一種全自動外球面軸承外圈徑向鉆孔機

王偉光，陳光明

(1.浙江省新昌縣新盛知識產權創新服務中心, 浙江 新昌 312500；2.浙江省新昌職業技術學校，浙江 新昌 312500)

1 概述

軸承工業的迅速發展及其應用領域的不斷擴大，使軸承類型、品種亦越來越多，其中外圈為球形截面(圖1)的外球面軸承已成為廣泛應用的軸承類型之一。該類軸承外圈表面上通常設有周向潤滑油槽、n個貫穿外圈內壁的再潤滑注油孔以及徑向定位銷孔(盲孔)，油孔與銷孔按一定空間角度分布。國內現有技術通常是各注油孔和銷孔分步加工，很難保證定位銷孔深度及其與各注油孔間的位置精度，且加工效率低、成本高，已成為制約該類軸承生產的技術瓶頸。因此，設計開發了一種全自動外球面軸承外圈徑向鉆孔機。

圖1 外球面軸承外圈結構

2 結構及控制系統設計

全自動外球面軸承外圈徑向鉆孔機利用機械設備多軸加工原理，通過PLC系統控制多軸同時動作實現對工件的多向同時鉆孔(圖2)。

圖2 鉆孔機加工原理圖

鉆孔機主要包括機架、自動上料裝置、夾持裝置、自動鉆孔裝置、自動下料裝置和電氣控制系統等(圖3)。

圖3 鉆孔機結構框圖

2.1 自動上料裝置[1]

自動上料裝置包括安裝于主軸座上方的斜向進料道、推料桿和推料氣缸等(圖4)。由于軸承外圈為圓周對稱件，可在圓周任意位置上鉆孔，因此將其放入斜向進料道即可。工件自斜向進料道上的滑動斜面自動滾落至出料口，感應器觸發氣缸運動，氣動推料桿推動工件落入托料架上的V形凹槽內，完成工件自動上料。

圖4 鉆孔機自動上料裝置

2.2 夾持裝置

軸承外圈為圓環體，因此夾持裝置采用圓環體內表面點接觸定位夾緊，中心高由托料架上的V形凹槽確定[1]。夾持裝置包括動、靜夾頭，夾持桿，滑桿和感應器等，結構如圖5所示。

靜夾頭設置在主軸座上，動夾頭安裝在夾持氣缸上并由氣缸驅動做直線移動。工件夾緊時動夾頭的圓柱臺階軸凸臺伸入軸承外圈內孔定位，在夾持桿的配合下，沿滑桿向靜夾頭方向移動，當夾持桿嵌入靜夾頭內后，靜夾頭的圓柱臺階軸凸臺端面夾緊工件。鉆孔完成后，氣缸復位，夾持桿在滑桿上套裝彈簧的作用下復位。該夾持裝置夾緊過程平穩、勻速，且采用圓形凸臺內撐于軸承外圈內孔，減小了鉆孔過程中零件的變形。

1—感應器；2—滑桿；3—彈簧；4—靜夾頭；5—夾持桿；6—工件；7—動夾頭；8—夾持氣缸

2.3 自動鉆孔裝置

針對軸承常見的1個徑向定位孔和2個徑向注油孔的結構特點，在機架上設計安裝了3套包括主軸機構和進給驅動機構的徑向鉆孔裝置[2]。主軸機構由主軸和主軸電動機構成(轉速由PLC控制)，分別安裝于角度調整機構的調整板上，通過手推滑塊令其在滑槽內滑移進行鉆孔角位置的調整，調整到位并鎖緊后，進給機構自動鉆孔。進給驅動機構由步進電動機和滾珠絲杠副組成，鉆孔深度由安裝在進給機構上的限位開關控制。

2.4 自動下料裝置

自動下料裝置包括出料道和推料氣缸[3]。鉆孔完成后，夾緊機構在彈簧作用下復位，松開工件，工件落入出料道，在推料氣缸推動下移動至出料道口，實現自動下料。

2.5 電氣控制系統[4]

電氣控制系統包括PLC控制系統和伺服電動機。PLC控制系統通過程序協調控制自動上下料、裝夾、進給鉆孔等環節機械部件的運動。控制系統為13輸出，8輸入，PLC型號為S7-200CPU226 6ES721-2AD23-OXO ，接線如圖6所示。

圖6 PLC接線圖

3 工作過程

鉆孔機工作時通過進料道向托料架輸送待鉆孔工件，工件落到托料架后，推料氣缸推動推料桿平移并帶動托料架橫向移動；當工件移動到與動、靜2個夾頭的圓柱凸臺同軸時，感應器觸動夾持氣缸運動，氣缸活塞推動動夾頭做直線運動，動夾頭上設置的圓柱凸臺嵌入軸承外圈中與夾持桿配合，夾持工件向靜夾頭移動，移動到工件前端面與靜夾頭接觸時，夾持桿嵌入靜夾頭凹槽中，動、靜夾頭依靠其軸向定位面對工件進行軸向定位夾緊；鉆孔裝置進刀、鉆孔；鉆孔完畢，鉆孔裝置退刀，氣缸復位，動夾頭和夾持桿夾持工件在彈簧的作用下自動復位、松開；工件落入出料道，并由出料道中的氣缸推入零件周轉箱，完成自動鉆孔加工。

4 生產驗證

全自動軸承外圈徑向鉆孔機交付軸承生產廠家使用后，產品合格率大幅上升，加工效率為傳統工藝的5倍，而且人工勞動強度和加工成本也得以降低(表1)。

表1 鉆孔方法改進前、后的效果對比

5 結束語

設計的全自動外球面軸承外圈徑向鉆孔機，解決了具有空間角位置要求的軸承套圈多徑向孔的鉆孔技術難題，實現了全自動鉆孔加工，大幅提高了生產效率和工序質量水平，降低了生產成本。該設備通用性強，適合于圓環類產品自動化鉆孔加工。