一种大型环状轴承滚道表面激光相变硬化加工方法

1.本发明涉及激光相变硬化加工领域，具体涉及的是对大型环状轴承滚道表面作激光相变硬化加工的方法，激光光斑远小于需要加工的环状轴承滚道表面，需要多道激光扫描实现滚道大面积相变硬化。

背景技术：

2.激光相变硬化是利用高能激光束照射到材料表面，材料中的原子与电子在受到光子激发后，其振动或运动状态发生改变，原子吸收热能并扩散到相邻的原子，金属基体快速升温后在极短的时间内发生自冷淬火，实现工件表面的相变硬化。通过激光相变硬化加工，材料表面在常温下会形成以细小马氏体为主的硬化组织，极大地提高了材料表面的硬度以及耐磨性。激光相变硬化通过调节激光功率、带宽、扫描速度等来调节硬化深度，实现良好的激光表面相变硬化效果。激光相变硬化加热速度快，热影响区小，从而使材料热变形程度小。同时激光相变硬化会在材料表面产生压应力，从而提高材料表面耐磨性能以及抗疲劳能力。相较于传统的表面相变硬化工艺，例如火焰表面相变硬化、感应表面相变硬化等技术，激光相变硬化应用范围广，加工精度高，自动化程度高。
3.在大型环状轴承滚道表面激光相变硬化时，由于激光光斑远小于需要加工的滚道表面，所以需要采用多道表面光斑搭接工艺。例如：当激光光斑尺寸为15mm*2mm时，在对直径5000mm和宽度300mm的大型环形轴承表面进行激光相变硬化时，就需要多道激光扫描来实现大面积相变硬化。在进行多道激光扫描时，相邻的两道激光不可避免地会产生一定的搭接，即两次激光相变硬化会产生重叠区域。位于两次激光相变硬化重叠区域的马氏体组织受到再次加热产生回火现象，最终转变成为硬度较低的回火马氏体，即软带。软带的存在会使表面相变硬化层分布不均匀，同时会减低一定的加工效率。目前，针对大型环状轴承滚道表面现行软带处理方法主要是选择合适的搭接率。搭接率是指为激光光斑重叠区域面积与单道激光扫描面积的比值。当搭接率为0％时，两道激光光斑区域中间位置会由于温度不足无法发生相变强化，硬度提升不明显。当搭接率太大时，虽然可以改善淬火层硬度均匀性，但是会增加回火区域面积，同时降低加工效率。因此，选择合适的搭接率能够很好地减少回火区域面积，同时保持硬化层硬度的均匀，提高工作效率。但是搭接率的选择往往比较复杂，需要经多次实验以确定。同时无论搭接率如何选择，都会不可避免地有软带的产生。
4.中国专利公开号为cn108048626b、名称为“一种减少激光淬火软带的装置及方法”的文献中提出的喷涂装置及方法，将吸光涂料精准喷涂在位于工件表面的激光的预设搭接区，提高预设搭接区的吸光属性，减少搭接区的软带宽度，进而能够获得更为均匀的激光强化表面，但是该喷涂装置不适用于大型环状轴承滚道表面的加工。中国专利公开号cn113355491a、名称为“一种减小激光淬火搭接软带宽度的激光淬火工艺”的文献中提出的方法，通过对激光设备进行调校，增大积分镜的面积，减低激光器移动速度等手段来实现获得的激光淬火硬化层回火软带宽度由原工艺的0.5-1.0mm缩减到0.2-0.3mm，软带硬度降低不明显，达到理想效果，能够有效减少激光相变硬化搭接软带宽度，但是其工艺参数的调整
复杂，要根据实际情况进行多次调整才能达到理想效果，仍然无法避免软带的存在。

技术实现要素：

5.本发明的目的是为解决大型圆环状轴承滚道表面激光相变硬化加工及激光相变硬化过程中产生的软带致使滚道表面硬度分布不均匀、加工效率低等问题，提出一种大型环状轴承滚道表面激光相变硬化加工方法，保证大型圆环状轴承滚道表面相变硬化的连续性、硬度均匀性和硬化层深度，改善软带硬度不足带来的滚道磨损加剧情况。
