(nèi)圈滾道直線修整器，金剛筆運(yùn)動(dòng)軌跡與砂輪主軸為一定角度時(shí)可以修整出雙曲線的形狀，這主要是由于筆尖與砂輪主軸的距離為定值的情況但呈不同高度差時(shí)修整出來(lái)的砂輪半徑不同，因此適當(dāng)控制這個(gè)高度就可以控制相應(yīng)的進(jìn)給量。

如上圖所示：金剛筆從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，x就是金剛筆垂直向下運(yùn)動(dòng)距離y給砂輪在半徑方向上的損耗量，實(shí)際上也就是我們所要的微動(dòng)機(jī)構(gòu)的單次進(jìn)給量。我們可能通過(guò)CAD軟件用作圖法試著來(lái)看看當(dāng)砂輪尺寸為500時(shí)要得0.1?m的進(jìn)給變化量金剛筆尖在垂直方向上距離是多少，很輕易的得出這個(gè)y值是：0.224，也就是說(shuō)這種機(jī)構(gòu)其實(shí)是一個(gè)放大系數(shù)很大的機(jī)構(gòu)，可以用一個(gè)較大的y值得到一個(gè)很小的x值，而且這個(gè)放大機(jī)構(gòu)的中間環(huán)節(jié)是純理論來(lái)實(shí)現(xiàn)的，不須依靠任何實(shí)物作載體，所以它的中間一環(huán)節(jié)幾乎沒(méi)有誤差，裝配誤差和工藝水平對(duì)會(huì)影響y值的實(shí)際值，但由于有較大的放大系數(shù)，就算y值有一定的出入，對(duì)x的影響也可以忽略。

由于金剛筆并不與砂輪中心等高，所以修整補(bǔ)償量與砂輪真正的修整量有一定的誤差值，如下圖所示，當(dāng)初始高度為H ，修整滑板修整補(bǔ)償量為A時(shí)，而實(shí)際的砂輪損耗量卻為B，顯然，A≠B。

至于這個(gè)誤差會(huì)是多少，我們輕易求出。以初始高度為2.5為例（這個(gè)出始高度可以實(shí)現(xiàn)大約12?m的凸度值，能滿足大部分用戶要求），砂輪從500損耗到400時(shí)A與B的數(shù)值。

可以看出來(lái)，這個(gè)誤差對(duì)在砂輪的使用壽命內(nèi)對(duì)工件尺寸影響不是很大。

R取定值造成的誤差評(píng)估。

從公式（3）可以看出，每一次求y值時(shí)，要用到R值，而R值是隨著微動(dòng)進(jìn)給量不斷變化的，能不能把R值固定為不隨單次修整中砂輪半徑變化而變化呢，單次修整時(shí)計(jì)算過(guò)程中R值取定值時(shí)的計(jì)算結(jié)果，及兩種結(jié)果之間對(duì)實(shí)際微動(dòng)量的誤差，很明顯這個(gè)誤差微忽其微。

5 結(jié)論

最后，可以評(píng)估一下，整個(gè)砂輪使用過(guò)程中R值一直保持不變時(shí)對(duì)進(jìn)給的影響，當(dāng)砂輪最小半徑為200時(shí)，繼續(xù)按R=250來(lái)計(jì)算時(shí)，單次修整凸度將會(huì)有3?m的誤差，這也是整個(gè)砂輪使用過(guò)程中的最大誤差至此。相比以往企業(yè)的雙軸插補(bǔ)修整器U軸采用杠桿放大加彈簧片方式的凸度修整器，由于進(jìn)給絲桿的螺距誤差，杠桿回轉(zhuǎn)點(diǎn)的回轉(zhuǎn)誤差，杠桿接觸點(diǎn)的傳動(dòng)誤差，還有彈簧片作為彈性體在微觀上后退量的不及時(shí)。因此，這種修整方案有一定的可行性。

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