球面滾子外徑超精機

周俊榮，劉明，賀宇，周晨曦，周俊瑞

(1.五邑大學 機電工程學院，廣東 江門 529020；2.無錫瑞鼎機床有限公司，江蘇 無錫 214191)

目前，國內對軸承內、外圈的超精技術已日趨成熟，因此對影響軸承運轉的球面滾子的超精加工提出了更高的要求[1]。球面滾子經過超精研加工后，其圓度誤差、表面粗糙度值明顯下降，表面變質層被除去。裝配而成的軸承噪聲值明顯下降，旋轉精度、產品質量及壽命可靠性均有較大幅度的提高[2-3]。而國內目前所用的球面滾子超精機存在加工范圍小，滿足不了市場上多種球面滾子規格的需求；上下料繁雜、效率低；滾子易劃傷等問題。因此，研究球面滾子外徑超精研機是我國軸承行業的迫切需求。

1 機床加工原理

油石裝在油石夾中，油石夾與擺動主軸相連，同時擺動。擺動主軸中心至油石摩擦端的距離即為滾子的球面半徑SR(圖1)，改變油石至中心的位置即調節SR的大小；擺動角度α由與擺動主軸相連的曲柄連桿機構控制。

球面滾子采用特殊的工裝使之穩定轉動，且不產生軸向移動，油石以恒定壓力壓向球面滾子，對滾子外徑面超精，使滾子的表面質量得以改善(圓度和波紋度提高30%以上，表面粗糙度Ra達到0.05 μm)。

2 機床整體與主要部件設計

設計的球面滾子外徑超精機整體布局如圖2所示，為兩工位超精，即1次可以同時超精2個滾子。機床包括床身、上下料機構、工件傳動機構、擺動主軸、油石夾持和補償機構、冷卻過濾裝置和電氣系統等。床身上設置有左、右2個立柱，立柱上安裝箱體，箱體上安裝擺動主軸，擺動主軸的前端安裝油石夾持和補償機構(超精機構)，擺動主軸由曲柄連桿機構驅動。

圖2 機床整體機構布局示意圖

在床身上，立柱和箱體前端安裝工件傳動機構，由可無極調速的電動機驅動，實現工件的穩定轉動，而無軸向移動，使機床實現油石對滾子外徑面的切入式磨削。工件傳動機構的前端安裝有上、下料機構。

2.1 擺動機構

擺動機構包括擺動主軸(圖3)和曲柄連桿機構(圖4)。擺動電動機連接減速機，減速機通過皮帶輪與曲柄連桿機構連接，曲柄連桿機構設置有偏心滑塊，通過調整偏心滑塊的徑向位置(即改變長度a)調節擺動主軸的擺動角度。曲柄連桿機構依次連接連桿和中間連桿，中間連桿與擺動主軸相連接。床身左、右立柱上固定擺動主軸和油石擺動氣缸，每根擺動主軸對應1個油石擺動氣缸，油石擺動氣缸的活塞桿與擺動主軸軸心的拉桿相連接。

1—主軸；2—前端蓋；3，4，9，10—襯圈；5—套筒；6—襯套；7—支承塊；8—彈簧座；11—后端蓋；12—支承套；13—六方套；14—拉桿

圖4 曲柄連桿機構原理示意圖

2.2 超精機構

超精機構包括超精頭和油石磨損補償裝置。超精頭通過擺臂固連于擺動主軸左端部，從而使超精頭和油石盒中的油石隨擺動主軸擺動。超精頭頂部設置有油石磨損補償氣缸，油石磨損補償氣缸一側設置有壓桿，用于壓住油石盒中的油石，使活塞與壓桿連接，通過調節在旋轉板上不同孔的位置使油石垂直移動，滿足不同規格滾子的要求；超精頭通過油石的擺動實現粗超、精超，使球面滾子的表面粗糙度、波紋度和圓度達到要求，同時自動補償油石的磨損。

2.3 上、下料機構

采用切入式超精加工方法，超精滾子的規格范圍更廣。傳統上料方式(手動或半自動上料)效率較低，換工裝較麻煩，設計采用了可調式上料機構，超精不同規格的滾子時，只需調節上料道上面和側面的螺桿便可改變料道的大小；下料機構由機械手和下料道構成，下料道底端與送料帶連接，能夠穩定地實現上、下料，而且速度較快。設計的上、下料機構結構簡單、操作方便，減少了換工裝的時間，效率大大提高。

3 機床主要技術參數

球面滾子外徑超精機加工范圍(圖5)：滾子直徑Dw為12～80 mm；球面半徑SR為70～260 mm；滾子長度Lw為12～90 mm。滾子超精后表面粗糙度Ra達到0.05 μm；圓度提高30%(<1 μm)；波紋度提高15%(<1 μm)。

圖5 滾子示意圖

以23024C為例，滾子參數為：Dw=15.6 mm，Lw=18.8 mm，SR=81.5 mm。超精前、后滾子的實際檢測數據對比見表1。

表1 超精前、后滾子的檢測數據對比 μm

球面滾子外徑超精機設有粗超與精超2種超精方式，且可在同一工位上完成，粗超與精超的時間可在手觸板上設置，方便、快捷。一次加工完成所用時間約14 s，即加工效率約為每件7 s。

4 結束語

近年來，由于軸承行業的飛速發展，我國對調心滾子軸承的需求量越來越大，要求的精度越來越高，滾子規格也越來越多。該機床的成功研制將為多種規格高質量調心滾子軸承的生產提供關鍵的裝備支持。