6.为实现上述目的，本发明一种大型环状轴承滚道表面激光相变硬化加工方法采用的技术方案是依次按以下步骤：
7.步骤1)：将轴承外圈同轴心固定在转台上表面，六自由度工业机器人的机器手臂的首端位于轴承外圈中心轴处，末端经连接装置分别连接第一激光器和第二激光器，第一激光器和第二激光器输出的激光均垂直于轴承外圈的滚道表面；
8.步骤2)：所述的转台作等速圆周运动，第一激光器工作，六自由度工业机器人带动第一激光器沿径向由外向内作直线运动，输出的激光光斑在滚道表面扫描，从滚道表面外侧开始加工，加工出螺旋形的激光相变硬化第一圈和第二圈，在激光相变硬化第一圈和第二圈的交界处产生软带；
9.步骤3)：第二激光器开始工作，输出的激光光斑在所述的软带表面扫描，第二激光器同时沿径向由外向内作直线运动，在软带的中心加工出螺旋形的沟槽；
10.步骤4)：重复步骤2)-3)，直至完成整个滚道表面的激光相变硬化和软带处的沟槽，第一激光器停止工作；
11.步骤5)：第二激光器输出点射的激光光斑，沿所述的沟槽相隔一段距离加工出一个圆形凹坑，直至完成整个沟槽上的圆形凹坑，第二激光器停止工作，转台停止转动。
12.进一步地，步骤5)中，软带越远离轴承中心轴，所述的圆形凹坑个数越多，当软带在靠近轴承中心轴的第一圈的圆形凹坑个数为a个时，远离轴承中心轴处的第n圈的圆形凹坑22个数为na个。
13.转台作变速运动，在软带每一圈范围内的运动速度相同，不同圈的转速不同，当加工任一n圈沟槽上的圆形凹坑时，圆形凹坑距离轴承中心轴的半径为rn+l(1-a％)/2，周长为2π(rn+l(1-a％)/2)，转台的转速为v
n’，转台运转一周的时间tn＝2π(rn+l(1-a％)/2)/v1’
，加工相邻两个圆形凹坑的时间间隔t＝tn/na，rn为激光相变硬化第n圈的滚道表面半径，l为激光光斑沿滚道表面径向方向的长度，a％为两道光斑搭接率。
14.进一步地，步骤2)中，第一激光器沿径向由外向内作直线运动的距离为(1-a％)l，速度vr＝(1-a％)l/t，l为激光光斑沿滚道表面径向方向的长度，a％为两道光斑搭接率，t为激光光斑扫描一圈的时间。
15.进一步地，所述的圆形凹坑的深度大于所述的沟槽的轴向深度，所述的圆形凹坑的直径大于所述的沟槽的径向宽度但小于a％l，l为激光光斑沿滚道表面径向方向的长度，a％为两道光斑搭接率。
16.进一步地，第一激光器和第二激光器输出的功率不相同，第二激光器在加工所述的沟槽和所述的圆形凹坑时输出的功率不相同。
17.本发明和现有技术相比，具有以下突出的有益效果：
18.1)在大型圆环状轴承滚道表面采用螺旋递进式激光扫描策略进行相变硬化加工，由两个方向的运动复合而成，减少了加工路径并提高加工连续性，保证整个滚道表面硬度均匀性和硬度深度。同时，滚道表面激光相变硬化与软带激光织构的沟槽加工同步进行，按照一定的速度关系进行，激光相变硬化产生的热量降低了激光织构时所需的功耗，两种加工过程紧密配合，具有加工连续性，硬度均匀性好，效率高，自动化程度高等优点，易于实现自动化加工以及提升加工效率。
19.2)在滚动体与滚道接触的不同软带区域，由沟槽和圆形凹坑形成的复合织构结构统一，靠近轴承中心的软带区域的凹坑数量少，远离轴承中心的软带区域的圆形凹坑数量多，在不改变复合织构形状的前提下，通过单圈圆形凹坑的个数来实现不同的织构密度，满足滚动体与滚道接触区域滚动和滑动的不同润滑需求。不同圈上的圆形凹坑个数通过转台变速圆周运动和机械手臂径向直线运动复合而成的螺旋递进式激光扫描策略。能够使织构加工做到快速高效，进一步提升了加工效率，整个加工过程时间短，成本低，操作简单。
