圓錐滾子球基面的范成法磨削與分析

張軍，李紅，方芳

(洛陽軸研科技股份有限公司 中小型軸承制造部，河南 洛陽 471039)

滾子球形基面端面(簡稱球基面)的形狀會對滾子端面與內(nèi)圈大擋邊的接觸狀態(tài)、潤滑狀態(tài)以及軸承的使用壽命產(chǎn)生影響[1-2]。采用球基面滾子和斜擋邊結(jié)構(gòu)，可以改善滾子端面與擋邊的潤滑狀態(tài)，便于潤滑油膜的形成，減小摩擦與溫升，使軸承運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，提高軸承的承載能力。滾子球基面加工普遍采用貫穿(通過)磨方法加工，文中介紹了滾子球基面的范成法磨削。

1 范成磨削原理及分析

范成法是被加工工件與刀具各自按一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律相對運(yùn)動(dòng)并相互擬合的一種加工方法。滾子球基面范成磨削原理如圖1所示，磨削時(shí)滾子外徑面定位在磁盤外圓表面上，磁盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)滾子，滾子小端緊靠頂尖軸向定位，滾子軸心線與砂輪回轉(zhuǎn)中心線在同一平面相交，并各自圍繞自己的軸心線旋轉(zhuǎn)，通過砂輪進(jìn)給磨削產(chǎn)生球基面。范成法磨削過程中，砂輪不斷進(jìn)給，工件逐漸成形，砂輪無需修整而是依靠與工件的摩擦實(shí)現(xiàn)自銳。

磨削過程中砂輪與工件有一個(gè)共同的接觸面，且二者的旋轉(zhuǎn)軸在三維空間相交[3]。三維空間兩軸線相交的旋轉(zhuǎn)物體，不同軸而共面(擬合面，兩物體在擬合面的兩側(cè))的唯一成立條件是球體的球面。這是因?yàn)橹挥星蝮w沿不同的軸線旋轉(zhuǎn)，外表面在不同的方向上才具有相同的尺寸和輪廓外形，否則兩個(gè)物體將發(fā)生干涉或脫離(不共面)，即只有當(dāng)砂輪與工件的結(jié)合面為球面時(shí)才能保證兩者不發(fā)生干涉或脫離(圖2)。在加工的初期階段，工件和砂輪的表面都不是球面，不滿足球面條件的質(zhì)點(diǎn)在進(jìn)入磨削加工過程中首先參與磨削被去除，當(dāng)加工表面符合球面形狀后才進(jìn)入一個(gè)相對穩(wěn)定的階段。

當(dāng)砂輪旋轉(zhuǎn)軸線與工件旋轉(zhuǎn)軸線不相交時(shí)，將會形成如圖3所示的橢圓球面(橄欖形)，其橢圓的長、短軸之差取決于砂輪與工件兩軸線間的距離，距離越長，長、短軸之差就越大。

圖1 滾子球基面范成磨削示意圖

圖2 理想球面

一般是通過調(diào)整球基面磨床砂輪軸線O′M與滾子軸線Ox在Oxy水平面內(nèi)的夾角α來保證滾子球基面半徑SR的技術(shù)要求(圖4)。為了保證滾子軸心線和砂輪回轉(zhuǎn)中心線相交，需在砂輪軸拖板上設(shè)置一個(gè)調(diào)整滾子軸線與砂輪軸線夾角β的機(jī)構(gòu)，特別是對圓錐滾子球基面加工時(shí)，必須要有一個(gè)β角的調(diào)整機(jī)構(gòu)，否則不能保證加工過程中滾子軸線和砂輪軸線的交點(diǎn)穩(wěn)定不變。調(diào)整砂輪軸線時(shí)應(yīng)仔細(xì)觀察球基面的表面加工紋路，兩軸心線相交時(shí)應(yīng)為交叉網(wǎng)狀紋路，出現(xiàn)放射狀紋路說明兩軸心線沒有相交。

圖3 橢圓球面(橄欖形)

圖4 滾子球基面加工軸線示意圖

2 滾子球基面半徑的確定

由圖1可知，滾子球基面半徑的計(jì)算公式為[4]

(1)

式中：r為滾子回轉(zhuǎn)中心線頂點(diǎn)到砂輪軸線的距離。

采用(1)式計(jì)算的滾子球基面半徑與實(shí)際并不相符，因?yàn)?1)式只是說明了在球面磨削加工調(diào)試時(shí)，工件與砂輪之間存在著這樣一種相對位置關(guān)系，即在砂輪直徑和滾子頂點(diǎn)位置G點(diǎn)確定的情況下，改變α角可以改變球基面圓心O點(diǎn)的位置，也就是可以改變滾子球基面半徑SR的大小。應(yīng)該注意的是，調(diào)整時(shí)改變的是球基面圓心O點(diǎn)的位置，而磨削加工時(shí)改變的是G點(diǎn)的位置，因此，滾子球基面半徑SR是由調(diào)整和磨削共同確定的。

在實(shí)際生產(chǎn)中需要注意滾子球基面磨床的砂輪進(jìn)給方向必須和砂輪回轉(zhuǎn)軸線一致；若不一致，由于砂輪回轉(zhuǎn)軸線在磨削過程中和砂輪磨損后補(bǔ)償時(shí)軸線的軌跡是一組平行線(圖4)，砂輪進(jìn)給方向沿滾子的回轉(zhuǎn)中心線O′x，致使在砂輪補(bǔ)償時(shí)砂輪軸線將在Oxy和O′MN兩個(gè)平面內(nèi)發(fā)生平移，滾子球基面半徑增大，形狀也將向橄欖形發(fā)展；如果砂輪沿O′M方向進(jìn)給，在砂輪補(bǔ)償時(shí)只是滾子球基面形狀向橄欖形發(fā)展，而滾子球基面半徑基本不變。

3 結(jié)束語

滾子球基面磨削可以通過工件和砂輪繞各自不同軸線旋轉(zhuǎn)的范成法實(shí)現(xiàn)，滾子球基面半徑是通過調(diào)整球心位置和磨削進(jìn)給共同確定的。在整個(gè)加工過程中要保證工件和砂輪軸線必須交于一點(diǎn)且不變，否則，滾子球基面半徑和形狀的變化將引起形狀誤差。