鋼球開口磨板進球口的銑削修形

皇甫兵，王世保，曹保亮，齊靜敏，侍洪隊

(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；3.阜陽軸承有限公司，安徽 阜陽 236023)

軸承鋼球生產普遍使用光球機、磨球機和研球機完成光球、磨球和精研3道重要工序。通常采用水劑大循環研磨鋼球工藝[1]，光、磨、研機床裝有2塊同心半圓形溝槽磨板，一塊為固定開口磨板，另一塊為旋轉磨板，所加工的鋼球從開口磨板進球口側進入2塊磨板之間的溝槽，在一定壓力下，鋼球沿著溝槽滾動研磨1周，從開口磨板另一側出來進入料盤，隨料盤旋轉再次從開口磨板進球口側進入2塊磨板之間的溝槽循環研磨。開口磨板一般采用合金鑄鐵，其中光球、磨球用開口磨板需要淬火熱處理，其硬度(55～63 HRC)與熱處理后的鋼球硬度相當。為使鋼球順利進入2塊磨板之間的溝槽并減少鋼球表面燒傷、劃傷等缺陷的發生，需對開口磨板進球口進行修形，一般修成喇叭口形狀。

1 傳統磨板進球口修形方法

鋼球磨板進球口修形最主要的作用是引導鋼球順利進入2塊磨板之間的溝槽，進球口形狀、大小、長度都將影響鋼球的加工質量，如其長短、深淺以及磨板溝槽深度與鋼球直徑的比例選擇不當，將會造成鋼球表面線性燒傷[2-3]。

傳統的開口磨板喇叭形進球口修形主要依靠手工操作，人工手持電動砂輪根據目測修磨進球口，該方法存在諸多問題：(1)手工修磨出的喇叭形進球口中心線很難與半圓形溝槽中心線重疊，甚至出現2條中心線相交；喇叭形進球口弧線和半圓形溝槽過渡不圓滑，使鋼球在進球口處瞬間停滯、原地打轉(堆積)，從而造成鋼球燒傷和劃傷。(2)隨著磨板的使用，喇叭口之間距離偏差會影響溝槽之間的距離，引起溝槽之間距離偏離原值，造成鋼球表面線性燒傷[3]，嚴重時由于溝槽之間距離過近，出現蹦溝(圖1)，在這種情況下，需要把損壞的溝槽車掉，重新車出新的等距溝槽，降低了磨板的使用壽命。(3)手工修磨噪聲大，砂輪粉塵飛揚，存在安全隱患。

圖1 車掉部分蹦溝的磨板

2 鑲嵌式開口磨板

為降低傳統手工砂輪修形由于開口磨板喇叭口形狀偏差、喇叭口之間距離偏差對鋼球質量產生的影響，國外鋼球制造商開始采用銑削方式修形開口磨板喇叭口，以保證喇叭口形狀的一致性。并且為了便于銑削，對開口磨板進球口部位進行改進，將通常的進球口部位后縮50～60 mm，后縮的開口磨板按常規方式加工、淬火處理，后縮部分用一般合金鑄鐵塊填補，不進行淬火處理，即將開口磨板做成使用2種材質和硬度的鑲嵌式磨板，進球口部位硬度適中便于銑削。銑削開口磨板喇叭口如圖2所示，進球口部位采用了未淬火熱處理的合金鑄鐵。

圖2 銑削開口磨板喇叭口示意圖

進球口部位材料的改變，降低了進球口部位硬度，既便于數字機械化加工喇叭形進球口，還可以顯著減少鋼球的燒傷和劃傷。這是因為在加工時，鋼球在旋轉磨板帶動下進入固定磨板喇叭口處，在鋼球未滾動情況下可能與固定磨板喇叭口溝壁產生滑動摩擦，當固定磨板入口處硬度和鋼球硬度相當時，因滑動摩擦而在鋼球表面造成燒傷和劃傷，有些較深的劃傷在精研工序也無法去除。特別是當多粒鋼球相互擁擠進入固定磨板喇叭口時，鋼球與喇叭口溝壁的滑動摩擦更易發生，但鑲嵌式開口磨板制造工藝相對繁瑣。

3 磨板進球口數控銑削加工

開口磨板喇叭口為三維多圓弧面、曲面圓滑過渡而成，可在小型龍門立式加工中心或較大C型立式加工中心上完成。由于加工面為三維多圓弧曲面圓滑過渡，無法手工編制G代碼加工程序，需用G代碼編程軟件編制加工程序。因此介紹一種專用磨板進球口數控銑床XK9890，其內置專用開口磨板喇叭口銑削程序，適合各種規格喇叭口的銑削，操作簡單。

3.1 磨板進球口數控銑床

磨板進球口數控銑床XK9890主要由立銑頭、x軸、z軸、c軸等部分組成，機床主體結構如圖3所示，x軸、z軸、c軸3軸聯動，采用球頭銑刀銑削出所需要的喇叭狀進球口。

1—床身；2—c軸工作臺；3—x軸拖板；4—立柱；5—立銑頭；6—z軸拖板；7—機床操作箱

x軸、z軸拖板進給系統采用高載荷、低摩擦因數的滾柱直線導軌，驅動部分采用滾珠絲杠，并在其兩端施加一定的預拉伸量，克服溫升和撓曲給傳動帶來的不利影響。c軸為旋轉工作臺軸，由伺服電動機驅動，主軸旋轉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。

立銑頭部分由主電動機通過一級同步帶驅動銑削主軸；采用BT40刀柄系統，方便更換不同銑刀。

3.2 主要技術指標

XK9890銑床主要技術指標見表1。

表1 XK9890銑床主要參數

3.3 適用范圍

XK9890銑床為專用開口磨板喇叭口修形銑床，兼顧磨削或銑削端面。當磨板同心半圓形溝槽過深時，使用碗形砂輪磨削或立銑刀銑端面，減小溝槽深度，代替立車車削端面，減少加工工序。

可將鋼球加工使用的光、磨、研設備各規格開口磨板基本數據提前輸入銑床數控系統，使用時根據加工鋼球型號調用相應數據即可。磨板進球口銑床XK9890有2種加工方式：(1)使用智能化專用數控系統軟件，用戶只需輸入同心半圓形溝槽數量、第1條半圓形溝槽的半徑、喇叭口起端直徑等個性數據，系統將會自動生成加工程序，控制銑床加工出所要的喇叭形進球口，該方式適合新磨板的加工；(2)即時對刀、即時銑削加工方式，因研磨使用后的磨板溝槽會產生一定偏移，并且數值不定，通過手搖輪將球頭銑刀中心線與半圓形溝槽起點中心線對中，即可加工出對應的溝槽進球喇叭口，該方式適用于使用后的磨板喇叭口修形。

當仍使用傳統整體淬火熱處理開口磨板時，此時進球部位硬度較高，可選用CBN球狀刀具銑削喇叭形進球口。

3.4 效果分析

磨板喇叭口進球口手工修形和數控銑床修形試件照片如圖4所示。數控銑床修形加工一塊研磨φ10 mm左右鋼球的開口磨板進球口需15～20 min，加工鋼球直徑越大，銑床修形進球口的優勢越明顯，其效率和修形形狀也明顯優于人工修形。

圖4 磨板喇叭口進球口修形照片

4 結束語

隨著光球板、磨球板、研球板的使用,磨板溝槽變深，需要經常修磨進球口，磨板進球口的數控銑床修形已經成為一種發展趨勢。采用鑲嵌式開口磨板，并使用數控銑床修形進球口，可以減少鋼球表面的燒傷和劃傷，提高鋼球成品率。