20.3)滚道软带区域的复合织构，解决了软带硬度薄弱问题的同时，避免了软带硬度的不均匀，改善了大型圆环状轴承滚道表面薄弱区域，明显改善软带硬度不足带来的滚道磨损加剧情况；圆形凹坑分布多且又有足够深度的特点有助于容纳磨屑和润滑剂，沟槽将多个圆形凹坑关联起来，有助于润滑剂的流动，能够让润滑剂带走金属磨屑与杂质以及保证润滑剂的流动，并且有一定的承压能力，确保大型圆环状轴承在承受较大载荷的时候保证油膜的完整性。
21.4)本发明的表面激光相变硬化的螺旋递进式激光扫描还适用于其他圆环状轴承滚道表面、需要连续激光相变硬化的轴类零件、杆类零件等。
附图说明
22.图1为一种大型环状轴承的局部结构轴向剖视图；
23.图2为一种大型环状轴承的轴承外圈与上排滚动体的整体结构装配图；
24.图3为对图2中的大型环状轴承滚道表面作激光相变硬化加工的状态图；
25.图4为在轴承滚道表面加工出螺旋形的第一、第二圈以及软带的结构示意图；
26.图5为图4中螺旋形软带的局部放大图；
27.图6为在螺旋形软带上加工出的复合织构的局部三维结构放大图；
28.图7为图6的主视图。
29.附图标记说明：
30.1.轴承外圈；2.轴承外圈上排滚道；3.上排滚动体；4.激光光斑；5.软带；6.高强度螺栓；7.第二激光器；8.连接装置；9.第一激光器；10.六自由度工业机器人；11.转台；12.激光相变硬化第一圈；13.激光相变硬化第二圈；14.轴承外圈螺栓孔；15.轴承内圈上套圈；16.轴承内圈下套圈；17.轴承内圈螺栓孔；18.轴承外圈下排滚道；19.轴承内圈上排滚道；20.轴承内圈下排滚道；21.下排滚动体；22.圆形凹坑；23.沟槽。
具体实施方式
31.如图1所示的大型环状轴承，包括轴承外圈1和轴承内圈上套圈15、轴承内圈下套圈16。在轴承外圈1与轴承内圈上套圈15之间是上排滚动体3，上排滚动体3外侧表面与轴承
外圈上排滚道2和轴承内圈上排滚道19滚动接触。在轴承外圈1与轴承内圈下套圈之间是下排滚动体21，下排滚动体21与轴承外圈下排滚道18和轴承内圈下排滚道20滚动接触。轴承内圈上套圈15和轴承内圈下套圈16上开有轴向贯通的轴承内圈螺栓孔17，轴承外圈1上开有轴向贯通的轴承外圈螺栓孔14。如图2，本发明以加工轴承外圈上排滚道2为例描述。
32.如图3所示，z轴方向是轴承外圈1的中心轴方向，轴承外圈1的两个径向分别是x、y方向。六自由度工业机器人10的机器手臂的首端位于轴承外圈1的中心处，机器手臂的末端向轴承滚道处延伸，并且末端铰接连接装置8。连接装置8与xy平面相平行，连接装置8上分别固定连接第一激光器9和第二激光器7，这样使第一激光器9和第二激光器7通过连接装置8与机械手臂相连接，安装在六自由度工业机器人10上。轴承外圈1放置在转台11的上表面，两者中心轴共线，转台11与xy平面相平行，在轴承外圈螺栓孔14处用高强度螺栓6将轴承外圈1与转台11固定在一起，当转台11旋转时，带动轴承外圈1同时转动。
33.由于大型圆环状轴承体积较大，所以先将转台11水平定位，再将轴承外圈1吊装在转台11上，使轴承外圈1和转台11回转轴线重合，轴承外圈1下表面和转台11上表面贴合。旋转转台1，测量轴承外圈上排滚道2的圆跳动，圆跳动低于0.05mm，微调轴承外圈1，保证轴承外圈1水平，再使用高强度螺栓6将轴承外圈1与转台11固定，再次测量上排滚道2的圆跳动，圆跳动低于0.05mm，保证轴承外圈1水平。
