影響深溝球軸承外圓磨削質量的因素及解決方法

姜景濱，于秀麗

（哈爾濱軸承集團公司 小型球軸承分廠，黑龍江 哈爾濱 150036）

1 前言

軸承外徑通常采用無心貫穿磨削 ，這種加工方式批量大效率高，在加工中分粗磨、細磨、修磨才能達到成品零件要求。外徑是各工序加工的定位基準，外徑對溝道，溝道對溝精研的誤差影響是間接傳遞的，誤差的產生直接影響軸承振動，這樣給成品軸承質量造成很大影響。因此外徑需經過多次循環加工才能達到工藝要求，在磨削加工中如機床調整不當或加工速度過快致使外徑精度無法達到工藝要求，返修工件又沒有留量，勢必產生大量廢品，根據這種原因現分析影響外徑質量的幾個因素。

2 外圓磨削速度的產生及影響

無心外圓磨削是由砂輪高速旋轉，工件在進入磨削區域由導輪帶動工件在托板的支撐下進行磨削，導輪的轉速只有砂輪轉速的1/70～1/80，由此形成了砂輪對工件的磨削。

（1）在磨削過程中為了使工件前進，導輪應向下傾斜a角度，在此情況下如圖1：導輪的速度可分解成V垂直和V水平兩個速度V垂直=V cos a ， V水平=V sin a。V垂直的速度帶動工件旋轉在外徑表面產生規律磨痕，V水平使工件軸向前進，工件前進的速度V水平與導輪的速度和導輪的傾斜角大小有關（V水平=V sin a=πDn sin a 式中D：導輪直徑；n：導輪每分鐘轉速；a：導輪傾斜角度。）。從式中可以看出工件的縱向進給速度與導輪的直徑和導輪傾斜角度有關，傾斜角越大，工件的縱向進給速度也越大，縱向進給速度是影響產品質量的重要環節。軸承產品加工中分輕、中、重系列，在磨削加工中采用的速度是不一樣的，如：加工61900系列屬超輕系列，6300系列屬中型系列，在產品加工中，如果中、輕系列速度一樣勢必造成大量廢品，因為超輕系列無論是車加工，還是熱處理外徑的變形量都是很大的，車加工、熱處理后變形量橢圓、錐度在0.20～0.24mm，車工給磨工的留量25±0.03mm，如果導輪角度超過2°30′，使軸向磨削進給速度較大，在短時間內對工件變形量改善非常小，細磨一次下來外徑有大量黑皮裸露出來，再經過兩次細磨磨削（工藝要求外徑細磨需三、四次磨削），加工精度難以控制，磨到細磨要求尺寸，大量工件圓度在5～10μm之間（技術要求外徑圓度2.4μm），精度達不到要求，只能100%用儀器量精度，超過工藝要求的工件報廢，給生產帶來很大經濟損失。

圖1 導輪運轉形成的V垂直 、V水平示意圖

圖2 導板示意圖

（2）在實際加工中工件前進的速度V水平還與刀板在垂直面內安裝的位置誤差有關，當刀板后端高起時形成+β（見圖2）；當刀板前端高起時形成-β，在此情況下工件前進的速度V水平=πDn sin(α±β)o。應當指出：刀板位置的傾斜破壞了工件與導輪雙曲線的接觸，使工件工件在磨削區域內沒有穩定的位置，在高低方向或軸線方向總是在改變，引起工件和刀板的振動，使工件的直線性和圓度遭到破壞。

3 圓度誤差的產生及消除方法

無心磨削是由工件母線支撐加工的，它的成圓過程有下列特點：一方面，被磨工件在磨削前有原始誤差，磨削時，原始誤差在砂輪與工件接觸過程中復映出來，另一方面，工件在整個圓周上的磨削余量不能一下被磨去，而是工件在旋轉過程中逐點逐點地磨去，這樣，磨削過程中，工件表面被磨削與未磨削交接處有一定的不平度，該不平度與托板、導輪逐步接觸后，對工件產生新的圓度誤差，因而，無心磨削是一個產生圓度誤差又不斷消除誤差的過程，只有磨削區域選擇恰當，使消除誤差的能力大于產生誤差的能力的時候，才能得到高精度的磨削效果。在磨削過程中砂輪的中心線、工件中心線和導輪的中心線在同一高度，如圖3 所示。

