油石預(yù)磨機床設(shè)計

隋善勇

（哈爾濱市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會，黑龍江 哈爾濱 150070）

1 前言

軸承超精研磨機床是使用油石作為磨削介質(zhì)進(jìn)行超精研磨加工。操作人員往往只在砂紙上隨便磨幾下油石就用于軸承溝道（滾道）的超精研磨，主觀上寄希望于油石的材質(zhì)偏軟，在超精研磨的過程中能夠自動修整成形。實際上這樣預(yù)磨的油石危害性非常大，在超精研磨過程中容易衍生出缺陷。比如，油石預(yù)磨后的形狀與溝道幾何形狀相差過大，輪廓不能較好地與溝道吻合，甚至帶楞帶角。局部受力的油石在超精研磨時，壓力容易應(yīng)力集中將油石壓碎，飛濺的油石碎塊會再次擠入受力的接觸區(qū)域，由于油石碎裂這種狀況，局部的溝道（滾道）區(qū)域就會因為失力而研磨不到溝道（滾道）的邊緣，留下砂輪花，直接影響超精研磨的技術(shù)指標(biāo)。此外，砂紙上的砂粒結(jié)合力較差，是非常容易脫落的，如果在磨的過程中吸附到了油石接觸表面，砂粒不會主動清潔掉，會越嵌越深，就會在加工過程中劃傷工件，使溝道（滾道）在超精加工后產(chǎn)生絲子和蝌蚪痕。

由于超精研磨是軸承生產(chǎn)過程中的重要工序，過程復(fù)雜，返修率較高，公認(rèn)為軸承生產(chǎn)流程的技術(shù)瓶頸。尤其近些年來，顆粒硬度較高的新型油石磨料的應(yīng)用、性能指標(biāo)不同的進(jìn)口油石的應(yīng)用、還有大表面積接觸的油石的應(yīng)用、新型智能軸承超精研磨機床壓力參數(shù)的自動調(diào)整等等因素，將油石的預(yù)磨問題逐漸提升到了技術(shù)研究的層面上。通過對軸承超精研磨的過程工作狀態(tài)的觀察，對油石的預(yù)磨原理進(jìn)行了深入研究。

2 現(xiàn)有機床現(xiàn)狀

油石預(yù)磨機床在國外軸承行業(yè)使用普遍,某進(jìn)口油石預(yù)磨機床（圖1）通過使用發(fā)現(xiàn)，采用砂輪去給油石預(yù)磨，會基本杜絕嵌入油石的沙粒，這是該機床的可取之處，但是砂輪結(jié)構(gòu)只能夠預(yù)磨固定半徑的的油石，形成凹坑，局限了磨削功能，即，只能磨削內(nèi)套圈油石，不能夠磨削外套圈油石，加工范圍較為單一。

3 預(yù)磨機床的工作原理設(shè)計

在超精研磨工作中，油石經(jīng)過正壓力擠壓在溝道（滾道），產(chǎn)生了摩擦力，這種摩擦力在油液潤滑的基礎(chǔ)上，油石自身的磨粒會逐漸磨損脫落掉。最后，油石和溝道（滾道）在接觸區(qū)域會完全吻合。油石預(yù)磨工作模擬形成油石與溝道的接觸區(qū)域和軸承的溝道（滾道）相同的表面形狀、曲率的研磨表面，待二次裝夾在超精研磨的機床上，預(yù)磨加工的油石就可以用于超精研磨。

圖1 某進(jìn)口機床實物圖

3.1 磨削內(nèi)、外溝（滾道）的油石原理

內(nèi)、外溝（滾道）的油石依靠砂輪自身旋轉(zhuǎn)和油石夾導(dǎo)軌繞軸旋轉(zhuǎn)去除材料的方式（圖2、圖3），砂輪和油石夾導(dǎo)軌的旋轉(zhuǎn)在軌跡上已經(jīng)擬合了內(nèi)外溝（滾道）的直徑在油石形狀上的材料去除，磨削出的油石二次裝夾在超精研磨工作的油石夾中，即可使用。

