調心球軸承外圈溝道磨削方法分析及應用

房英志，鄧金海

（1.哈爾濱軸承集團公司工模裝制造分公司，黑龍江哈爾濱150036；2.哈爾濱軸承集團公司 鐵路軸承制造分廠，黑龍江哈爾濱150036）

1 前言

調心球軸承外圈溝道是軸承工作時乘受負荷的工作面，也是鋼球滾動的軌跡。溝道磨削質量直接影響到下工序溝道精研質量，直至影響到軸承使用時的工作性能和壽命。因此，磨外溝工序是軸承生產關鍵工序之一。如何高精度、高效率、低成本地完成磨削過程，是我們需要了解的。為此本文中介紹了幾種常見的調心球軸承外溝道磨削方法，并詳細分析了各自特點及使用方法，供讀者參考。

2 幾種磨削方法

2.1 擺動磨削方法

擺動磨削原理如圖1所示。磨床擺動可繞垂直工件軸線在水平方向作一定角度的往復擺動，工件溝道圓弧面的形狀是依靠工件相對于旋轉的砂輪擺動而形成的。磨削時，工件除了轉動外，還繞溝道中心“o ”點往復擺動，砂輪高速旋轉并實現徑向進給運動，直至工件尺寸合格。

圖1 擺動磨削方法示意圖

這種磨削方法，由于工件不斷地擺動，可實現邊磨工件邊修磨砂輪，使砂輪既能保持均勻磨損與自銳行，又能保持砂輪的切削性能和幾何形狀，因此保證了溝道加工要求。在磨削過程中，由于砂輪形狀自然形成，故不需要修整砂輪，前提是砂輪必須采用自銳性較強的橡膠結合劑砂輪。因為橡膠結合劑砂輪在磨削區域的高溫作用下，砂輪表面的結合劑會逐漸老化變脆，磨鈍的磨粒在工件擺動下容易脫落，因而可經常保持鋒利的磨粒參加磨削，而且，這種結合劑具有很強的拋光性能，能使溝道表面粗糙度達到一定的要求。動作循環是靠砂輪架移動實現的。徑向進給是靠砂輪架橫向往復實現的。

2.2 切入磨削方法

切入磨削原理如圖2所示。用圓弧修整器把砂輪的外緣修成所需的圓弧半徑，然后用已成型的砂輪進入溝道進行磨削，即可磨削出所需要的圓弧溝道。從磨削原理分析得知，砂輪的幾何形狀決定了套圈的幾何質量。砂輪在磨削中必須保持正確的切削性能和幾何形狀。選擇砂輪時，必須選擇保持輪廓形狀較強的砂輪，一般選擇陶瓷結合劑的砂輪。磨削時砂輪圓弧表面的各點磨削速度不同，再加上被磨工件溝道余量不均勻，會造成砂輪磨損不均勻，由此要根據砂輪的磨損程度修整砂輪，這樣輔助時間會長一些，但由于機床調整簡單，工藝系統穩定，套圈單件加工時間受影響程度不大。

2.3 范成磨削方法

圖2 切入磨削法示意圖

圖3 范成磨削法示意圖

范成磨削原理如圖3所示。溝道的表面的形狀是以砂輪端面與溝道表面接觸磨削而形成的。磨削時套圈作旋轉運動，砂輪除高速旋轉外，還沿著砂輪旋轉軸心作進給運動，直至溝道磨削到尺寸為止。磨削過程中不需修整砂輪的端面，因此，必須選擇自銳性較好的樹脂結合劑砂輪。溝道磨削后是交叉的弧線，因而表面質量高。磨削的幾何條件必須滿足以下公式

砂輪半徑t2≥R2-l2，

式中：t-砂輪半徑，

R-外滾道半徑，

l-砂輪端面至工件滾道中心距離。

3 幾種磨削方法的特點

3.1 擺動磨削方法的優缺點

3.1.1 優點

砂輪在磨削過程中不需修整，磨削力較強且磨削軌跡不重合，砂輪消耗均勻，可獲得較好的溝道形狀和粗糙度。減少了輔助時間，生產效率高。由于砂輪是擺動磨削，只要砂輪能進入溝道就能正常磨削。從一定程度上。講對車加工的尺寸及幾何精度要求不太嚴格，非常有利于車加工生產率的提高。

