C650車床磨削大尺寸外球面軸承外圈的分析

馬萍，羅一元

(1.甘肅海林中科科技股份有限公司，甘肅 天水 741018；2.天水生產(chǎn)力促進中心，甘肅 天水 741000)

1 可行性分析

某型非標外球面雙列圓柱滾子軸承的內(nèi)圈、滾子、外圈端面、滾道在現(xiàn)有設(shè)備上均可順利加工，但外圈外球面在現(xiàn)有設(shè)備上無法磨削。外圈尺寸結(jié)構(gòu)如圖1所示，外球面精度要求為：對稱度0.025 mm，表面粗糙度0.4 μm。由于零件外形尺寸較大，公司現(xiàn)有設(shè)備只有C650車床可對該零件進行徑向裝夾，若在C650上對外球面進行最終硬車加工，無法滿足外球面的尺寸精度要求。根據(jù)球面軌跡范成磨削原理[1]，擬在刀架上安裝磨削機構(gòu)，使砂輪軸與工件軸相互垂直，各自繞軸線旋轉(zhuǎn)，當砂輪沿其軸線進給時，回轉(zhuǎn)工件與旋轉(zhuǎn)砂輪接觸磨削，形成球面軌跡，磨加工出符合工藝要求的球面。

2 磨削裝置結(jié)構(gòu)

磨削裝置結(jié)構(gòu)如圖2所示[2]，由砂輪、砂輪軸、皮帶輪、電動機和底座等組成。根據(jù)機床結(jié)構(gòu)特點，拆除C650拖板上的刀架部分，利用現(xiàn)有的T形槽，將整套磨削裝置固定在刀架上，通過墊塊調(diào)整底座高度，使砂輪軸中心與工件軸中心等高，由電動機通過皮帶傳動帶動砂輪軸轉(zhuǎn)動，砂輪沿其軸線做進給運動對工件進行磨削。工件以內(nèi)徑和端面定位，對工件外球面進行磨削，加工后保證球面對稱度和端面跳動均小于0.025 mm。

圖1 外球面外圈結(jié)構(gòu)圖

3 砂輪的選擇[3]

軸承外圈材料為GCr15SiMn鋼，硬度為58～62HRC；磨削時要求砂輪有較好的自銳性。(1)砂輪磨料選為棕剛玉，棕鋼玉硬度高、韌性好，能承受較大磨削壓力。(2)選擇樹脂結(jié)合劑，其彈性好、強度高、耐沖擊、自銳性好，磨削效率高，磨削時磨粒能退讓，可避免磨削用量大、摩擦發(fā)熱而使工件表面燒傷。(3)砂輪硬度對磨削效率和加工表面的質(zhì)量有較大影響，若砂輪太硬，磨粒鈍化后不能及時脫落，會使砂輪表面上磨料間的空隙被磨屑堵塞，造成磨削力和磨削熱顯著增加，使工件表面變形甚至燒傷，表面粗糙度值顯著增大；若砂輪太軟，磨粒尚未鈍化就過早脫落，會使損耗過快，砂輪很快失去正確的外部形狀，工件的精度難于控制。因此，根據(jù)工件材質(zhì)選用3級軟砂輪。(4)樹脂結(jié)合劑砂輪磨削時安全線速度≤40 m/s，要注意充分冷卻，防止產(chǎn)生燒傷、裂紋。最終選用杯形砂輪，其型號為： B250×100×150 A46J5B40。

1—床頭箱；2—機床卡盤；3—工件；4—砂輪；5—凸緣1；6—凸緣2；7—砂輪主軸；8—軸套；9—砂輪軸座；10—底座；11—砂輪軸皮帶輪；12—三角皮帶；13—砂輪電動機皮帶輪；14—電動機；15—機床拖板；16—機床導軌；17—壓緊裝置

4 球面對稱度調(diào)整及檢測

實際加工時要不斷調(diào)整球面對稱度，水平面內(nèi)砂輪軸線與零件寬度對稱軸線重合的調(diào)整，是在加工過程中不斷移動砂輪頭架，使球心落在外圈寬度中心面上；垂直面內(nèi)砂輪軸線與工件軸線等高的對稱度調(diào)整，是在車床主軸中心高一定的情況下，通過尺寸鏈計算出拖板的高度及磨架機構(gòu)中砂輪的中心高，再通過調(diào)整墊塊來滿足要求。工件表面磨痕由初始的不對稱單面圓弧狀刀紋通過反復(fù)調(diào)整砂輪中心使其逐步重合，最終形成均勻的網(wǎng)狀刀紋。

通過多次實際測量計算，總結(jié)得出Δ≈4X(圖3)，Δ為球面中心偏移量，X為垂直方向尺寸變動量。磨削時通過比例關(guān)系控制拖板手輪的縱向移動量及砂輪的橫向進給，簡化調(diào)整過程，提高工作效率，磨削出符合技術(shù)要求的外球面。

設(shè)計的專用外球面對稱度檢測儀器如圖4所示，其利用百分表即可檢測出球面的對稱度是否滿足要求。

圖3 簡化調(diào)整過程示意圖

1—測量支架；2—頂桿；3—工件；4—百分表

5 結(jié)束語

通過對C650刀架部分的改造，基于球面軌跡范成磨削原理，實現(xiàn)了對大尺寸外球面軸承外圈的加工，滿足了外球面的技術(shù)要求。根據(jù)磨痕刀紋的判別，通過比例關(guān)系控制拖板手輪的縱向移動量及砂輪的橫向進給，保證了外球面對稱度滿足技術(shù)要求，提高了加工效率。