基于砂輪凸度修整器修整方法的改進

蔡建新 陳松

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

關鍵詞：凸度修整器；雙曲線；修整參數

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，但磨削過程中砂輪會脫粒和鈍化，所以必須要修整，而且由于對工件滾道表面形狀會有一定要求，這些形狀很多是微觀上的，比方要求近似對數曲線的凸度，這個凸度微觀上只凸出幾個到十幾個微米，而這個微觀形狀也是由修整出砂輪的形狀，通過磨削復印上去的。通常修整是通過金剛筆來實現的，金剛筆的頭部有一個金剛石，作為天然的最硬的物質，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 修整時的運動方向

如下圖所示：修整其實就兩個方向，一個是砂輪軸向，一個是砂輪徑向。

要實現滾道的修整，有很多種方法，其中最簡單的辦法就是直線修整，只要金剛筆沿砂輪軸向移動，就可以實現對砂輪的修整，但這種修整只能修整直線滾道，對于有凸度要求的滾道不能滿足要求，因此插補修整應運而生，所謂插補修整就是在砂輪與工件軸心的平面內，砂輪軸向和砂輪徑向兩個方向均有一個數控軸控制精確控制金剛筆的運動和位置，使金剛筆尖按程序設定走出預設的曲線，從而把砂輪修整出所要的形狀，軸承磨床砂輪插補修整與一般金屬切削機床的插補有一定的區別，最大的區別在于精度要求高，因為滾道凸度的度量值一般在1絲以內，而且要求凸度曲線光滑無突跳，這對修整器徑向進給（U軸）精度和分辨率要求相當高。

3 改進前的缺點

要實現插補修整最簡單的辦法就是分別用兩根伺服軸驅動金剛筆在兩個方向內運動。但這機械執行部件和數控系統都有很高的要求，如要求高精度的滾珠絲桿及高精度導軌，還有穩定可靠的數控系統，對零件精度和裝配工藝要求也很高，綜合使用成本高，往往還達不到要求，滾道凸度要求1絲以內，則要求U軸的實際進給分辨率至少要達到0.2微米以內，這往往是絲桿直接驅動難以達到的。以往無錫機床廠雙軸插補修整器U軸采用杠桿放大加彈簧片的方式來實現金剛筆的微量進給，金剛筆安裝在一個由前后兩片彈簧支承的座子上，金剛筆的微量移動是由彈簧片的變形來實現的，彈簧片的變形又是通過伺服電機驅動的絲桿帶動一個杠桿機械來壓住彈簧來實現，通過杠桿理論上能實現絲桿走1絲金剛筆走1/5絲，提高了U軸的進給精度。但這個結構的缺點在于傳動環節大多，導致最終精度不盡人意，如絲桿的螺距誤差，杠桿回轉點的回轉誤差，杠桿接觸點的傳動誤差，還有彈簧片作為彈性體在微觀上后退量的不及時都會導致修整效果打折扣。

4 修整原理

是否有一方法能讓金剛筆的微動機構能環節簡單，誤差較少呢。下面介紹這種方法：

我們通過以下簡圖所示結構來實現砂輪的插補修整，其中一根伺服軸垂直于紙面，這個方向上和原來的修整器無異，這里不作多的描述；另外一根伺服軸為圖中高度方向，用于實現砂輪軸向的微量進給，而砂輪軸向的微量進給行程以幾個到十幾個微米，下面主要介紹如何利用這個高度方向的移動實現金剛筆在砂輪軸向的微進給。

如同我們常用的圓錐軸承內圈滾道直線修整器，金剛筆運動軌跡與砂輪主軸為一定角度時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修整出來的砂輪半徑不同，因此適當控制這個高度就可以控制相應的進給量。

如上圖所示：金剛筆從A點運動到B點，x就是金剛筆垂直向下運動距離y給砂輪在半徑方向上的損耗量，實際上也就是我們所要的微動機構的單次進給量。我們可能通過CAD軟件用作圖法試著來看看當砂輪尺寸為500時要得0.1?m的進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y值是：0.224，也就是說這種機構其實是一個放大系數很大的機構，可以用一個較大的y值得到一個很小的x值，而且這個放大機構的中間環節是純理論來實現的，不須依靠任何實物作載體，所以它的中間一環節幾乎沒有誤差，裝配誤差和工藝水平對會影響y值的實際值，但由于有較大的放大系數，就算y值有一定的出入，對x的影響也可以忽略。

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

至于這個誤差會是多少，我們輕易求出。以初始高度為2.5為例（這個出始高度可以實現大約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A與B的數值。

可以看出來，這個誤差對在砂輪的使用壽命內對工件尺寸影響不是很大。

R取定值造成的誤差評估。

從公式（3）可以看出，每一次求y值時，要用到R值，而R值是隨著微動進給量不斷變化的，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，單次修整時計算過程中R值取定值時的計算結果，及兩種結果之間對實際微動量的誤差，很明顯這個誤差微忽其微。

5 結論

最后，可以評估一下，整個砂輪使用過程中R值一直保持不變時對進給的影響，當砂輪最小半徑為200時，繼續按R=250來計算時，單次修整凸度將會有3?m的誤差，這也是整個砂輪使用過程中的最大誤差至此。相比以往企業的雙軸插補修整器U軸采用杠桿放大加彈簧片方式的凸度修整器，由于進給絲桿的螺距誤差，杠桿回轉點的回轉誤差，杠桿接觸點的傳動誤差，還有彈簧片作為彈性體在微觀上后退量的不及時。因此，這種修整方案有一定的可行性。

參考文獻：

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