一种切入式超精机的圆锥滚子超精导辊的制作方法

本发明涉及圆锥滚子超精加工技术领域，尤其是涉及一种切入式超精机的圆锥滚子超精导辊。

背景技术：

公知的，圆锥滚子的切入式超精是一种获得精密圆锥滚子的终加工工序，而目前行业内所使用超精导辊与圆锥滚子接触部分的锥型的素线形状均为近似计算所得，即以两个超精导辊中心的连线作x轴，垂直于超精导辊中心连线并过两个超精导辊中心连线的中心作y轴，建立xoy坐标系，圆锥滚子在xoy平面内的截面是一个椭圆，而现有方式均将该椭圆近似为圆，导致圆锥滚子超精加工时难以进一步提高加工精度；此种现象是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种切入式超精机的圆锥滚子超精导辊。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种切入式超精机的圆锥滚子超精导辊，包含切入式超精机本体、圆锥滚子，还包含两个超精导辊、挡板和压块；两个超精导辊与切入式超精机本体对应传动连接，两个超精导辊的轴线对应平行且位于同一水平面，超精导辊辊身中部设有用于驱动圆锥滚子旋转的锥型凸起，且圆锥滚子的大头端与锥型凸起的小头端相对应，圆锥滚子的锥面与两个锥型凸起的锥面对应相切，圆锥滚子的最上端母线水平；所述切入式超精机本体对应两个超精导辊中间位置设有用于防止圆锥滚子在超精加工过程中轴向飞出的挡板，所述切入式超精机本体对应圆锥滚子的正上方设有用于对圆锥滚子超精加工的压块，压块与锥型凸起互不干涉；

所述锥型凸起外形的设计方法如下：

设圆锥滚子与锥型凸起的轴向长度相等，以两个锥型凸起中心的连线作x轴，垂直于锥型凸起中心连线并过两个锥型凸起中心连线的中心作y轴，建立xoy坐标系，圆锥滚子在xoy平面内的截面垂直于圆锥滚子最上端母线，圆锥滚子在xoy平面内截得的椭圆与两个锥型凸起均对应相切；

能够得出圆锥滚子在xoy平面内截得的椭圆方程为：

①

②

其中：a——圆锥滚子在xoy平面内截得的椭圆的半长轴；

b——圆锥滚子在xoy平面内截得的椭圆的半短轴；

ya——圆锥滚子在xoy平面内截得的椭圆的中心点；

oe——圆锥滚子在xoy平面内截得的椭圆的最高点e至xoy坐标系原点o之间的距离；

锥型凸起在xoy平面内的截圆方程为：

③

其中：l——两个超精导辊中心的距离；

r——锥型凸起在xoy平面内的截圆的半径；

设圆锥滚子在xoy平面内截得的椭圆与锥型凸起在xoy平面内的截圆的切点p的坐标为(x1，y1)，β为锥型凸起在xoy平面内中心点与p点的连线与x轴的夹角；则过p点与其中一锥型凸起中心点的直线斜率关系为：

④

过p点圆锥滚子在xoy平面内截得的椭圆的切线斜率关系为：

⑤

⑥

⑦

联立④⑤⑥⑦可求得r值；

圆锥滚子在xoy平面内截得的椭圆长轴a和半短轴b的取值关系如下：

⑧

⑨

⑩

⑪

其中：α——圆锥滚子半锥角；

d——圆锥滚子轴线上距离圆锥滚子大端中心点h处圆锥滚子的直径；

d′——圆锥滚子轴线上距离圆锥滚子大端中心点h处圆锥滚子在xoy平面内截得的椭圆的最下点所在平面截得圆锥滚子的截圆直径；

t′——圆锥滚子轴线上距离圆锥滚子大端中心点h处圆锥滚子在xoy平面内截得的椭圆的最下点所在平面截得圆锥滚子的截圆的中心点距离圆锥滚子在xoy平面内截得的椭圆的中心点的距离；

