本發明涉及風電偏航變槳軸承加工領域，尤其涉及一種用于風電轉盤軸承溝道軟帶區域的機械打磨系統及方法。

背景技術：

風電轉盤軸承采用材料主要是50mn或42crmo，其溝道表面采用感應淬火熱處理，感應頭在溝道上的軌跡不能重疊，否則溝道表面會因二次淬火產生裂紋，這樣在溝道淬火始末端產生軟帶區域。軟帶區域硬度較低，接觸疲勞強度、耐磨性、彈性極限等機械性能不如正常區域，在軸承工作時軟帶將最先失效，因此在風電轉盤軸承設計中常將軟帶區域設計為具有一定深度、形狀變化的區域，以避免該區域在工作狀態下承受載荷進而失效。溝道軟帶打磨技術是為實現這一設計應用產生的一種新型實用技術。溝道淬火軟帶打磨區域形狀如圖2所示，其中包括兩個過渡區域11和位于兩個過渡區域11中間的軟帶打磨區域10，要求軟帶打磨區域10與兩個過渡區域11平滑過渡，并保證軟帶打磨區域10具有一定深度h，在整個溝道面上形狀一致，且對打磨表面有一定粗糙度要求。溝道軟帶打磨總長度與溝道曲率半徑、是否有堵塞孔而不同，但打磨深度及過渡區域11長度始終保持在一定設計要求，一般要求打磨深度0.2～0.4mm，過渡區域長度為鋼球直徑的一半。打磨區域是否平滑過渡將直接影響鋼球在溝道運轉的平穩性，若打磨區域出現陡然高點或低點，鋼球在運轉過程中將會受到一定的沖擊載荷，從而影響到溝道承載力，導致軸承失效。所以保證打磨區域平滑過渡及打磨區域形狀是溝道軟帶打磨技術必須突破的關鍵點。

目前，傳統打磨方法有手工鏟磨和機械自動打磨軟帶兩種方法：

手工鏟磨軟帶技術優點在于，加工靈活，不受場地限制，減少零件裝夾及轉運，投入成本較低，不需要專門化機床；其缺點為軟帶鏟磨深度及形狀受工人技能影響較大，加工過程質量不穩定，軟帶鏟磨表面有凹凸不平點，鏟磨表面粗糙度較低需使用細砂紙進行二次拋光，鏟磨過程中砂輪灰塵大，影響工人健康。

機械自動打磨軟帶技術優點在于，溝道軟帶打磨深度易于保證，打磨面粗糙度較好，加工過程污染小，工人勞動強度低。其缺點為打磨過渡區域形狀受砂輪直徑尺寸影響大，不同直徑砂輪加工的過渡區域形狀不同，砂輪直徑越大，過渡區域越平滑，砂輪直徑越小，過渡區域越陡峭；整個軟帶打磨區域形狀受溝道曲率半徑大小影響，一致性較差，溝道曲率半徑越小，一致性越好，溝道曲率半徑越大，一致性越差。

技術實現要素：

針對現有技術存在的不足之處，本發明的目的在于提供一種用于風電轉盤軸承溝道軟帶區域的機械打磨系統及方法，本發明的溝道軟帶區域打磨深度及形狀易于保證，溝道打磨均勻性好，過渡區域寬度不隨溝道大小及砂輪尺寸大小影響，打磨面粗糙度較好，加工過程污染小，工人勞動強度低。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種用于風電轉盤軸承溝道軟帶區域的機械打磨系統，包括軸承工件，所述軸承工件內側側部具有溝道，所述溝道包括上溝道和下溝道，所述溝道中具有溝道軟帶中心線。本發明機械打磨系統還包括可分度旋轉平臺和數控機床，所述軸承工件安裝設于可分度旋轉平臺上，所述可分度旋轉平臺用于驅動軸承工件中心轉動，所述可分度旋轉平臺上設有分度盤；所述數控機床包括刀架安裝座、上下垂直進給系統、水平進給系統，所述刀架安裝座安裝于水平進給系統上，所述水平進給系統滑動安裝于上下垂直進給系統上，所述上下垂直進給系統用于驅動水平進給系統及刀架安裝座上下垂直升降運動，所述水平進給系統用于驅動刀架安裝座水平運動；所述刀架安裝座上安裝有刀架，所述刀架內部安裝有旋轉電機，所述旋轉電機的動力輸出軸固定連接有旋轉主軸，所述旋轉主軸底部固定連接有砂輪。

為了更好地實現對可分度旋轉平臺、數控機床的控制，本發明機械打磨系統還包括控制系統，所述控制系統與可分度旋轉平臺電連接，所述控制系統與數控機床的上下垂直進給系統、水平進給系統、旋轉電機分別電連接。

