深溝球軸承溝道超精方法分析

張晶霞，汪燮民

(浙江五洲新春集團有限公司，浙江 新昌 312500)

軸承套圈溝道表面的超精加工是套圈機械加工的最后一道工序，其對套圈溝道質量的改善程度將直接影響到成品軸承的最終質量，尤其對低噪聲、長壽命軸承來說尤為重要。深溝球軸承套圈溝道的超精加工方法之一是在套圈旋轉的同時，油石中心平面在套圈軸中心平面上圍繞溝曲率中心往復擺動，使油石工作面與溝道表面不斷研削，這也是目前絕大多數設備所采用的一種超精加工方法。無論采用什么方法，目標都是想要獲得一個理論上的圓環狀溝道表面，包括對溝形、圓度、波紋度以及表面粗糙度等方面的精準要求。下文對深溝球軸承套圈溝道超精加工中油石和套圈(以外圈為例)的狀態進行探討分析。

1 油石與套圈溝道的幾何關系

以6205軸承外圈為例，選用油石截面尺寸為6 mm×7 mm，油石與套圈溝道的相對關系如圖1所示。為便于分析，先假設溝道表面為理想的圓環面。

圖1 油石與溝道的幾何關系

2 油石工作表面形狀分析

根據油石與套圈溝道幾何關系的分析，以油石端部位置，即離軸中心平面3 mm處的平行軸平面O1MN(圖2)為例，分析油石與溝道表面之間的作用情況。首先，設6205軸承外圈超精油石擺動角度為±18°，油石寬度為7 mm。

圖2 油石端部與溝道表面接觸原理圖

如果油石在不旋轉的理想溝道形狀表面上來回擺動，那么油石在溝道表面上將留下如圖3所示的十字形接觸痕跡，而不是整個油石表面的全部接觸，其余部分只是相靠。當套圈旋轉后，整個溝道表面就是這些接觸痕跡的重疊。其中真正實現超精的僅是油石在軸中心平面和徑向中心平面上的部分，這也就是現有超精方法中存在的不足之處。

圖3 油石與溝道接觸狀態

超精中所用油石寬度一般要比溝道稍寬，但大多都沒有進行很好的對應計算。導致油石擺到一側極限時，油石另一側邊緣已進入溝中(M′點位置)，所以M′點到溝邊緣的表面與油石脫離，若軸中心平面上油石邊緣所到的位置是P，則距離溝邊緣將更遠。由于不同平行平面上和同一平面上的油石工作面上的各點擺動半徑都不一樣，所以離油石中心A點越近的部分靠得更密合一些；而離油石中心越遠的部分就會靠得很輕。油石工作表面的形狀如圖4所示，圖中ABFC面為理想溝道表面；而ABDC面即為油石正常工作后的實際表面。

圖4 油石表面形狀示意圖

圖5所示為典型的使用過的油石實樣，從圖中可以很明顯地看到油石表面的形狀，在使用過的油石表面通常總會發現有顏色較淺(或顯露油石本色)的區域，可以認為是由于沒有參與第3階段光整的緣故。

圖5 外圈超精油石工作表面形狀實例

3 套圈溝道表面

在一個超精加工循環過程中，前一個套圈超精結束后形成的油石工作表面并不是由理想溝道表面形成的，油石表面是不規則的。在磨削下一個套圈溝道表面時，首先是油石與套圈溝道表面上的波峰接觸，產生相互作用，由于相互間有較大區域的相互復映，在經過切削、半切削和光整3個階段后，最終形成一個新的工作表面。由于套圈的相互差異，油石工作表面形狀是在不斷變化的，在這樣的反復改變中，超精后套圈溝道的幾何形狀要達到滿意的精度，主要還是依賴磨加工精度的保證。

以一個超精后確認為合格的套圈為例，在4個徑向平面內測量其溝道圓度，和在4個軸向平面內測量其溝道半徑形狀，結果如圖6、圖7所示。綜合這兩組圖形不同位置的相互差異，很容易看出溝道表面形狀的起伏變化。這也說明了通過超精后的套圈溝道表面粗糙度一般都可以達到要求，但要得到一個理想的溝道表面是有一定困難的。

圖6 4個徑向平面上的圓度形狀

圖7 4個軸向平面上的溝形

4 與設備相關的問題

目前深溝球軸承套圈溝道超精設備普遍采用上述加工方法，只是在設備的零件制造、裝配質量、驅動方式和動作控制等方面，相互之間存在不同程度的差異。由于原理誤差的存在，即使某些設備采用NC電動機直接驅動擺頭，為了更接近理想圓環面，設備在超精時還必須對定位、壓緊、調整、減振、套圈轉速和擺頭的擺動頻率等方面進行綜合考慮:

(1)提高擺頭的剛性，確保油石端部的定點擺動和設備各部分的相對穩定性;(2)提高油石擺動頻率，增加有限的油石與溝道表面真正的研削機會;(3)適當增大油石擺角，以發揮軸中心平面位置上溝道超精的成圓作用;(4)油石寬度要適宜，最好使油石擺動角度的兩邊都能與溝道充分接觸;(5)適當增大油石厚度，以有利于改善溝道圓度和波紋度；(6)改變油石截面的形狀，以減少兩邊接觸部分的誤差復映；(7)保持恒定(或按需要變化)的壓力；(8)提高研削油的清潔度，調控研削油的進入方向和流量，以有效帶走油石與溝道之間空隙中的磨屑；(9)超精機改變磨加工套圈溝道幾何形狀的能力有限，因此要控制好磨加工套圈的各項精度，超精機也要根據磨加工設備的能力相應地配置。

5 結束語

為了達到更好的超精效果，首先要對整個加工方法和過程進行全面充分地了解，再合理設定各種加工參數，將設備調整到最佳狀態，才能將存在加工原理誤差帶來的不良影響降到最低。