СПОСОБ ШЛИФОВАНИЯ СФЕРИЧЕСКИХ ТОРЦОВ КОНИЧЕСКИХ РОЛИКОВ
METHOD OF GRINDING TAPER ROLLER SPHERICAL ENDS

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в подшипниковой промышленности.
Известны аналогичные способы шлифования сферических торцов конических роликов (а.с.№137781 от 17.08.60, БИ 8, 61; а.с. №1252137 от 15.09.83, БИ 31, 86). В аналоге (а.с. №137781 от 17.08.60, БИ 8, 61) конические ролики устанавливаются во втулки, угол конуса внутренних поверхностей которых больше угла конуса роликов. Данный способ предполагает бесцентровое шлифование сферических торцов конических роликов, помещаемых с втулками в гнезда диска, перемещением которого ролики попадают в зону резания между двумя обрабатывающими их торцы абразивных круга, при котором линия контакта ролика с внутренним конусом втулки все время перемещается в результате наклона оси втулки при вращении диска и изменении направлений усилий резания. Подобные способы шлифования сферических торцов конических роликов отличаются высокой производительностью, однако существенным недостатком являются периодические погрешности обработки радиуса сферы ролика.
В аналоге (а.с. №1252137 от 15.09.83, БИ 31, 86) конические ролики базируются в опорные элементы, выполненные в виде концентрично установленных колец, имеющих разную контактную жесткость, между параллельно расположенных приводных дисков, вращающихся с определенными угловыми скоростями, и обеспечивающих тем самым вращение опорных элементов с коническими роликами вокруг собственной оси и их круговую подачу напроход. Базирование роликов в опорных элементах осуществляется по двойной направляющей и двум опорным базам контактированием наружной поверхности конической поверхности ролика с внутренними коническими поверхностями опорных элементов. Подобная схема базирования конических роликов позволяет расположить их на заданном расстоянии от оси приводных дисков. Однако аналогичные способы шлифования сферических торцов конических роликов имеют существенный недостаток, заключающийся в неточном выполнении размера радиуса сферы торца ролика, обусловленный ненадежным базированием конического ролика.
В качестве прототипа по своей технической сущности наиболее близко подходит способ шлифования сферических торцов конических роликов (а.с. 1465274 от 23.02.87, БИ 10, 89). В способе-прототипе шлифуемые конические ролики устанавливают в конические втулки, размещенные между дисками, обеспечивающими необходимые им движения при шлифовании напроход: подачу роликов вокруг своей оси и подачу вокруг оси дисков.
Базирование конических роликов осуществляется по двойной направляющей и двум опорным базам, что позволяет добиться необходимого положения конических роликов в механизме подачи. Однако способ-прототип имеет недостаток - неточное выполнение радиуса сферы торца относительно заданного номинального размера.
Заявляемый способ шлифования лишен указанного недостатка.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе шлифования сферических торцов конических роликов сборным шлифовальным кругом с периферией, заправленной по радиусу сферы сферических торцов, при котором конические ролики устанавливают конической поверхностью в ответное коническое отверстие втулок, расположенных равномерно по периферии головки круговой подачи, конические ролики вместе с втулками располагают в наружных концах шпинделей, выполненных пустотелыми и встроенными радиально с равным угловым шагом в головку круговой подачи, которым сообщают вращение вокруг собственной оси и, одновременно, совместное с головкой круговой подачи вращение вокруг ее оси, перпендикулярной оси вращения сборного шлифовального круга посредством дифференциальной конической зубчатой передачи, включающей малые зубчатые колеса, выполненные заодно с внутренними концами шпинделей, и два больших колеса, установленные на валах, соосных головке круговой подачи, получающие самостоятельное вращение от отдельного привода и одновременно зацепляющиеся с малыми зубчатыми колесами, при этом внутри сквозного отверстия шпинделей размещены подпружиненные толкатели, взаимодействующие одним концом с неподвижным кулачком, закрепленным соосно оси вращения головки круговой подачи, а противоположным концом имеющие возможность выталкивать по окончанию цикла шлифования конический ролик из втулки, имеющей возможность смены при смене типа конического ролика.