3.1.2 缺點

從磨削原理分析，循環動作是依靠工件軸的移動來實現的。砂輪的高轉旋轉工件軸擺動慣量，伴隨砂輪的進給運動，勢必影響其加工系統的穩定性。由于加工中調整“三心”有一定的難度，即保證工件溝曲率中心和砂輪圓弧母線中心必須重合于擺頭結構的中心有一定的難度，需要操作者有一定經驗和技術水平方可勝任。一般情況下操作者是根據磨削時砂輪火花大小及均勻程度來調整，因此調整時間長一些。由于采用擺動磨削的機床有擺動機構，使得機床機構復雜，換向時，會引起周期性振動，易出現振紋，從而影響加工質量。由于砂輪有較強的自銳性，砂輪消耗快，造成尺寸散差大，不利于軸承裝配質量提高。

3.2 切入磨削法的優缺點

3.2.1 優點

機床相對于擺頭磨床簡單，調整也較為簡單，機床的抗振性能好，有利于精度提高，由于工藝系統比較穩定，其加工尺寸散差較小，非常有利于裝配質量及生產率的提高。易于實現高速磨削和自動化，磨削速度可達60m/s，使得單位時間內磨削深度減少，砂輪線速度提高，如進給量仍與普通磨削時相同，則每顆磨粒切去的切屑厚度變薄，磨粒承受的切削負荷就減小.這樣每顆磨粒的切削能力可相對地延長，從而使每次修整砂輪后可磨去更多的金屬.提高了砂輪耐用度，此法適于精磨。隨著砂輪線速度的提高.每顆磨粒的切屑厚度變薄，則磨粒通過磨削區域給工件溝道表面上留下的切削痕跡深度減小，相應地也降低了工件表面粗糙度。另外，由于切屑厚度變薄，磨粒作用在工件上的徑向力相應減小，砂輪軸彈性變形也相應減小，可以大幅度地提高加工精度。同時在大功率高速磨削時，也要相應地提高工件轉速，使工件每轉的進給量減小，砂輪與工件接觸時間縮短，減少傳給工件的熱量，若配以充分的冷卻液.就能有效地改善磨削表面質量，避免燒傷和裂紋的產生。

3.2.2 缺點

砂輪在磨削過程中對于工件位置不變，磨粒所磨削工件的痕跡始終在同一軌跡上，磨痕加深，需常修正砂輪，影響了生產效率。磨削中砂輪的中心與車加工溝道的位置中心位置的誤差要求較嚴格，因此車加工的溝位置度要求較為嚴格，另外車加工的溝曲率不應太小，否則砂輪的溝曲率很容易遭到破壞，將嚴重影響加工質量，從而限制了車加工生產率的提高。

磨削中溝曲率的圓弧與砂輪接觸面積較大，產生的磨削力相對也較大。如果冷卻不充分容易產生燒傷和裂紋。

3.3 范成法磨削法的優缺點

3.3.1 優點

調整簡單操作容易，非常有利于磨削尺寸較大的工件。磨削中溝道和砂輪的接觸面積相對于其它方法較小，磨削時所產生的熱量較少，不易產生燒傷及裂紋。由磨削原理得知，磨削的后的表面成交叉弧面，可獲得較低的粗糙度。

3.3.2 缺點

由于受機床結構限制，不能磨削尺寸較小的工件。由于砂輪的形狀是磨削中自然形成，不需修整，因此也要求砂輪有較強的自銳性，因為工件的精度依靠砂輪形狀保證。此方法要求砂輪磨削中自行脫落，所以非常不利于精度的提高。加工出來的工件尺寸散差較分散。磨削是靠砂輪的端面進行的，砂輪與溝道的接觸面積較小，因此磨削效率較低。

4 結論

通過以上分析得知，擺頭磨削方法適合于加工精度不高的粗磨工序，切入磨削方法適合于提高砂輪轉速后的精磨工序，也適合于精度要求較高產品的磨削，但不適合工件尺寸較大、加工余量較大工序的磨削。無論產品批量大小，換活頻率多少，擺頭磨削與切入磨削及范成法磨削都一樣適用，并且對砂輪的制作質量有一定的要求。擺頭磨要求砂輪的脫落性要好，切入磨要求砂輪必須有保持好良好的外形輪廓，范成法要求砂輪脫落性較好。但范成法由于機床的結構限制，只能適合于工件尺寸較大，精度要求不高的工序加工。此方法對砂輪要求不象以上兩種方法那樣嚴格。