2MKG9580P數控立式復合磨床磨削偏心軸承套圈

曹保亮，齊靜敏，劉陽，張占峰

(1.新鄉日升數控軸承裝備股份有限公司，河南 新鄉 453700；2.新鄉市新機創新機械有限公司，河南 新鄉 453700)

1 2MKG9580P磨床結構及特點

偏心軸承的偏心外圈、中圈的加工目前主要依靠模具、工裝保證[1-2]。2MKG9580P數控立式復合磨床主要結構如圖1所示。床身、橫梁、鞍座及轉塔等基礎構件采用精密鑄鐵件，床身、立柱、橫梁等部件經過靜態力學模擬分析，保證充足厚度(壁厚)，合理配置內部筋板，使基礎構件具備高剛性和質量。

1—床身底座；2—工作臺主軸；3—砂輪修整器；4—外磨砂輪主軸；5—轉塔；6—內磨砂輪主軸；7—橫梁；8—鞍座；9—Z軸滑座；10—ATC刀具庫

1.1 結構特點

1.1.1 工作臺及偏心機構

立式復合磨床工作臺主軸采用精密推力軸承和圓錐滾子軸承，結構簡單、剛性高、工作穩定。主軸軸承施加有預載荷，與一般的靜壓圓導軌+主軸軸承的結構相比，具有高精度、高載荷的特點，運轉平穩且維護成本低；傳動采用兩級皮帶和卸荷軸結構，卸荷軸可使工作臺轉動不受皮帶輪軸交變載荷影響；恒溫工作臺主軸潤滑系統保證了工作臺轉動不產生溫度變化而影響加工精度。

偏心工作臺結構如圖2所示。正常磨削時，電永磁吸盤軸心線與工作臺主軸回轉軸線重合，磨偏心圓柱面時，旋轉蝸桿，使電永磁吸盤軸心線與工作臺主軸回轉軸線偏離，通過蝸桿調整工件中心至偏心要求為止，并采用定位塊定位，保證加工零件尺寸一致。工作臺對圓錐滾子軸承施加預緊力，提高偏心轉臺的旋轉精度；施壓螺桿、碟簧使偏心轉臺處于鎖緊狀態；偏心轉臺可自動調整偏心量，方便偏心套圈的加工。

1—轉軸；2—偏心工作臺；3—圓錐滾子軸承；4—電永磁吸盤；5—蝸輪塊；6—蝸桿；7—施壓螺桿、碟簧

1.1.2 交換轉塔

磨床采用交換轉塔進行內磨主軸和外磨主軸交換，如圖1所示。內、外磨主軸座相互錯位、中心軸線平行安裝在交換轉塔上，交換轉塔在垂直Z軸的軸線上連續、無級定位。轉塔轉動角度范圍大于250°，實現內磨主軸±30°和外磨主軸±45°的無級、連續定位，適用圓錐面的磨削。采用伺服電動機驅動轉塔定位，液壓裝置鎖緊；轉塔中心裝有圓光柵尺形成閉環控制，定位精度高。

1.1.3 進給系統

磨床進給系統采用高載荷、高精度、低摩擦因數的滾柱直線導軌，X軸每根直線導軌上配置4塊滑塊，Z軸每根直線導軌上配置3塊滑塊。多滑塊配置可大幅度提高X軸鞍座和Z軸磨頭滑座剛性，保證立式復合磨床進給系統的高精度、高剛度。機床進給驅動部分采用高剛性滾珠絲杠，并在其兩端施加一定的預拉伸量，充分克服溫升和撓曲給傳動帶來的不利影響。使用高精度光柵尺形成全閉環控制，兩軸聯動定位，機床進給精度控制在微米級。

1.1.4 內磨主軸砂輪交換及ATC刀具庫

磨床內磨主軸使用HSK100刀柄結構砂輪桿，根據磨削工藝要求可自動交換砂輪。HSK100刀柄為中空、短錐體結構，刀具更換速度快；采用錐面與端面同步接觸雙定位，靜態剛度和動態剛度高，其彎折載荷比大錐度刀柄高出30%～200%；采用HSK刀柄保證了砂輪重復安裝精度，工作效率較高，砂輪修整次數較少。

磨床配有ATC刀具庫，可裝6把HSK100刀具，伺服電動機轉換刀具位置，可快速完成砂輪交換作業。

1.1.5 砂輪修整器

砂輪修整器采用多工位金剛筆修整器和金剛石修整器，多工位金剛筆修整器用于修整砂輪上、下端面和圓柱面；金剛石修整器用于修整砂輪下端面和圓柱面。另外還可以選裝圓弧面修整器。