圖3 產生圓度誤差示意圖

工件表面與磨削輪、導輪的接觸點在同一直徑上，而且工件表面有一凸起點，磨削時，當凸點與導輪線接觸后，勢必就會將工件推向磨削輪一邊，則凸起點的對面就被磨成一個凹坑，其深度等于凸起點的高度，工件回轉180°后，凸起點轉到與磨削輪接觸，此時凹坑也正與導輪接觸，工件被推向導輪，凸起點無法被磨去，這樣，工件在旋轉過程中，其中心在兩輪間左右擺動，雖然磨出的工件直徑在各個方向上都相等，但工件不是一個圓形?？梢钥闯龉ぜ圆荒苣A是因為工件的中心同磨削輪的中心等高，使得工件的凸（凹）點與導輪接觸時，總是它對面的（凹)凸點與磨削輪線接觸，造成工件始終不能成圓。從上述可以看出無心磨削時，工件的中心必須高于磨削輪和導輪的中心連線，工件才能被磨圓。在磨削中工件的中心高一般按下列公式計算：H1=A-B-(d/2-h)(mm)，見圖4。

粗磨時，工件中心比精磨中心高一些，圓度誤差大的工件中心應高些，橢圓度大的中心應低一些，圓度、橢圓兩者都有，應先提高中心，消除不圓后降低中心，再消除橢圓。

圖4 工件中心高示意圖

4 加工工藝及測量因素對外徑質量影響

4.1 嚴格控制各工步的磨削余量

磨削外徑的技術條件有：外徑尺寸、單一徑向平面內的外徑變動量、單一套圈最大與最小之差，圓形偏差、外徑表面母線對基準端面傾斜度變動量、表面質量。磨削用量是影響外徑加工質量的重要參數，如：加工型號61909產品，該產品的特點是超輕系列，外徑68mm，外內徑60.9mm,寬度12mm,外徑加工時難度很大，經常出現圓度超差現象，其主要原因是加工過程中留量控制不好，一次加工磨削量過大，產生彈性變形較大，圓度不但沒有明顯的改善，而且還會出現增大現象，這時應及時調整磨削量，粗磨磨削量第一次應控制在0.10～0.12mm，第二次應控制在0.06～0.08mm，圓度達到0.010～0.015mm，磨削時兩次均采用工件中心高于兩輪中心的加工方法（保證外徑圓度），終磨選擇降低刀板10～20mm，用較小的磨削深度0.02～0.03mm（直徑測量），改變外徑橢圓，使得粗、終磨的磨削深度大小依次遞減，加工精度依次提高，最后磨削深度最小0.01mm，這樣使砂輪脫落較慢，以便獲得穩定的尺寸和形位公差精度。

每次循環加工時一定認真檢查工件圓度是否改善，如果保持上工步精度，那么就應停機檢查，查看砂輪是否修整平整，導輪是否不圓或對工件的中心高進行調整，調整的范圍在2～4mm之間，另外，還要檢查導輪軸是否松動。實踐證明細磨第一工步圓度應控制在0.005～0.008mm，第二工步圓度控制0.002～0.003mm，第三工步～第四工步換低導板不改變圓度只改變橢圓。

4.2 正確安裝導板位置

磨削加工中要注意調整好前后導板和兩輪的位置，避免進出口產生磨傷，修整砂輪時特別是粗磨要保證砂輪前后有3o錐度，以便工件自如進出磨削區域，避免產生磨傷。

4.3 正確測量外徑尺寸及精度

外徑圓度采用測量儀器D913B，測量前必須調整好儀器，表尖和相對應的支點的連線要通過工件圓心，找出最大點然后固定側支點，側支點一定在工件的中心位置上，否則偏上或偏下都會影響測量精度，這樣可以有效地避免因測量不準確造成批量廢品和返修品。圓度采用H 903儀器測量，測量用V形塊的角度分為90o和120o兩種。90o測量圓度不好，說明外徑加工時工件中心偏高，產生了棱圓度(圖5a)，120o測量圓度不好，說明外徑加工時工件中心偏低，產生了圓度（圖5b）。圖5a、5b 是通過圓度儀YD200測量61 909工件外徑獲得的（倍率2 000倍、率波1～500），根據測量的形狀和產生的棱數可以及時對機床進行調整，有效保證了產品精度。

圖5 YD200測量61909工件圓度示意圖

5 結束語

通過上述對無心外徑加工中遇到的問題進行簡要分析，得到了一些在加工中出現質量問題的排除方法，減少了一些因外徑精度影響下工序加工質量的問題，減少了復映誤差對成品軸承質量的影響。