一种全自动轴承内圈滚道的超声强化研磨加工设备的制作方法

1.本发明涉及超声强化研磨加工设备，具体涉及一种全自动轴承内圈滚道的超声强化研磨加工设备。


背景技术：

2.强化研磨加工是一种基于复合加工方法的抗疲劳、抗腐蚀、抗磨损的金属材料表面强化加工方法，利用表面冲击或挤压的方式使材料表层发生剧烈塑性变形，诱发晶体内部缺陷发展为位错、亚晶界或晶界，引起表层材料晶粒细化，提升材料表面硬度，同时在材料表层引入残余压应力，抑制表层疲劳裂纹的萌生与发展，提高材料疲劳寿命。
3.其中，利用超声波进行强化研磨加工的技术己经展现出很多优点，例如工作过程中丸粒几乎无破损，无粉尘污染，且可重复利用，且设备体积小，耗能低，可以做成便携式装置。但是，现有的超声波强化研磨加工仍为人工操作，需要依靠人工对轴承内圈进行上料、搬运以及下料，加工效率较低，加工成本较高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种全自动轴承内圈滚道的超声强化研磨加工设备，该超声强化研磨加工设备能够实现全自动的上料、搬运以及下料工作，无需人工操作，有利于提高加工效率，降低加工成本。
5.本发明的目的通过以下技术方案实现：
6.一种全自动轴承内圈滚道的超声强化研磨加工设备，包括自动上料机构、自动搬运机构、研磨加工机构和自动下料机构；
7.所述自动上料机构包括上料振动盘和上料输送通道；所述自动下料机构包括下料输送通道；
8.所述自动搬运机构包括夹取爪、用于驱动夹取爪对轴承内圈进行夹取的夹取驱动机构、用于驱动夹取爪进行竖向移动的竖向搬运驱动机构和用于驱动夹取爪进行横向移动的横向搬运驱动机构；所述夹取爪设有两个，两个夹取爪相对连接在夹取驱动机构的驱动端上；所述夹取驱动机构设置在竖向搬运驱动机构上，所述竖向搬运驱动机构设置在横向搬运驱动机构上；
9.所述研磨加工机构包括用于对轴承内圈进行旋转装夹的旋转装夹机构和用于将研磨料高速撞击在轴承内圈的表面的超声振动机构，所述旋转装夹机构包括旋转夹具和用于驱动旋转夹具组件进行旋转的旋转驱动机构，所述旋转夹具与旋转驱动机构的驱动端连接；所述超声振动机构包括加工座、超声波换能器和超声工具头，所述加工座上设有加工内腔；所述超声工具头的一端与超声波换能器连接，另一端延伸至加工内腔的底部；在工作状态下，研磨料承放在超声工具头延伸至加工内腔的底部的端面上，轴承内圈的滚道放置在加工内腔的顶部。
10.上述全自动轴承内圈滚道的超声强化研磨加工设备的工作原理为：
11.工作时，将轴承内圈投放在上料振动盘，启动上料振动盘，在通过振动与旋转运动，轴承内圈将实现从无序状态转变为有序状态，继而从上料振动盘的出料口输出至上料输送通道中。与此同时或之前，在横向搬运驱动机构的驱动下，夹取爪横向移动至下料输送通道的上方，使得两个打开状态的夹取爪对准待加工的轴承内圈；接着，在竖向搬运驱动机构的驱动下，两个夹取爪往下移动靠近轴承内圈，当两个夹取爪下降至轴承内圈的两侧后，夹取驱动机构驱动两个夹取爪进行相向移动，对中间的轴承内圈进行夹紧；继而在横向搬运驱动机构和竖向搬运驱动机构的驱动下，两个夹取爪夹着轴承内圈竖向升起，横向移动至加工座的正上方，再下降将轴承内圈投放至加工座上；竖向搬运驱动机构再驱动夹取爪上升复位。