34.第一激光器9和第二激光器7输出的激光光斑沿z轴方向，垂直于轴承外圈上排滚道2的表面(以下简称“滚道表面”)。第一激光器9负责激光相变硬化的加工，第二激光器7负责软带织构的加工，第一激光器9先与第二激光器7加工，先对轴承外圈上排滚道2的表面激光相变硬化，再加工软带织构。第一激光器9和第二激光器7在滚道表面投影中心不在同一圈上。
35.连接装置8可以沿平行于滚道表面的转动，对第一激光器9和第二激光器7的位置进行微调。调节第一激光器9和第二激光器7与滚道表面之间的距离，满足不同加工要求。在加工的整个过程中，每个激光器与滚道表面之间的距离一致，保证滚道表面接收的热量相同。
36.本发明采用螺旋递进式激光扫描策略进行相变硬化加工及软带复合织构连通改善方法，激光扫描路径由两个方向运动复合而成，一个运动由转台11提供，沿着轴承回转中心轴做等速圆周运动，另一运动由夹持第一激光器9和第二激光器7的六自由度工业机器人10提供，沿着滚道表面的径向方向做直线运动，两个运动复合成螺旋递进式激光扫描，完成滚道表面激光相变硬化加工和复合织构加工。第一激光器9输出的两道激光光斑扫描搭接处形成软带5，在软带5处添加复合织构。在激光相变硬化第一圈完成时，激光相变硬化第二圈无缝衔接。在第一圈与第二圈的交界处产生软带时，复合织构中的沟槽加工开始进行，从而实现滚道激光相变硬化与软带激光织构同步进行。具体是：
37.加工时，保持转台11作等速圆周运动，转台11的转速为v。相对于转台11的旋向，第一激光器9在前，第二激光器7在后，待加工的滚道表面先经过第一激光器9，再经过第二激光器7。
38.滚道表面的加工起始位置在滚道表面外侧，具体是在上排滚动体3的外侧且与上排滚动体3外端之间的径向距离约10mm的滚道表面处。
39.如图4，第一激光器9工作，在加工起始位置处开始加工，输出的激光光斑4在滚道
表面扫描，由六自由度工业机器人10带动连接装置8和第一激光器9在xy平面上沿径向由外向内作直线运动，加工出螺旋形的激光相变硬化第一圈12。扫描方式由两个运动复合而成，第一个运动由转台11提供的绕着中心轴做的等速圆周运动，第二个运动由六自由度工业机器人10提供的的径向直线运动。加工激光相变硬化第一圈12时，第一激光器9的扫描圆周长为2πr1，r1为激光相变硬化第一圈12的滚道表面半径，激光扫描速度等于转台11的转速v，则扫描一圈的时间t＝2πr1/v。
40.加工好激光相变硬化第一圈12后，由六自由度工业机器人10带动连接装置8和第一激光器9在xy平面上继续沿径向由外向内作直线运动，即从激光相变硬化第一圈12位置向轴承外圈1中心轴处作径向的直线移动，这样，第一激光器9输出的激光光斑4在滚道表面也形成螺旋扫描方式，该螺旋扫描方式由两个运动复合而成，第一个运动由转台11提供的绕着中心轴做的等速圆周运动，第二个运动由六自由度工业机器人10提供的的径向直线运动，因此，在滚道表面也加工出螺旋状的激光相变硬化第二圈13。
41.为了保证激光相变硬化均匀性，本发明选择两道光斑搭接率为a％，当激光光斑4沿着滚道表面径向方向的长度为l时。加工一圈，激光光斑4相对于滚道表面径向方向移动距离为(1-a％)l。第一激光器9作径向直线移动速度vr＝(1-a％)l/t＝(1-a％)l/(2πr1/v)。
42.然后，第一激光器9继续朝轴承外圈1的中心轴处作径向直线移动，转台11继续保持等速圆周运动，以此加工出激光相变硬化第三圈。
43.以此类推地重复激光相变硬化，由两个运动的复合形成第一激光器9的螺旋递进式激光扫描，最终完成整个滚道表面的激光相变硬化加工。加工结束位置是在上排滚动体3的内侧且与上排滚动体3内端之间的径向距离约10mm的滚道表面处。加工起始位置和结束位置均距离上排滚动体3约10mm。