Технической задачей, которую решает изобретение, является повышение точности величины радиуса сферы торца конического ролика. Отличительный признак - иной способ установки и привода рабочего движения конического ролика, исключающий произвольное изменение его пространственного положения относительно заданной траектории круговой подачи. В изобретении это осуществляется установкой втулки, выполненной сменной с коническими наружной и внутренней поверхностями, с размещенным в ней коническим роликом в наружную часть шпинделя, выполненного пустотелым, опорный узел которого вставляется с регулировкой в осевом направлении, необходимой для правильного зубчатого зацепления, являющегося к тому же дифференциальным коническим, его внутренней части с двумя ответными зубчатыми колесами, в головку круговой подачи. Данная дифференциальная коническая зубчатая передача обеспечивает вращение шпинделей с коническими роликами вокруг их общей оси и их вращение с головкой круговой подачи напроход. Установкой и центрированием конического ролика конической поверхностью по внутренней конической поверхности втулки реализуется двойная направляющая база, лишающая конический ролик четырех степеней свободы. Центрирование конического ролика конической поверхностью по внутренней конической поверхности сменной втулки лишает коничесикй ролик пятой степени свободы - возможности перемещения вдоль своей оси, чем реализуется опорная база конического ролика. Шестой степени свободы - возможности свободного вращения вокруг своей оси - конический ролик лишается за счет сил трения между наружной поверхностью конического ролика и внутренней конической поверхности втулки. Этим также реализуется опорная база. Таким образом, в комплект баз, определяющих положение конического ролика, входят двойная направляющая и две опорные базы, реализуемые только за счет установки конического ролика в сменную втулку. В способе-прототипе конический ролик устанавливается подобным образом, но схема установки втулки с роликом в заявляемом способе и способе-прототипе принципиально отличны. В способе-прототипе втулку устанавливают между торцами приводных дисков, реализуя при этом базирование по двойной опорной базе - наружной конической поверхности втулки, лишающее сменную втулку двух степеней свободы, в гнездах сепаратора, что также реализует базирование по двойной опорной базе и лишает двух степеней свободы. Пятой и шестой степени свободы сменная коническая втулка лишается за счет центрирования конической поверхностью между коническими торцами приводных дисков и сил трения между конической поверхностью сменной конической втулки и торцами приводных дисков соответственно, реализуя при этом две опорные базы. Подобная схема базирования имеет серьезный недостаток - в динамическом состоянии при выполнении операции шлифования втулка с коническим роликом произвольно меняют пространственное положение относительно известной траектории круговой подачи, что негативно влияет на точность обработки, вызывая периодические погрешности обработки. В изобретении для того, чтобы исключить подобные недостатки, коническую сменную втулку с коническим роликом устанавливают в наружную часть шпинделя, представляющую собой коническое отверстие. В данном случае базирование осуществляется по двойной опорной базе контактированием наружной конической поверхности втулки с внутренней конической поверхностью отверстия наружной части шпинделя и двум опорным базам, одна из которых реализуется центрированием конического ролика по внутреннему конусу втулки, другая - за счет сил трения между коническими поверхностями отверстия и втулки, а в движение втулка с роликом приводятся дифференциальной конической зубчатой передачей от двух приводных конических зубчатых колес, установленных на двух соосных валах, общая ось которых перпендикулярна оси вращения шлифовального круга, для чего внутреннюю часть шпинделя выполняют с коническими зубьями.
Таким образом, реализацией отличительного признака доказана возможность решения технической задачи.
Анализ известных технических решений и сравнение с ними заявляемого способа шлифования показал, что в них нет аналогичных отличительных признаков. Поэтому известные технические решения не позволяют решить поставленную задачу. Следовательно, отличительные признаки заявляемого способа шлифования являются существенными.
В заявке представлены следующие графические материалы:
фиг.1 - схема обработки сферического торца конического ролика;
фиг.2 - то же, разрез А-А.