圖2 內(nèi)溝（滾道）油石磨削原理

圖3 外溝（滾道）油石磨削原理

3.2 磨削球軸承的溝曲率R原理

球軸承的溝曲率R，也可以通過位置獲得,具體的方法是將油石旋轉(zhuǎn)90°，調(diào)節(jié)同一平面的砂輪自身旋轉(zhuǎn)軸線和油石夾導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)軸線的距離磨削后可以獲得。（圖4）。如果對油石的內(nèi)外溝預(yù)磨結(jié)束后再對溝曲率R進(jìn)行磨削，可以獲得復(fù)合的曲面，則這種曲面與球軸承溝道接觸區(qū)域?qū)嶋H形狀非常接近。

圖4 球軸承溝曲率R磨削原理

3.3 磨削偏心溝球軸承的溝曲率R原理

偏心溝球軸承的溝曲率R，通過調(diào)節(jié)油石夾的對稱性位置獲得偏心量e，或者采取導(dǎo)軌可以互換的固定偏心量的油石夾獲得（圖5）。

圖5 偏心溝球軸承溝曲率R磨削原理

3.4 機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計

預(yù)磨機床增加了可以繞軸線轉(zhuǎn)動的油石夾導(dǎo)軌（圖6），并保證油石夾旋轉(zhuǎn)的軸線與砂輪軸線始終保持同一平面（圖7 ）。通過油石夾的裝配的正反方向可以分別進(jìn)行內(nèi)、外套油石修磨；導(dǎo)軌上配有位置標(biāo)尺，通過調(diào)節(jié)油石夾在導(dǎo)軌位置可以磨削油石表面的曲率R，通過調(diào)節(jié)油石夾的對稱性可以磨出偏心溝道油石R。更換導(dǎo)軌的油石夾可以實現(xiàn)不同寬度油石的磨削。

預(yù)磨機床增加了可以沿Y軸前后移動的油石夾導(dǎo)軌支架；增加了可以使磨削砂輪沿X軸左右移動的固定導(dǎo)軌。機床砂輪系統(tǒng)可以沿X軸左右移動，油石系統(tǒng)可以沿X軸轉(zhuǎn)動。支架導(dǎo)軌可以沿Y軸移動，油石夾可以在油石夾槽內(nèi)前后移動。預(yù)磨機床的結(jié)構(gòu)簡圖見圖8 。

圖6 油石夾導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)圖

圖7 預(yù)磨機床的結(jié)構(gòu)圖

圖8 預(yù)磨機床的結(jié)構(gòu)原理

另外，砂輪主軸安置在固定導(dǎo)軌上可以針對砂輪輪廓形狀、直線度用固定式的金剛筆進(jìn)行修整，這樣對彌合在砂輪縫隙的油石粉也可以有效去除。另外，如果在主軸導(dǎo)軌上加裝氣動往復(fù)裝置，便實現(xiàn)了對油石表面的自動往復(fù)的磨削，提高了油石磨削的均勻性。支架上可以加裝的冷卻油潤滑系統(tǒng)對作業(yè)現(xiàn)場的進(jìn)行排屑、降塵、提高被加工成品油石的表面質(zhì)量。

表1 機床加工油石的范圍/mm

4 結(jié)束語

設(shè)計的油石預(yù)磨機床擴(kuò)展了使用功能，改進(jìn)了現(xiàn)有國外機床只能磨削內(nèi)套圈油石，不能夠磨削外套圈油石的局限。機床對內(nèi)、外套油石都能夠預(yù)磨。可加工外套圈直徑理論極限范圍為0mm-300mm、內(nèi)套圈直徑范圍35mm-300mm、溝曲率R理論極限為1.0mm-150mm的任意表面的精研油石（表1）。尺寸靈活性大。金剛筆修整的砂輪的母線直線度、輪廓度高，加工油石的表面精度也相應(yīng)提高。這樣，油石預(yù)磨機床就為軸承超精加工的效率和質(zhì)量提升奠定了基礎(chǔ)。