一種超精簡易定心軸的開發(fā)

寧晉，馮紀偉，薛文方

(1.洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039；2.河南省高性能軸承技術(shù)重點實驗室，河南 洛陽 471039；3.滾動軸承產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，河南 洛陽 471039)

軸承內(nèi)圈滾道超精研主要有以外徑面或內(nèi)徑面為定位基準這2種超精方式。以內(nèi)徑面為基準超精的主要工裝為定心軸，定心軸的加工質(zhì)量直接決定超精質(zhì)量，定心軸裝夾超精方式的設(shè)計基準與檢測基準統(tǒng)一，適用于所有磨削工藝方法；而以外徑面為基準超精的主要工裝為無心夾具，主要適用于以外徑面為基準的磨削工藝[1]。若以定心軸裝夾方式超精，需要嚴格保證定心軸等工裝與所加工軸承型號匹配，如果定心軸缺少相應(yīng)型號且在處理緊急、小批量以及非標型號等需要快速反應(yīng)的訂單時，定心軸等工裝的制作周期勢必延誤訂單的交付。若以外徑面為基準超精進行替代，采用無心夾具或滾輪裝夾方式超精，一方面必須有配套的相應(yīng)設(shè)備，另一方面由于該超精方式加工基準和設(shè)計基準不統(tǒng)一，要實現(xiàn)嚴格的精度要求，需要保證外徑與滾道的同軸度精度指標達到較高要求，必定需要增加工序，進而增加生產(chǎn)成本，延長生產(chǎn)周期。因此，在定心軸裝夾方式下超精，且需要快速反應(yīng)、嚴格控制成本時，設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單且便于就地取材的定心軸非常必要。

1 定心軸裝夾超精研原理

定心軸結(jié)構(gòu)根據(jù)軸承內(nèi)圈內(nèi)徑是否有角度，可以分為錐度心軸和圓柱心軸。定心軸的關(guān)鍵是保證定心軸作用表面與機床安裝孔之間的同軸度要求，一般設(shè)計理論認為同軸度保持在0.012 mm以內(nèi)是合格的。定心軸裝夾超精研原理如圖1所示[2]。

超精內(nèi)圈滾道的定位夾緊過程為：工件上料到位→定心軸頸伸入內(nèi)孔，實現(xiàn)定心→壓輪端面壓上，實現(xiàn)端面定位壓緊→工件主軸帶動工件旋轉(zhuǎn)→油石壓上，開始超精[3]。為了進一步提高定位精度,在設(shè)備條件允許的情形下也可以在定心軸上加設(shè)注油孔實現(xiàn)液壓定位。

圖1 定心軸裝夾超精原理圖

2 簡易定心軸的設(shè)計

2.1 設(shè)計目標分析

1)定心軸需要實現(xiàn)與加工軸承內(nèi)圈內(nèi)徑的基本尺寸一致，配合方式為間隙配合，最佳配合間隙控制為0.05～0.08 mm。因為間隙過小，工件偏斜容易造成軸承與定心軸之間難以自動脫離，甚至造成內(nèi)徑面的劃傷；間隙過大，由于徑向竄動量而容易造成超精精度指標不合格。

2)原定心軸加工精度高，簡易定心軸設(shè)計最好是建立在原定心軸的基礎(chǔ)上，一方面減少材料的利用，另一方面簡化設(shè)計結(jié)構(gòu)，降低加工難度和成本。

3)定心軸的材料最好與原有定心軸4個陶瓷塊一樣具有一定的自潤滑性能，或者定心軸與加工件內(nèi)徑面之間能夠形成比較好的潤滑油膜，避免干摩擦狀態(tài)。

4)加工不同型號軸承內(nèi)圈時，端面壓輪及壓桿需隨之相應(yīng)調(diào)整，一般端面壓輪和壓桿為每個型號單獨配置，在沒有相應(yīng)型號配置時，可采用臨近型號加調(diào)整墊片等措施實現(xiàn)端面定位。

2.2 改進后結(jié)構(gòu)

改進后定心軸裝夾超精如圖2所示，此簡易定心軸裝夾工裝由軸套和原定心軸組合而成。

圖2 簡易定心軸裝夾超精原理圖

根據(jù)原定心軸結(jié)構(gòu)及所超精軸承內(nèi)圈內(nèi)徑的形狀，設(shè)計的定心軸套結(jié)構(gòu)如圖3所示。4種定心軸套結(jié)構(gòu)分別適用于不同的場合：內(nèi)直外直式適用于原定心軸為圓柱形、所加工內(nèi)圈內(nèi)徑為直孔的情形；內(nèi)直外錐式適用于原定心軸為圓柱形、所加工內(nèi)圈內(nèi)徑為錐孔的情形；內(nèi)錐外直式適用于原定心軸為錐形、所加工內(nèi)圈內(nèi)徑為直孔的情形；內(nèi)錐外錐式適用于原定心軸為錐形、所加工內(nèi)圈內(nèi)徑為錐孔的情形。

圖3 4種定心軸套結(jié)構(gòu)

2.3 定心軸套參數(shù)分析

改進后簡易定心軸裝夾超精的關(guān)鍵是定心軸套的設(shè)計制造。

1)定心軸套內(nèi)徑與原定心軸形狀完全一致，兩者為輕微過盈配合，過盈量為0.015～0.035 mm。

2)定心軸套外徑與加工內(nèi)圈內(nèi)徑形狀完全一致，兩者之間為輕微間隙配合，配合間隙為0.05～0.08 mm。

3)為保證內(nèi)圈內(nèi)徑面的外觀質(zhì)量要求，將定心軸套進行特殊處理，如磷化處理，實現(xiàn)自潤滑性能；或者在設(shè)備允許的條件下，簡易定心軸開設(shè)注油孔實現(xiàn)液壓定位。

4)嚴格控制定心軸套的各項加工精度，尤其是外徑和內(nèi)徑之間的厚度變動量，最好控制在3 μm以內(nèi)。

5)定心軸套材料硬度選擇與所超精工件接近，由于潤滑和超精加工作用力較小，1～2年內(nèi)無需考慮定心軸套磨損導(dǎo)致的間隙變化問題。

3 應(yīng)用效果

設(shè)計加工了5個產(chǎn)品型號的簡易定心軸，在超精實踐中取得了理想的超精效果。以超精圓錐滾子軸承31315直孔內(nèi)圈為例分析，通過設(shè)計、加工定心軸套，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，安裝使用后，500件內(nèi)圈超精后各項精度滿足工藝要求的合格率達到100%。

4 結(jié)束語

針對軸承內(nèi)圈定心軸裝夾超精研的工藝特點，開發(fā)了一種簡易定心軸系列超精工裝，實現(xiàn)了對定心軸的范圍補充，對相應(yīng)定心軸缺少且處理緊急、小批量以及非標型號等需要快速反應(yīng)的訂單時具有一定參考意義。

圖4 錐孔心軸改制為直孔心軸定心軸套結(jié)構(gòu)圖