12.然后，通过旋转夹具对该轴承内圈进行固定，此时轴承内圈位于加工座之上，待加工的滚道表面正对着加工内腔；启动超声波换能器和旋转驱动机构，开始对轴承内圈进行强化加工。其中，超声波换能器发出超声波，由超声工具头将其转换成高频的振动，由于研磨料(钢珠、研磨粉)放置加工内腔中，并承放在超声工具头的端面上，所以高频的振动直接赋予研磨料巨大的冲击力，使得研磨料可以高速地往上撞击轴承内圈的滚道，从而在滚道产生残余压应力。进一步，研磨料往上撞击轴承内圈后，反弹落下去，研磨料再次被振动而往上移动，从而再次对轴承内圈进行撞击挤压，以此循环，直至强化加工完成。另外，在研磨料冲击的同时，旋转驱动机构驱动旋转夹具进行转动，使得轴承内圈的滚道匀速地从研磨料收集盒的上开口转过，这样研磨料可以依次沿着轴承内圈的滚道进行撞击，从而确保整个滚道均匀地附上强化层。
13.加工完毕后，在横向搬运驱动机构和竖向搬运驱动机构的驱动下，夹取爪将轴承内圈从加工座上搬运至下料输送通道中，由下料输送通道将完成加工的轴承内圈输送至其他加工工位。
14.本发明的一个优选方案，其中，所述上料输送通道包括第一上料输送通道和第二上料输送通道，位于第一上料输送通道中的轴承内圈的轴线沿着竖直方向延伸，位于第二上料输送通道中的轴承内圈的轴线沿着水平方向延伸且与所述横向搬运驱动机构的驱动方向垂直；
15.所述第一上料输送通道和第二上料输送通道之间设有用于将水平放置的轴承套圈转为倾斜状态的中间输送通道；所述第一上料输送通道的首端连通至上料振动盘的出料口，该第一上料输送通道设置在直振机上；所述第二上料输送通道和下料输送通道设置在同一个竖直面内，所述第二上料输送通道倾斜设置。
16.进一步，所述中间输送通道的输送方向与第二上料输送通道的输送方向垂直，该中间输送通道的末端铰接在第二上料输送通道的侧壁顶部；
17.所述中间输送通道的首端下方设有抬升倾倒机构，该抬升倾倒机构包括抬升凸轮和用于驱动抬升凸轮进行转动的抬升驱动机构，所述抬升凸轮的表面顶在中间输送通道的底面。
18.通过上述结构，上料振动盘将轴承内圈从无序状态转变为有序的平铺状态，并输出至第一上料输送通道上，在直振机的振动下，轴承内圈沿着第一上料输送通道移动至中间输送通道中；接着，在抬升驱动机构的驱动下，抬升凸轮进行转动，从而抬起中间输送通道，中间输送通道绕着铰接点往上翻转，轴承内圈由水平状态变为倾斜状态，继而在重力的
作用下，轴承内圈从中间输送通道滑落至第二上料输送通道中；而位于第二上料输送通道中的轴承内圈为竖立状态，继而自动地沿着倾斜的第二上料输送通道往前滚动，以便后续自动搬运机构将其搬运至加工座上。
19.进一步，所述抬升驱动机构包括抬升驱动电机和抬升传动组件，所述抬升传动组件包括同步带和同步轮。
20.本发明的一个优选方案，其中，所述夹取驱动机构包括双向驱动气缸，两个夹取爪分别固定连接在双向驱动气缸的伸缩杆的两端。通过上述结构，在双向驱动气缸的驱动下，两个夹取爪可以进行相向或反向移动，从而对轴承内圈进行抓取。
21.本发明的一个优选方案，其中，所述竖向搬运驱动机构包括竖向搬运驱动气缸，该竖向搬运驱动气缸的伸缩杆与夹取驱动机构固定连接。通过上述结构，在竖向搬运驱动气缸的驱动下，可以驱动夹取爪进行升降移动，对轴承内圈进行搬运。
22.本发明的一个优选方案，其中，所述横向搬运驱动机构包括横向搬运驱动电机和横向搬运传动组件，所述横向搬运传动组件包括横向搬运丝杆和横向搬运丝杆螺母；所述竖向搬运驱动机构固定连接在横向搬运丝杆螺母上。通过上述结构，在横向搬运驱动电机的驱动下，可以驱动夹取爪进行横向移动，对轴承内圈进行搬运。
