多溝金剛石滾輪設計與應用

馮新寬，林繼龍，林繼泉，許琴芳

(1.山東藍宇精密軸承制造有限公司，山東 臨清 252664；2.蘇州工業園區廣達精密工具有限公司，江蘇 蘇州 215021)

1 原金剛石滾輪使用情況

雙列角接觸球軸承和雙列深溝球軸承內、外圈溝道的精度直接影響裝配質量，繼而影響產品的接觸角和振動值。而兩溝道精度指標主要有溝心距、溝曲率、溝底直徑圓度、兩溝底直徑相互差、兩溝道徑向跳動和溝道表面粗糙度，一般工藝要求溝心距的偏差≤±0.005 mm，兩溝曲率偏差≤±0.006 mm，兩溝底直徑相互差≤0.003 mm，兩溝道徑向跳動≤0.003 mm，兩溝曲率素線輪廓度≤0.003 mm，溝道表面粗糙度≤0.2 μm。而在磨削3056和4000系列中小型軸承套圈雙溝道時，修整砂輪的金剛石滾輪大多為如圖1所示的雙溝金剛石滾輪，要求金剛石滾輪的溝心距偏差≤±0.003 mm，兩溝曲率偏差≤±0.005 mm，兩溝底直徑相互差≤0.002 mm，兩溝道徑向跳動≤0.002 mm，兩溝道曲率素線輪廓度≤0.002 mm，溝道表面粗糙度≤0.4 μm。同時還要求滾輪自身精度符合圖1的技術指標。雖然采用此金剛石滾輪修整的砂輪磨削的套圈雙溝道各項精度均能達到工藝要求，生產效率也高，但是每個該結構的金剛石滾輪只能用于單一品種產品砂輪的修整，使用成本較高，無法適應小批量、多品種的雙溝道磨削砂輪的修整。

圖1 雙溝金剛石滾輪示意圖

2 多溝金剛石滾輪的設計

為開發3800，3900和3000系列新產品，考慮到此系列產品壁薄和寬度窄的特點，依據ZYB3—1989和ZYB28—1998設計方法進行產品設計，工藝實現方法中，內、外圈兩溝道須采用金剛石滾輪修整砂輪一次成形磨削才能達到工藝要求，但由于此系列產品套圈溝心距和溝曲率均較小，結合車間現有金剛石滾輪的實際安裝空間，設計出了能修整多尺寸規格砂輪的低成本、高精度多溝金剛石滾輪，其結構及各項精度指標如圖2所示，其外形尺寸與原金剛石滾輪相同。該多溝道金剛石滾輪的技術要求為：(1)各區溝心距偏差為±0.003 mm， 各區溝曲率偏差為±0.005 mm；(2)同曲率兩溝道單一平面平均直徑差Dimp1-Dimp2≤0.002 mm;(3)同曲率兩溝道平均半徑差Rimp1-Rimp2≤0.002 mm;(4)同曲率兩溝底直徑對軸線的跳動≤0.002 mm;(5)各區溝曲率素線輪廓度≤0.002 mm；(6)各區溝曲率表面粗糙度≤0.4 μm。

圖2 多溝金剛石滾輪示意圖

多溝金剛石滾輪采用濃度為100%、粒度為140/170的天然金剛石，并采用金屬結合劑，表面金剛石分布應均勻，金剛石與不銹鋼基體結合應緊密、牢固，不得松動，再經燒結后磨削修整制成。

磨削3800，3900，3000和4200系列內圈溝道用多溝金剛石滾輪溝心距、溝曲率大小及分布情況如圖3所示。滾輪外表面設計了10條圓弧溝，相鄰兩溝形的大小、深淺相同，共5個工作區位，從小到大依次編號。1區適合3800～3803內圈雙溝道磨削砂輪的修整；2區適合3804～3810，3900～3903內圈雙溝道磨削砂輪的修整；3區適合3811～3812，3000～3003內圈雙溝道磨削砂輪的修整；4區適合3814～3816，3904～3906，4200～4202內圈雙溝道磨削砂輪的修整；5區適合390/32，3907～3908，3813內圈雙溝道磨削砂輪的修整。

圖3 10溝金剛石滾輪的外徑面分布情況示意圖

使用時根據被加工套圈溝道工藝要求，選用金剛石滾輪的合適溝道，當選用1～3區滾輪溝道時，基準面(圖2)正對機床磁極安裝滾輪軸；當選用4，5區溝道時，將滾輪反向非基準面正對機床磁極安裝滾輪軸。安裝滾輪時應用85 ℃左右的熱水浸泡滾輪使內孔脹大，以便于安裝。滾輪安裝進滾輪軸后須擰緊背帽，再通過調整滾輪座軸向位置使選中滾輪的兩溝道正對砂輪，再擰緊固定滾輪座鎖緊螺釘。修整砂輪時，滾輪線速度大約為被修整砂輪線速度的0.40～0.65倍,滾輪切入量以砂輪每轉切入0.5～1 μm 為宜,每次修整砂輪的總量應為0.02～0.04 mm，光磨時間盡量短。修整砂輪時必須遵守工作程序：快進(不能接觸砂輪) →慢進(按需要的切入速度進給) →光磨→退出。不得錯步，否則滾輪壽命難以保證。修整好砂輪后，可直接切入磨削套圈溝道。

3 多溝金剛石滾輪的應用實例

多溝金剛石滾輪與雙溝道磨削砂輪以及3811～3812，3000～3003內圈雙溝道磨削工作區位剖面如圖4所示。調整砂輪至滾輪第3工作區位。

1—金剛石滾輪；2—砂輪；3—內圈；4—磁極(端面支承)

安裝使用后磨削3811～3812內圈和3000～3003內圈的各項參數指標見表1。

表1 軸承內圈溝道的各項參數指標

多溝金剛石滾輪其余各區位修整砂輪后磨削內圈的各項參數檢測方法和使用量具與表1相同，各項精度指標均達到使用要求。多溝金剛石滾輪各區修整砂輪后磨削溝道的圓度、表面粗糙度檢測結果見表2。

表2 溝道圓度、表面粗糙度檢測結果

經過2年多生產實踐驗證，在3800，3900，3000系列雙列角接觸球軸承雙溝道內、外圈磨削時使用多溝金剛石滾輪修整砂輪，效果較好。隨后又推廣到4000和5000系列產品雙溝道磨削砂輪的修整中，分別設計制作了4溝金剛石滾輪和6溝金剛石滾輪，都取得了滿意的效果。

4 結束語

實踐證明，多溝金剛石滾輪適合小批量、多品種的雙溝道產品的生產，1個金剛石滾輪可修整多個尺寸規格的雙溝道磨削砂輪，特別適用于溝曲率≤8 mm、溝間距≤16 mm的雙列球軸承套圈雙溝道磨削砂輪的修整。