1.2 主要技術指標

主要技術指標為：工作臺主軸徑向跳動≤ 5 μm，工作臺主軸軸向竄動≤5 μm，磨床出廠精度兩項精度均≤1.5 μm；刀架Z/X軸定位精度為±3 μm；刀架Z/X軸重復定位精度為±2 μm；進給單位為1 μm。

主要加工精度為：磨削內、外圓圓度≤1.5 μm。以圓柱滾子軸承3226×1軸承外圈表面Φ250 mm×80 mm為例，經過磨削，工件表面圓度達到0.6 μm，圓柱度為1.5 μm，磨削時間約5 min。

1.3 適用范圍

2MKG9580P立式復合磨床屬于通用機床范疇，可用于大型精密齒輪和大型軸承等精密加工領域，適用于圓柱端面、臺階面、內(外)圓柱面、圓錐面及圓弧面的粗(精)加工，以及偏心套的磨削加工。磨削內孔Φ60～Φ800 mm；磨削最大外徑800 mm；磨削高度500 mm；工作臺載荷為800 kg。

2 軸承中圈的加工

以膠印機用雙偏心空心圓柱滾子軸承單元55YHB110×255×54為例，介紹使用2MKG9580P立式復合磨床加工軸承中圈的過程。

2.1 軸承結構及工藝要求

雙偏心空心圓柱滾子軸承單元主要由偏心外圈、偏心中圈、內圈、保持架及空心圓柱滾子等組成，軸承公差等級要求為P4。偏心中圈內、外工作表面均為雙列圓柱滾道，結構如圖3所示。其主要工藝要求為：兩端面平行度6 μm，內、外滾道的中心偏移量(6±0.02) mm，內、外滾道圓度4 μm，直線度+4 μm，與基準面的垂直度6 μm，雙列滾道的相互圓跳動2 μm，內、外滾道擋邊相對基準面的平行度12 μm[2]。

圖3 雙偏心軸承中圈

2.2 工藝分析及磨削過程

采用高精度立式復合磨床2MKG9580P磨削，可保證內、外圓柱面圓度均≤1 μm；內、外雙列滾道采用雙片砂輪一次切入成形磨削，可保證雙列滾道的相互圓跳動基本保持一致，且<1 μm；圓柱與基準面的垂直度<2 μm；兩端面平行度<6 μm；內、外滾道的中心偏移量采用固定擋塊定位，重復定位精度<10 μm；滿足中心偏移量(6±0.02) mm的要求。因此，立式復合磨床可以滿足加工工藝要求。

磨削基本工藝為：粗磨→時效處理→精磨→時效處理→細磨。精磨又分為磨兩端面、磨內外圓柱面、磨滾道擋邊等工序。粗磨、細磨與精磨過程類似。磨削開始時，磨頭轉塔外磨軸與轉臺成22.5°夾角，內磨主軸安裝砂輪(圖4)。為便于敘述，將偏心中圈兩端面分別稱為中圈端面1和中圈端面2，內、外滾道擋邊按順序編號依次為擋邊端面1，2，3，4。

圖4 內磨主軸用磨內、外圓柱滾道砂輪和擋邊砂輪

磨削加工過程為：工件定位(以2-Φ10圓柱孔定位)→修外磨砂輪端面→精磨中圈端面1→磨頭轉塔轉動內磨主軸與工作臺轉臺主軸平行→修擋邊砂輪→精磨中圈外滾道擋邊端面2，4→刀具庫更換滾道砂輪→修滾道砂輪圓柱面→精磨中圈外滾道→轉動偏心工作臺→精磨中圈內滾道→刀具庫更換擋邊砂輪→修擋邊砂輪(視具體情況定)→精磨中圈內滾道擋邊端面2，4→翻轉中圈換面(以2-Φ10圓柱孔定位)→精磨中圈內滾道擋邊端面1，3→偏心工作臺轉回原位→精磨中圈外滾道擋邊端面1，3→轉塔轉動外磨主軸與工作臺轉臺主軸成22.5°夾角→精磨中圈端面2，完成1個中圈加工過程。

2.3 工藝特點

(1)加工效率提高。采用立式復合磨床磨削軸承中圈，可在一臺機床上完成中圈內、外滾道及擋邊和端面的磨削，從而節省了大量輔助時間和人工工時。

(2)適合小批量、多品種生產。偏心軸承多屬小批量、多品種生產，傳統磨削工藝需要大量模具和工裝。采用立式復合磨床磨削不需要模具和特定工裝，根據偏心軸承套圈的偏心量在偏心轉臺上可以很方便地進行加工調整。

(3)生產成本低。一臺立式復合磨床可代替傳統工藝需要的雙端面研磨機、內圓磨床、外圓磨床、擋邊磨床等設備，節省了投資，減少了機床占地面積，生產成本降低。

(4)簡化生產管理。立式復合磨床單臺機床工作，不需要模具、特定工裝，生產管理大為簡化。