23.本发明的一个优选方案，其中，所述旋转夹具包括第一旋转夹具和第二旋转夹具，所述第一旋转夹具与旋转驱动机构的驱动端固定连接；
24.所述第二旋转夹具的一端设有用于穿过轴承内圈的内孔的内固定部，另一端与同步辅助装夹机构连接；所述同步辅助装夹机构包括旋转安装套筒和用于驱动旋转安装套筒靠近或远离轴承内圈的同步装夹驱动机构，所述旋转安装套筒的内腔中设有固定连接的同步旋转轴承，所述第二旋转夹具通过安装部与同步旋转轴承同轴固定连接。通过上述结构，当自动搬运机构将轴承内圈放在加工座上后，同步装夹驱动机构驱动第二旋转夹具靠近轴承内圈(第二旋转夹具的内固定部穿过轴承内圈的内孔)，从而将轴承内圈挤压在第一旋转夹具上，在旋转驱动机构的驱动下，由第一旋转夹具和第二旋转夹具带动轴承内圈进行同步旋转，从而完成强化研磨加工。
25.进一步，所述旋转驱动机构包括旋转驱动电机，该旋转驱动电机的输出轴通过联轴器与第一旋转夹具同轴固定连接。
26.进一步，所述同步装夹驱动机构包括同步辅助驱动气缸，该同步辅助驱动气缸的伸缩杆与旋转安装套筒固定连接。通过上述结构，在同步辅助驱动气缸的驱动下，第二旋转夹具可以靠近或远离第一旋转夹具轴承内圈，从而完成对轴承内圈的装夹。
27.进一步，所述同步装夹驱动机构设置在用于调整第二旋转夹具的轴心位置的轴心调整机构连接，该轴心调整机构包括横向调整驱动机构和竖向调整驱动机构。
28.进一步，所述横向调整驱动机构包括横向调整驱动电机和横向调整传动组件，所述横向调整传动组件包括横向调整丝杆和横向调整丝杆螺母；所述同步装夹驱动机构固定连接在横向调整丝杆螺母上。
29.进一步，所述竖向调整驱动机构包括竖向调整驱动电机和竖向调整传动组件，所述竖向调整传动组件包括竖向调整丝杆和竖向调整丝杆螺母；所述横向调整驱动机构固定连接在竖向调整丝杆螺母上。
30.本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
31.本发明中的超声强化研磨加工设备能够实现全自动的上料、搬运以及下料工作，无需人工操作，有利于提高加工效率，降低加工成本。
附图说明
32.图1
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2为本发明中的全自动轴承内圈滚道的超声强化研磨加工设备的两个不同视角的立体结构示意图。
33.图3
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4为本发明中的自动上料机构的不同状态下的立体结构示意图。
34.图5为本发明中的自动搬运机构的侧视图。
35.图6为本发明中的研磨加工机构的立体结构示意图。
36.图7
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8为本发明中的研磨加工机构的不同状态下的侧视图。
具体实施方式
37.为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
38.参见图1
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4，本实施例中全自动轴承内圈滚道的超声强化研磨加工设备，包括自动上料机构、自动搬运机构、研磨加工机构和自动下料机构；所述自动上料机构包括上料振动盘1和上料输送通道；所述上料输送通道包括第一上料输送通道2和第二上料输送通道3，位于第一上料输送通道2中的轴承内圈的轴线沿着竖直方向延伸，位于第二上料输送通道3中的轴承内圈的轴线沿着水平方向延伸且与所述横向搬运驱动机构的驱动方向垂直。