44.当第一激光器9加工到激光相变硬化第n圈时，扫描圆周长为2πrn，rn为激光相变硬化第n圈的滚道表面半径，扫描一圈的时间t＝2πrn/v，两道光斑搭接率为a％，第一激光器9作径向直线移动速度vr＝(1-a％)l/t＝(1-a％)l/(2πrn/v)。
45.如图5所示，在加工出激光相变硬化第一圈12后，滚道表面上的软带还未产生，此时，第二激光器7不工作，不影响滚道表面激光相变硬化加工。在加工激光相变硬化第二圈13开始时，滚道表面产生了软带5，即连续两次激光相变硬化加工重叠区域。软带5沿着滚道径向方向的长度为a％l。此时，第二激光器7开始工作，输出的激光光斑在所述的软带5表面扫描，第二激光器7对应在软带5处，在软带5处采用第二激光器7加工出由沟槽23和圆形凹坑22组成的复合织构，如图6和图7所示。
46.第二激光器7工作时，其扫描方式与第一激光器9相同，由两个运动复合而成，第一个运动由转台11提供的绕着中心轴做的等速圆周运动，第二个运动由六自由度工业机器人10提供的的径向直线运动，转台11的转速仍然是v，先沿软带5中心加工沟槽23。调节连接装置8，从而对第二激光器7的位置进行微调，保证所加工的沟槽23中心位置与软带5中心重合。
47.第一圈沟槽23的中心距离轴承外圈1的中心轴的径向半径为r2+l(1-a％)/2，r2为激光相变硬化第二圈的滚道表面半径。
48.沟槽23的径向宽度为r1，r1小于a％l。沟槽23的轴向深度为h1。沟槽23加工结束于
最后一圈软带5。
49.第一激光器9做的滚道表面激光相变硬化加工与第二激光器7做的沟槽23加工是同步进行的，第一激光器9和第二激光器7输出的功率不相同。相较于圆形轨迹，缩短了加工距离，激光相变硬化产生的热量降低了激光沟槽23消耗的功率，能进一步提升效率，降低加工成本。
50.当所有的滚道硬化相变加工以及沟槽23加工都完成后，第一激光器9停止工作。第二激光器7开始进行复合织构中圆形凹坑22的复合螺旋递进激光扫描，更改第二激光器7的相关参数，包括改变其输出功率。此时第二激光器7输出的激光为点射，在沟槽23上，相隔一段距离输入一次激光，加工出一个圆形凹坑22，从沟槽23起始位置开始加工，直到加工完成整个沟槽23上的圆形凹坑22，第二激光器7停止工作，转台11停止。
51.圆形凹坑22的深度为h2，大于沟槽23的深度h1。圆形凹坑22的直径为r2，大于沟槽23的径向宽度r1，但r2要小于a％l。
52.由于大型圆环状轴承的滚动体(例如上排滚动体3)的外端与内端的线速度不同，外端线速度v2大于内端的线速度v1，导致靠近滚动体外端处存在着滚动与滑动的复合状态，因而相较于滚动体内端处有更小的摩擦系数。在一定范围内，当由沟槽23和圆形凹坑22组成的复合织构的密度变大的时候，摩擦系数会有所减低。由于复合织构是微米级别的，而软带5是毫米级别的，大约1-2mm左右，所以通过控制复合织构中圆形凹坑22的个数以控制同样面积下的织构密度。软带5越靠近轴承的中心轴处的复合织构中圆形凹坑22的个数越少，复合织构密度越小；软带5越远离轴承的中心轴，圆形凹坑22个数越多，复合织构密度越大。软带5靠近轴承的中心轴处的第一圈复合织构中的圆形凹坑22个数为a个时，则软带5远离轴承的中心轴处的第n圈复合织构中的圆形凹坑22个数为na个，随着越远离轴承的中心轴，圆形凹坑22个数依次由内向外递增。