t——圆锥滚子轴线上任一点距离圆锥滚子大端中心点的距离；

dw——圆锥滚子大端直径；

由⑧⑨⑩⑪联立可得：

⑫

利用面积射影定理可知：

⑬

由于oe是定值，当t=0时：

⑭

其中：y0——锥型凸起最小直径时，圆锥滚子在xoy平面内截得的椭圆的中心点；

联立②⑭方程，可得：

⑮

当t=0时，β0已知，ya=y0，由④⑤⑥⑦联立可解得y0：

⑯

其中：β0——锥型凸起最小直径所在xoy平面内β的值；

由几何关系能够得出：

⑰

其中：h——圆锥滚子轴线上任意一点距离圆锥滚子大端中心点的距离；

联立④⑤⑥⑦⑫⑬⑮⑯⑰可以得到r与h的相关方程组如下：

⑱

⑲

⑳

对于同一台切入式超精机本体，方程组中l、α、dw是已知数，且β0应保证两个锥型凸起不能相互干涉，同时圆锥滚子置于两个锥型凸起之间，根据经验β0的合理取值范围是12°~21°，求解r与h的相关方程组即能够得出锥型凸起的外形；

压块与锥型凸起互不干涉，且两个锥型凸起互不干涉，需满足以下条件：

当时，

其中：df为圆锥滚子的最上端母线所在水平面与两个锥型凸起内侧交点连线之间的距离；

lw——圆锥滚子的长度；

h——压块下底面的宽度。

优选的，所述压块的底部设有与圆锥滚子锥面最上端对应接触的砂纸或超精油石。

优选的，所述切入式超精机本体设有用于控制压块上下移动的伸缩杠。

优选的，所述切入式超精机本体设有用于自动上、下料的机械手，且机械手与压块互不干涉。

优选的，所述超精导辊3与锥型凸起6为一体结构。

优选的，所述超精导辊3与锥型凸起6为分体式结构，且锥型凸起6与对应紧固套接。

优选的，所述β0角度值为的17°。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明公开的一种切入式超精机的圆锥滚子超精导辊，根据圆锥滚子在超精加工过程中的实际状态设计锥型凸起的外形，能够进一步提高加工精度，提高圆锥滚子超精后表面粗糙度，保证圆锥滚子表面外观的均匀一致性，改善圆锥滚子超精表面的锥度，以及改善超精表面的圆度值；此外，所述切入式超精机本体设有用于控制压块上下移动的伸缩杠，所述切入式超精机本体设有用于自动上、下料的机械手，且机械手与压块互不干涉，即能够通过机械手实现自动上下料，减轻操作人员的劳动强度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为圆锥滚子与锥型凸起的配合结构示意图；

图3为xoy平面内圆锥滚子与锥型凸起接触示意图；

图4为圆锥滚子与锥型凸起接触时的状态示意图。

图中：1、切入式超精机本体；2、圆锥滚子；3、超精导辊；4、挡板；5、压块；6、锥型凸起。

具体实施方式

通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。

结合附图1～4，一种切入式超精机的圆锥滚子超精导辊，包含切入式超精机本体1、圆锥滚子2，还包含两个超精导辊3、挡板4和压块5；两个超精导辊3与切入式超精机本体1对应传动连接，两个超精导辊3的轴线对应平行且位于同一水平面，超精导辊3辊身中部设有用于驱动圆锥滚子2旋转的锥型凸起6，且圆锥滚子2的大头端与锥型凸起6的小头端相对应，圆锥滚子2的锥面与两个锥型凸起6的锥面对应相切，圆锥滚子2的最上端母线水平；根据需要，所述超精导辊3与锥型凸起6为一体结构，装配简单，或所述超精导辊3与锥型凸起6为分体式结构，且锥型凸起6与对应紧固套接，能够提高锥型凸起6加工工艺性；所述切入式超精机本体1对应两个超精导辊3中间位置设有用于防止圆锥滚子2在超精加工过程中轴向飞出的挡板4，所述切入式超精机本体1对应圆锥滚子2的正上方设有用于对圆锥滚子2超精加工的压块5，压块5与锥型凸起6互不干涉；根据需要，所述压块5的底部设有与圆锥滚子2锥面最上端对应接触的砂纸或超精油石，即能够通过砂纸或超精油石对圆锥滚子2锥面进行超级加工；此外，所述切入式超精机本体1设有用于控制压块5上下移动的伸缩杠，所述切入式超精机本体1设有用于自动上、下料的机械手，且机械手与压块5互不干涉，即能够通过机械手实现自动上下料，减轻操作人员的劳动强度；