сф
Конический ролик 1 имеет возможность быть установленным внутри втулки 2. Втулка 2 имеет возможность быть установленной в наружную часть шпинделя 3. Для возможности центрирования конического ролика 1 конической поверхностью 4 по внутренней конической поверхности 5 втулки 2 реализуется двойная направляющая база, лишающая конический ролик 1 четырех степеней свободы, и опорная база, лишающая конический ролик 1 перемещения вдоль его оси 6. Шестая степень свободы конического ролика 1 - возможного свободного вращение вокруг его оси 6, лишается за счет сил трения между конической поверхностью 4 конического ролика 1 и конической поверхностью 5 втулки 2. Втулка 2 имеет возможность базироваться наружной конической поверхностью 7 по двойной направляющей базе в коническом отверстии 8 пустотелого шпинделя 3 с центрированием по конусу, лишающим пятой степени свободы - возможности свободного перемещения втулки 2 с роликом 1 вдоль их общей оси 6, реализуя тем самым опорную базу. Шестой степени свободы - возможности свободного вращения втулки 2 с коническим роликом 1 вокруг их общей оси 6 - втулка 2 лишается за счет сил трения между коническим отверстием 8 и наружной конической поверхностью 7 втулки 2. На наружной части шпинделя 3 выполняют зубья 9, играющие роль малого зубчатого колеса, которые имеют возможность одновременно вступать в зубчатое коническое зацепление с зубьями 10 и 11 больших зубчатых колес 12 и 13 соответственно. Большие зубчатые колеса 12 и 13 соответственно имеют возможность быть установленными на валы 14 и 15, имеющие общую ось 16. На шпиндель 3 имеет возможность быть установлена пара роликоподшипников 17 (прецизионных радиально-упорных конических) с упорным бортом на наружном кольце. Шпиндель 3 с парой роликоподшипников 17 имеет возможность быть установленным в стакан 18, имеющий, в свою очередь, возможность быть установленным в головку круговой подачи 19. Стакан 19 с шпинделем 3 имеют возможность регулируемого перемещения вдоль их общей оси 6 за счет имеющих возможность быть установленными между фланцевым соединением стакан 18 - головка круговой подачи 19 регулировочных колец 20, что позволяет обеспечить правильное зацепление зубьев 9 шпинделя 3 с зубьями 10 и 11 больших зубчатых колес 12 и 13 соответственно. Поскольку валы 14 и 15 имеют возможность вращения вместе с установленными на них большими зубчатыми колесами 12 и 13 вокруг оси 16 в различном направлении и с различными скоростями, то шпиндель 3 с неподвижно установленными в нем втулкой 2 и коническим роликом 1 получают возможность одновременно двух вращений: вокруг своей оси 6 и вокруг оси 16 вращения валов 14 и 15, то есть двух вспомогательных движений схемы обработки. Главным рабочим движением является возможность вращения шлифовального круга 21, заправленного по радиусу сферы R, вокруг оси 22. При этом шлифовальный круг 22 имеет возможность быть выполненным составным - собранным из нескольких частей, имеющих различные режущие характеристики - как единое целое для последовательно выполненных чернового, чистового и окончательного переходов. После окончания цикла шлифования конический ролик 1 попадает в зону выгрузки, где он обязательно должен быть удален из втулки 2 для соблюдения непрерывности процесса шлифования. В связи с этим в сквозном отверстии вала 15 имеет возможность быть размещенным неподвижный стержень 23 с неподвижно закрепленным на нем кулачком 24, имеющим возможность приводить в действие расположенный в отверстии пустотелого шпинделя 3 подпружиненный толкатель 25, выталкивающий конический ролик 1 в зоне выгрузки. Таким образом, шлифовальный круг 22 имеет возможность, вращаясь вокруг своей оси 23, обрабатывать сферический торец 26 конического ролика 1, который, в свою очередь, имеет возможность быть установленным в втулку 2 шпинделя 3, причем вышеупомянутые три тела имеют возможность одновременных вращательных движений: первое - вокруг их общей оси, второе - вокруг оси 17 валов 15 и 16, а в зоне выгрузки имеет возможность быть удаленным из втулки 2 при помощи подпружиненного толкателя 25, имеющего возможность приводиться в действие от кулачка 24.