53.圆形凹坑22螺旋扫描方式由两个运动复合而成，其中一个运动由转台11提供，由于每圈软带5中的复合织构的圆形凹坑22个数不同，此时转台11做变速运动，但转台11在软带5每一圈范围内的运动速度相同，不同圈的旋转速度不同。另一个运动由六自由度工业机器人10带动第二激光器7在xy面沿着滚道径向做直线运动。以软带5远离轴承中心轴最远的最外m圈为例，复合织构中的圆形凹坑22个数为ma个，圆形凹坑22中心距离轴承中心轴的半径为r2+l(1-a％)/2，周长为2π(r2+l(1-a％)/2)，转台11的转速为v1’
，转台11运转一周的时间t1＝2π(r2+l(1-a％)/2)/v1’
，第二激光器7加工相邻两个圆形凹坑22的时间间隔t＝t1/ma。因此，当加工任意一圈n圈时，圆形凹坑22个数为na个，圆形凹坑22距离轴承外圈1中心轴的半径为rn+l(1-a％)/2，周长为2π(rn+l(1-a％)/2)，转台11的转速为v
n’，转台11运转一周的时间tn＝2π(rn+l(1-a％)/2)/v1’
，第二激光器7加工相邻两个圆形凹坑22的时间间隔t＝tn/na，rn为激光相变硬化第n圈的滚道表面半径。
54.复合织构中的圆形凹坑22能储存大量润滑剂和金属磨屑，复合织构中的沟槽23保证了有间隔点状布置的所有圆形凹坑22的相通和关联性，一方面有助于润滑剂的流动，另一方面能够让润滑剂带走金属磨屑与杂质。复合织构中圆形凹坑22的位置、密度随着软带5距离轴承回转中心轴的远近而变化，以在满足滚子与滚道接触区域滚动和滑动的不同润滑需求的同时，提高加工的经济性和效率。
55.当激光相变硬化和复合织构都加工完成后，将电子圆跳动仪通过连接装置8与机
械手臂相互连接，安装在六自由度工业机器人10上，与计算机连接，记录每圈激光相变硬化圆跳动。首先测量滚道表面的圆跳动，从激光相变硬化第一圈开始的位置开始测量，测量方式由两个运动复合而成，其中一个方向由转台11提供，沿着轴承中心轴线做等速圆周运动，转台11速度为v，另一个方向由六自由度工业机器人10带动电子圆跳动仪沿着滚道径向做直线运动。其次，将滚道表面按径向等分为m份，测量激光相变硬化径向方向的粗糙度，测量方式由两个运动复合而成，其中一个方向由转台11提供，转动360
°
/m角度，另一个方向由六自由度工业机器人10带动电子圆跳动仪在xy面沿着滚道径向做直线运动。转台11旋转360
°
/m角度，每测量完一个径向方向激光相变硬化粗糙度后，转台11再旋转360
°
/m角度后停止。完成整个滚道加工面的圆跳动和粗糙度测量，分析滚道表面硬化均匀性。
56.本具体实施例仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：

1.一种大型环状轴承滚道表面激光相变硬化加工方法，其特征是依次按以下步骤：步骤1)：将轴承外圈同轴心固定在转台上表面，六自由度工业机器人的机器手臂的首端位于轴承外圈中心轴处，末端经连接装置分别连接第一激光器和第二激光器，第一激光器和第二激光器输出的激光均垂直于轴承外圈的滚道表面；步骤2)：所述的转台作等速圆周运动，第一激光器工作，六自由度工业机器人带动第一激光器沿径向由外向内作直线运动，输出的激光光斑在滚道表面扫描，从滚道表面外侧开始加工，加工出螺旋形的激光相变硬化第一圈和第二圈，在激光相变硬化第一圈和第二圈的交界处产生软带；步骤3)：第二激光器开始工作，输出的激光光斑在所述的软带表面扫描，第二激光器同时沿径向由外向内作直线运动，在软带的中心加工出螺旋形的沟槽；步骤4)：重复步骤2)-3)，直至完成整个滚道表面的激光相变硬化和软带处的沟槽，第一激光器停止工作；步骤5)：第二激光器输出点射的激光光斑，沿所述的沟槽相隔一段距离加工出一个圆形凹坑，直至完成整个沟槽上的圆形凹坑，第二激光器停止工作，转台停止转动。