所述锥型凸起6外形的设计方法如下：

设圆锥滚子2与锥型凸起6的轴向长度相等，以两个锥型凸起6中心的连线作x轴，垂直于锥型凸起6中心连线并过两个锥型凸起6中心连线的中心作y轴，建立xoy坐标系，根据圆锥曲线理论可知，圆锥滚子2在xoy平面内的截面是一个椭圆，且截面垂直于圆锥滚子2母线，圆锥滚子2在xoy平面内截得的椭圆与两个锥型凸起6均对应相切；

能够得出圆锥滚子2在xoy平面内截得的椭圆方程为：

①

②

其中：a——圆锥滚子2在xoy平面内截得的椭圆的半长轴；

b——圆锥滚子2在xoy平面内截得的椭圆的半短轴；

ya——圆锥滚子2在xoy平面内截得的椭圆的中心点；

oe——圆锥滚子2在xoy平面内截得的椭圆的最高点e至xoy坐标系原点o之间的距离；

锥型凸起6在xoy平面内的截圆方程为：

③

其中：l——两个超精导辊中心的距离；

r——锥型凸起6在xoy平面内的截圆的半径；

设圆锥滚子2在xoy平面内截得的椭圆与锥型凸起6在xoy平面内的截圆的切点p的坐标为(x1，y1)，β为锥型凸起6在xoy平面内中心点与p点的连线与x轴的夹角；则过p点与其中一锥型凸起6中心点的直线斜率关系为：

④

过p点圆锥滚子2在xoy平面内截得的椭圆的切线斜率关系为：

⑤

⑥

⑦

联立④⑤⑥⑦可求得r值；

圆锥滚子2在xoy平面内截得的椭圆长轴a和半短轴b的取值关系如下：

⑧

⑨

⑩

⑪

其中：α——圆锥滚子半锥角；

d——圆锥滚子2轴线上距离圆锥滚子2大端中心点h处圆锥滚子2的直径；

d′——圆锥滚子2轴线上距离圆锥滚子2大端中心点h处圆锥滚子2在xoy平面内截得的椭圆的最下点所在平面截得圆锥滚子2的截圆直径；

t′——圆锥滚子2轴线上距离圆锥滚子2大端中心点h处圆锥滚子2在xoy平面内截得的椭圆的最下点所在平面截得圆锥滚子2的截圆的中心点距离圆锥滚子2在xoy平面内截得的椭圆的中心点的距离；

t——圆锥滚子2轴线上任一点距离圆锥滚子2大端中心点的距离；

dw——圆锥滚子2大端直径；

由⑧⑨⑩⑪联立可得：

⑫

利用面积射影定理可知：

⑬

由于oe是定值，当t=0时：

⑭

其中：y0——锥型凸起6最小直径时，圆锥滚子2在xoy平面内截得的椭圆的中心点；

联立②⑭方程，可得：

⑮

当t=0时，β0已知，ya=y0，由④⑤⑥⑦联立可解得y0：

⑯

其中：β0——锥型凸起6最小直径所在xoy平面内β的值；

由几何关系能够得出：

⑰

其中：h——圆锥滚子2轴线上任意一点距离圆锥滚子2大端中心点的距离；

联立④⑤⑥⑦⑫⑬⑮⑯⑰可以得到r与h的相关方程组如下：

⑱

⑲

⑳

对于同一台切入式超精机本体1，方程组中l、α、dw是已知数，且β0应保证两个锥型凸起6不能相互干涉，同时圆锥滚子2置于两个锥型凸起6之间，根据经验β0的合理取值范围是12°~21°，求解r与h的相关方程组即能够得出锥型凸起6的外形；

压块5与锥型凸起6互不干涉，且两个锥型凸起6互不干涉，需满足以下条件：

当时，

其中：df为圆锥滚子2的最上端母线所在水平面与两个锥型凸起6内侧交点连线之间的距离；

lw——圆锥滚子2的长度；

h——压块5下底面的宽度。

实施本发明所述的切入式超精机的圆锥滚子超精导辊，使用时根据切入式超精机本体1以及圆锥滚子2的相关参数设计锥型凸起6的外形，在所述压块5的底部设置与圆锥滚子2锥面最上端对应接触的砂纸或超精油石即可对圆锥滚子2进行超精加工。

本发明未详述部分为现有技术。