39.所述第一上料输送通道2和第二上料输送通道3之间设有用于将水平放置的轴承套圈转为倾斜状态的中间输送通道4；所述第一上料输送通道2的首端连通至上料振动盘1的出料口，该第一上料输送通道2设置在直振机5上；所述第二上料输送通道3和自动下料机构的下料输送通道6设置在同一个竖直面内，所述第二上料输送通道3倾斜设置。
40.进一步，所述中间输送通道4的输送方向与第二上料输送通道3的输送方向垂直，该中间输送通道4的末端铰接在第二上料输送通道3的侧壁顶部；所述中间输送通道4的首端下方设有抬升倾倒机构，该抬升倾倒机构包括抬升凸轮7和用于驱动抬升凸轮7进行转动的抬升驱动机构，所述抬升凸轮7的表面顶在中间输送通道4的底面。
41.通过上述结构，上料振动盘1将轴承内圈从无序状态转变为有序的平铺状态，并输出至第一上料输送通道2上，在直振机5的振动下，轴承内圈沿着第一上料输送通道2移动至中间输送通道4中，如图3；接着，在抬升驱动机构的驱动下，抬升凸轮7进行转动，从而抬起中间输送通道4，中间输送通道4绕着铰接点往上翻转，轴承内圈由水平状态变为倾斜状态，如图4，继而在重力的作用下，轴承内圈从中间输送通道4滑落至第二上料输送通道3中；而位于第二上料输送通道3中的轴承内圈为竖立状态，继而自动地沿着倾斜的第二上料输送通道3往前滚动，以便后续自动搬运机构将其搬运至加工座13上。
42.进一步，所述抬升驱动机构包括抬升驱动电机8和抬升传动组件，所述抬升传动组件包括同步带和同步轮。当然，所述抬升传动组件也可以采用其他结构，例如同步齿轮。
43.参见图1
‑
2和图5，所述自动搬运机构包括夹取爪9、用于驱动夹取爪9对轴承内圈进行夹取的夹取驱动机构、用于驱动夹取爪9进行竖向移动的竖向搬运驱动机构和用于驱动夹取爪9进行横向移动的横向搬运驱动机构；所述夹取爪9设有两个，两个夹取爪9相对连
接在夹取驱动机构的驱动端上；所述夹取驱动机构设置在竖向搬运驱动机构上，所述竖向搬运驱动机构设置在横向搬运驱动机构上。
44.所述夹取驱动机构包括双向驱动气缸10，两个夹取爪9分别固定连接在双向驱动气缸10的伸缩杆的两端。通过上述结构，在双向驱动气缸10的驱动下，两个夹取爪9可以进行相向或反向移动，从而对轴承内圈进行抓取。
45.所述竖向搬运驱动机构包括竖向搬运驱动气缸11，该竖向搬运驱动气缸11的伸缩杆与夹取驱动机构固定连接。通过上述结构，在竖向搬运驱动气缸11的驱动下，可以驱动夹取爪9进行升降移动，对轴承内圈进行搬运。
46.所述横向搬运驱动机构包括横向搬运驱动电机12和横向搬运传动组件，所述横向搬运传动组件包括横向搬运丝杆和横向搬运丝杆螺母；所述竖向搬运驱动机构固定连接在横向搬运丝杆螺母上。通过上述结构，在横向搬运驱动电机12的驱动下，可以驱动夹取爪9进行横向移动，对轴承内圈进行搬运。
47.参见图1
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2和图6
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8，所述研磨加工机构包括用于对轴承内圈进行旋转装夹的旋转装夹机构和用于将研磨料高速撞击在轴承内圈的表面的超声振动机构，所述旋转装夹机构包括旋转夹具和用于驱动旋转夹具组件进行旋转的旋转驱动机构，所述旋转夹具与旋转驱动机构的驱动端连接.