為了提高打磨精度，本發明機械打磨系統還包括壓縮空氣輸出裝置，所述壓縮空氣輸出裝置的壓縮空氣出口與溝道對應設置。

一種用于風電轉盤軸承溝道軟帶區域的機械打磨方法，其方法如下：

a、軸承工件的溝道具有淬火軟帶中心線，在軸承工件的溝道中設定出溝道打磨區域，所述溝道打磨區域包括軟帶打磨區域和位于軟帶打磨區域兩側的過渡區域，所述軟帶打磨區域的中心線為淬火軟帶中心線，兩個過渡區域以淬火軟帶中心線為中心線對稱設置；所述溝道打磨區域的打磨長度為l，所述軟帶打磨區域的打磨深度為h；

b、所述可分度旋轉平臺驅動軸承工件繞著溝道的圓心正向和逆向轉動；打磨開始前，將數控機床的砂輪對應布置于溝道的淬火軟帶中心線處；當砂輪打磨轉動時，可分度旋轉平臺驅動軸承工件正向轉動角度p,然后再驅動軸承工件逆向轉動角度p，可分度旋轉平臺驅動軸承工件轉動的中心角度為m＝2p；

c、設定軸承工件最大轉動中心角度m為α，α＝2×arcsin(l/d),d為溝道的滾道直徑；設定軸承工件最小轉動中心角度m為c，計算出過渡區域單邊中心角度β＝(α-c)/2，c＝2×arcsin((l-2a)/d),β＝arcsin(l/d)-arcsin((l-2a)/d)，d為滾道直徑；

d、砂輪在水平方向與垂直方向進行同時進給，砂輪的水平進給量和垂直方向進給量均為f，計算出砂輪水平方向或垂直方向上的進給次數n根據(h×sin45°)/f公式計算所得到的結果取整數部分；然后在根據如下公式計算出軸承工件的轉動中心角減少角度γ，γ＝β/n；

e、軸承工件的第一次打磨，軸承工件的轉動中心角度為α，然后砂輪在水平方向與垂直方向進行同時進給f后進入第二次打磨；

軸承工件的第二次打磨，軸承工件的轉動中心角度為α-2γ，然后砂輪在水平方向與垂直方向進行同時進給f后進入第三次打磨；

軸承工件的第三次打磨，軸承工件的轉動中心角度為α-4γ，然后砂輪在水平方向與垂直方向進行同時進給f后進入第四次打磨；

軸承工件的第n次打磨，軸承工件的轉動中心角度為α-2×(n-1)×γ，然后砂輪在水平方向與垂直方向進行同時進給f后進入第n+1次打磨；

軸承工件的第n+1次打磨，軸承工件的轉動中心角度為α-2×n×γ＝2β，第n+1次打磨完畢后，則整個軸承工件打磨結束。

本發明較現有技術相比，具有以下優點及有益效果：

本發明的溝道軟帶區域打磨深度及形狀易于保證，溝道打磨均勻性好，過渡區域寬度不隨溝道大小及砂輪尺寸大小影響，打磨面粗糙度較好，加工過程污染小，工人勞動強度低。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為軸承工件在溝道圓周方向上的局部剖視圖；

圖3為軸承工件的橫截面結構示意圖；

圖4為砂輪進給且軸承工件整體轉動時的轉動中心角度遞減示意圖；

圖5為轉動中心角度與轉動中心角度變化所對應的打磨長度以及整個打磨長度之間的關系圖。

其中，附圖中的附圖標記所對應的名稱為：

1－軸承工件，2－溝道，21－上溝道,22－下溝道，3－可分度旋轉平臺,4－砂輪,5－旋轉主軸,6－刀架,7－數控機床,8－壓縮空氣輸出裝置,9－控制系統，10－軟帶打磨區域，11－過渡區域，12－溝道圓心。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步地詳細說明：

實施例

如圖1～圖5所示，一種用于風電轉盤軸承溝道軟帶區域的機械打磨系統，包括軸承工件1，軸承工件1內側側部具有溝道2，溝道2包括上溝道21和下溝道22，溝道2中具有溝道軟帶中心線。本發明機械打磨系統還包括可分度旋轉平臺3和數控機床7，軸承工件1安裝設于可分度旋轉平臺3上，可分度旋轉平臺3用于驅動軸承工件1中心轉動，可分度旋轉平臺3上設有分度盤，分度盤用于精確控制軸承工件1轉動的轉動中心角度。數控機床7包括刀架安裝座、上下垂直進給系統、水平進給系統，刀架安裝座安裝于水平進給系統上，水平進給系統滑動安裝于上下垂直進給系統上，上下垂直進給系統用于驅動水平進給系統及刀架安裝座上下垂直升降運動，水平進給系統用于驅動刀架安裝座水平運動。刀架安裝座上安裝有刀架6，刀架6內部安裝有旋轉電機，旋轉電機的動力輸出軸固定連接有旋轉主軸5，旋轉主軸5底部固定連接有砂輪4。