2.根据权利要求1所述的一种大型环状轴承滚道表面激光相变硬化加工方法，其特征是：步骤5)中，软带越远离轴承中心轴，所述的圆形凹坑个数越多，当软带在靠近轴承中心轴的第一圈的圆形凹坑个数为a个时，远离轴承中心轴处的第n圈的圆形凹坑22个数为na个。3.根据权利要求2所述的一种大型环状轴承滚道表面激光相变硬化加工方法，其特征是：转台作变速运动，在软带每一圈范围内的运动速度相同，不同圈的转速不同，当加工任一n圈沟槽上的圆形凹坑时，圆形凹坑距离轴承中心轴的半径为r
n
+l(1-a％)/2，周长为2π(r
n
+l(1-a％)/2)，转台的转速为v
n’，转台运转一周的时间t
n
＝2π(r
n
+l(1-a％)/2)/v1’
，加工相邻两个圆形凹坑的时间间隔t＝t
n
/na，r
n
为激光相变硬化第n圈的滚道表面半径，l为激光光斑沿滚道表面径向方向的长度，a％为两道光斑搭接率。4.根据权利要求1所述的一种大型环状轴承滚道表面激光相变硬化加工方法，其特征是：步骤2)中，第一激光器沿径向由外向内作直线运动的距离为(1-a％)l，速度vr＝(1-a％)l/t，l为激光光斑沿滚道表面径向方向的长度，a％为两道光斑搭接率，t为激光光斑扫描一圈的时间。5.根据权利要求1所述的一种大型环状轴承滚道表面激光相变硬化加工方法，其特征是：所述的圆形凹坑的深度大于所述的沟槽的轴向深度，所述的圆形凹坑的直径大于所述的沟槽的径向宽度但小于a％l，l为激光光斑沿滚道表面径向方向的长度，a％为两道光斑搭接率。6.根据权利要求1所述的一种大型环状轴承滚道表面激光相变硬化加工方法，其特征是：第一激光器和第二激光器输出的功率不相同，第二激光器在加工所述的沟槽和所述的圆形凹坑时输出的功率不相同。7.根据权利要求1所述的一种大型环状轴承滚道表面激光相变硬化加工方法，其特征是：第一激光器加工起始位置是在轴承滚动体的外侧且与滚动体外端之间的径向距离为10mm的滚道表面处，第一激光器加工结束位置是在轴承滚动体的内侧且与滚动体内端之间的径向距离为10mm的滚道表面处。
8.根据权利要求1所述的一种大型环状轴承滚道表面激光相变硬化加工方法，其特征是：在所述的圆形凹坑中储存润滑剂和金属磨屑。9.根据权利要求1所述的一种大型环状轴承滚道表面激光相变硬化加工方法，其特征是：步骤5)结束后，将与计算机连接的电子圆跳动仪连接所述的连接装置，转台作等速圆周运动，六自由度工业机器人带动所述的电子圆跳动仪沿着滚道径向做直线运动，测量滚道表面的圆跳动。10.根据权利要求9所述的一种大型环状轴承滚道表面激光相变硬化加工方法，其特征是：将滚道表面按径向等分为m份，转台旋转360
°
/m角度，测量一个径向方向激光相变硬化粗糙度。

技术总结

本发明公开激光相变硬化加工领域中的一种大型环状轴承滚道表面激光相变硬化加工方法，将轴承外圈同轴心固定在转台上表面，六自由度工业机器人的机器手臂的首端位于轴承外圈中心轴处，末端经连接装置分别连接第一激光器和第二激光器，第一激光器和第二激光器输出的激光均垂直于轴承外圈的滚道表面；转台作等速圆周运动，第一激光器输出的激光光斑在滚道表面扫描，第二激光器输出的激光光斑在软带表面扫描，采用螺旋递进式激光扫描策略进行相变硬化加工与软带激光织构的沟槽加工同步进行，完成后再沿沟槽相隔一段距离加工出一个圆形凹坑，两种加工过程紧密配合，具有加工连续性，硬度均匀性好，效率高，自动化程度高等优点。自动化程度高等优点。自动化程度高等优点。