48.所述超声振动机构包括加工座13、超声波换能器14、变幅杆15和超声工具头16，所述加工座13上设有加工内腔，该加工内腔的内侧壁自下而上往外倾斜，该内侧壁与竖直方向的夹角的范围为25
°‑
35
°
；所述超声工具头16的一端与超声波换能器14连接，另一端延伸至加工内腔的底部；在工作状态下，研磨料承放在超声工具头16延伸至加工内腔的底部的端面上，轴承内圈的滚道放置在加工内腔的顶部。
49.所述旋转夹具包括第一旋转夹具17和第二旋转夹具18，所述第一旋转夹具17与旋转驱动机构的驱动端固定连接；所述第二旋转夹具18的一端设有用于穿过轴承内圈的内孔的内固定部，另一端与同步辅助装夹机构连接；所述同步辅助装夹机构包括旋转安装套筒19和用于驱动旋转安装套筒19靠近或远离轴承内圈的同步装夹驱动机构，所述旋转安装套筒19的内腔中设有固定连接的同步旋转轴承，所述第二旋转夹具18通过安装部与同步旋转轴承同轴固定连接。通过上述结构，当自动搬运机构将轴承内圈放在加工座13上后，同步装夹驱动机构驱动第二旋转夹具18靠近轴承内圈(第二旋转夹具18的内固定部穿过轴承内圈的内孔)，从而将轴承内圈挤压在第一旋转夹具17上，在旋转驱动机构的驱动下，由第一旋转夹具17和第二旋转夹具18带动轴承内圈进行同步旋转，从而完成强化研磨加工。
50.进一步，所述旋转驱动机构包括旋转驱动电机20，该旋转驱动电机20的输出轴通过联轴器与第一旋转夹具17同轴固定连接。
51.进一步，所述同步装夹驱动机构包括同步辅助驱动气缸21，该同步辅助驱动气缸21的伸缩杆与旋转安装套筒19固定连接。通过上述结构，在同步辅助驱动气缸21的驱动下，第二旋转夹具18可以靠近或远离第一旋转夹具17轴承内圈，从而完成对轴承内圈的装夹。
52.进一步，所述同步装夹驱动机构设置在用于调整第二旋转夹具18的轴心位置的轴心调整机构连接，该轴心调整机构包括横向调整驱动机构和竖向调整驱动机构。
53.进一步，所述横向调整驱动机构包括横向调整驱动电机22和横向调整传动组件，所述横向调整传动组件包括横向调整丝杆和横向调整丝杆螺母；所述同步装夹驱动机构固
定连接在横向调整丝杆螺母上。
54.进一步，所述竖向调整驱动机构包括竖向调整驱动电机23和竖向调整传动组件，所述竖向调整传动组件包括竖向调整丝杆和竖向调整丝杆螺母；所述横向调整驱动机构固定连接在竖向调整丝杆螺母上。
55.参见图1
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8，本实施例中的全自动轴承内圈滚道的超声强化研磨加工设备的工作原理为：
56.工作时，将轴承内圈投放在上料振动盘1，启动上料振动盘1，在通过振动与旋转运动，轴承内圈将实现从无序状态转变为有序状态，继而从上料振动盘1的出料口输出至上料输送通道中。与此同时或之前，在横向搬运驱动机构的驱动下，夹取爪9横向移动至下料输送通道6的上方，使得两个打开状态的夹取爪9对准待加工的轴承内圈；接着，在竖向搬运驱动机构的驱动下，两个夹取爪9往下移动靠近轴承内圈，当两个夹取爪9下降至轴承内圈的两侧后，夹取驱动机构驱动两个夹取爪9进行相向移动，对中间的轴承内圈进行夹紧；继而在横向搬运驱动机构和竖向搬运驱动机构的驱动下，两个夹取爪9夹着轴承内圈竖向升起，横向移动至加工座13的正上方，再下降将轴承内圈投放至加工座13上；竖向搬运驱动机构再驱动夹取爪9上升复位。
57.然后，通过旋转夹具对该轴承内圈进行固定，此时轴承内圈位于加工座13之上，待加工的滚道表面正对着加工内腔；启动超声波换能器14和旋转驱动机构，开始对轴承内圈进行强化加工。其中，超声波换能器14发出超声波，由超声工具头16将其转换成高频的振动，由于研磨料(钢珠、研磨粉)放置加工内腔中，并承放在超声工具头16的端面上，所以高频的振动直接赋予研磨料巨大的冲击力，使得研磨料可以高速地往上撞击轴承内圈的滚道，从而在滚道产生残余压应力。进一步，研磨料往上撞击轴承内圈后，反弹落下去，研磨料再次被振动而往上移动，从而再次对轴承内圈进行撞击挤压，以此循环，直至强化加工完成。另外，在研磨料冲击的同时，旋转驱动机构驱动旋转夹具进行转动，使得轴承内圈的滚道匀速地从研磨料收集盒的上开口转过，这样研磨料可以依次沿着轴承内圈的滚道进行撞击，从而确保整个滚道均匀地附上强化层。
58.加工完毕后，在横向搬运驱动机构和竖向搬运驱动机构的驱动下，夹取爪9将轴承内圈从加工座13上搬运至下料输送通道6中，由下料输送通道6将完成加工的轴承内圈输送至其他加工工位。
59.上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。