本發明機械打磨系統還包括控制系統9，控制系統9與可分度旋轉平臺3電連接，控制系統9與數控機床7的上下垂直進給系統、水平進給系統、旋轉電機分別電連接，通過控制系統9控制數控機床7上的砂輪4垂直升降運動或水平橫向運動，控制系統9還控制可分度旋轉平臺3以實現控制分度盤并實現精確控制軸承工件1轉動的轉動中心角度。

本發明機械打磨系統還包括壓縮空氣輸出裝置8，壓縮空氣輸出裝置8的壓縮空氣出口與溝道2對應設置。壓縮空氣輸出裝置8與控制系統9電連接，通過控制系統9打開壓縮空氣輸出裝置8，在砂輪4打磨溝道2的同時，壓縮空氣輸出裝置8及時吹走粉塵，提高了打磨精度。

一種用于風電轉盤軸承溝道軟帶區域的機械打磨方法，其方法如下：

a、軸承工件1的溝道2具有淬火軟帶中心線，在軸承工件1的溝道2中設定出溝道打磨區域，溝道打磨區域包括軟帶打磨區域10和位于軟帶打磨區域10兩側的過渡區域11，軟帶打磨區域10的中心線為淬火軟帶中心線，兩個過渡區域11以淬火軟帶中心線為中心線對稱設置；溝道打磨區域的打磨長度為l，軟帶打磨區域10的打磨深度為h；

b、可分度旋轉平臺3驅動軸承工件1繞著溝道2的圓心正向和逆向轉動；打磨開始前，將數控機床7的砂輪4對應布置于溝道2的淬火軟帶中心線處；當砂輪4打磨轉動時，可分度旋轉平臺3驅動軸承工件1正向轉動角度p,然后再驅動軸承工件1逆向轉動角度p，可分度旋轉平臺3驅動軸承工件1轉動的中心角度為m＝2p；

c、設定軸承工件1最大轉動中心角度m為α，α＝2×arcsin(l/d),d為溝道2的滾道直徑；設定軸承工件1最小轉動中心角度m為c，計算出過渡區域單邊中心角度β＝α-c/2，c＝2×arcsin((l-2a)/d,β＝arcsin(l/d)-arcsin((l-2a)/d，d為滾道直徑；

如圖5所示，溝道2為圓形形狀，溝道2具有溝道圓心12，轉動中心角度m是相對于溝道圓心12，軸承工件1的最大轉動中心角度α，α＝2×arcsin(l/d)，d為滾道直徑，l為打磨長度；軸承工件1的最小轉動中心角度c，c＝2×arcsin((l-2a)/d，d為滾道直徑，l為打磨長度,a為最大轉動中心角度至最小轉動中心角度區間所對應的打磨長度；計算出軸承工件1的過渡區域單邊中心角度β，β＝arcsin(l/d)-arcsin((l-2a)/d，d為滾道直徑，a為最大轉動中心角度至最小轉動中心角度區間所對應的打磨長度，l為打磨長度。

d、砂輪4在水平方向與垂直方向進行同時進給，砂輪4的水平進給量和垂直方向進給量均為f，計算出砂輪4水平方向或垂直方向上的進給次數n根據h×sin45°/f公式計算所得到的結果取整數部分；然后在根據如下公式計算出軸承工件1的轉動中心角減少角度γ，γ＝β/n；

e、軸承工件1的第一次打磨，軸承工件1的轉動中心角度為α，然后砂輪4在水平方向與垂直方向進行同時進給f后進入第二次打磨；

軸承工件1的第二次打磨，軸承工件1的轉動中心角度為α-2γ，然后砂輪4在水平方向與垂直方向進行同時進給f后進入第三次打磨；

軸承工件1的第三次打磨，軸承工件1的轉動中心角度為α-4γ，然后砂輪4在水平方向與垂直方向進行同時進給f后進入第四次打磨；

軸承工件1的第n次打磨，軸承工件1的轉動中心角度為α-2×n-1×γ，然后砂輪4在水平方向與垂直方向進行同時進給f后進入第n+1次打磨；

軸承工件1的第n+1次打磨，軸承工件1的轉動中心角度為α-2×n×γ＝2β，第n+1次打磨完畢后，則整個軸承工件1打磨結束。

本發明的溝道軟帶區域打磨深度及形狀易于保證，溝道打磨均勻性好，過渡區域寬度不隨溝道大小及砂輪尺寸大小影響，打磨面粗糙度較好，加工過程污染小，工人勞動強度低。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。