сф
кр
кр
12
13
p
пp
пp
Способ шлифования сферических торцов конических роликов в динамике. Перед шлифованием конических роликов 1 настраивают станок. Правят и балансируют установленный собранный из трех частей шлифовальный круг 22 на величину радиуса сферы R. В шпиндели 3 устанавливают втулки 2. Далее на него монтируют пару роликоподшипников 17 (прецизионных радиально-упорных конических) и данный узел устанавливают в стакан 18. Устанавливают в отверстие пустотелого шпинделя 3 подпружиненный толкатель 25. Стакан 18 с расположенными в нем элементами помещают в головку круговой подачи 19. В сквозном отверстии вала 15 размещают неподвижный стержень 23 с последующей неподвижной установкой на него кулачка 24. К зубьям 9 шпинделя 3 подводят зубья 10 и 11 установленных на валах 14 и 15 больших зубчатых колес 12 и 13 соответственно. Регулируют дифференциальное коническое зубчатое зацепление при помощи регулировочных колец 20 фланцевого соединения стакан 18 - головка круговой подачи 19 и осевого перемещения валов 14 и 15 с соответствующими большими зубчатыми колесами 12 и 13 так, чтобы обеспечивались правильная передача крутящего момента и чтобы пересечение линий делительных конусов двух конических зубчатых передач - точка 0 - располагалась на общей для двух валов 14 и 15 оси 16. Настраивают механизмы загрузки и выгрузки для равномерной подачи обрабатываемых деталей. Шлифовальный круг 21 располагают относительно головки круговой подачи 19 и втулок 2 так, чтобы был обеспечен съем требуемого припуска каждой частью шлифовального круга 21. Включают вращение шлифовального круга 21 с требуемой частотой вращения n, обусловленной требуемой скоростью шлифования υ. Включают вращение больших зубчатых колес 12 и 13 с требуемыми частотами n и n, обусловленными необходимыми величинами частоты n вращения конического ролика 1 вместе с шпинделем 3 вокруг их общей оси 6 и продольной подачи S конического ролика 1 с шпинделем 3 и головкой круговой подачи 19. Загружают конические ролики 1 в зоне загрузки. Каждый из конических роликов 1 автоматически устанавливается, базируясь по двойной направляющей базе - конической поверхностью по внутренней конической поверхности втулки 2. Одновременно за счет центрирования конического ролика 1 контактированием конических поверхностей 5 конического ролика 1 и 6 - втулки 2 и возникающих при этом сил трения происходит базирование конического ролика 1 в направлении его оси 6 и в окружном направлении, предотвращающее его проворачивание в втулке 2. В то же время за счет разности окружных скоростей больших зубчатых колес 12 и 13 шпинделям 3 вместе с коническими роликами 1 придается заданная скорость продольной подачи S и вращение вокруг их общей оси 6. Вступают последовательно в работу отдельные части шлифовального круга 21, снимая последовательно черновой, затем, например, чистовой и выхаживания припуски. Шлифование сферического торца 26 конического ролика 1 ведут с обильным охлаждением. Попав в зону выгрузки, конические ролики 1 выталкиваются подпружиненным толкателем 25, приводимым в действие кулачком 24.
Пример конкретного выполнения способа шлифования конических роликов.
-0,5
-10
Необходимо обработать поверхность сферического торца радиально-упорного роликового подшипника 7807У. Ролик данного подшипника имеет следующие размеры: длину 19,2 мм; наибольший диаметр - 9,65 мм; наименьший диаметр - 8,316 мм; угол наклона образующей конуса - 2°; радиус сферы торца 138 мм; допустимая высота шероховатости сферического торца - 0,2 мкм; допустимое биение сферического торца - 5 мкм. Обработку производят на сферошлифовальном станке мод. БСШ-200м со следующими режимами шлифования: припуск, снимаемый при шлифовании - 0,1 мм; скорость продольной круговой подачи - 1,15 м/мин; скорость шлифовального круга - 25 м/с; частота вращения изделия 927 об/мин; частота вращения ведущего большого зубчатого колеса - 42,7 об/мин; частота вращения ведомого большого зубчатого колеса - 39,86 об/мин.
Использовался сборный шлифовальный круг, состоящий из трех частей, имеющих следующие характеристики:
I - 500×63×305 14А16ПС2Б;
II - 500×80×305 14А8ПСМВ;
III - 500×20×305 92ЕМ28ПМ3Гр.
Применялась СОЖ.
сф
сф
После шлифования конических роликов по заявленному способу радиус сферы торцов роликов имел значения R=130…136 мм. Способ-прототип обеспечивал значения радиуса сферы R=140…150 мм. Отсюда следует, что заявляемый способ обеспечивает получение радиуса сферы торцов конических роликов в требуемом диапазоне значений. Другими словами, он позволяет решить поставленную техническую задачу повышения точности выполнения радиуса сферы торца ролика.
Экономическую эффективность заявляемого способа шлифования можно определить как разность дополнительных затрат на его реализацию и стоимость брака.