溝道磨床砂輪修整裝置的改進(jìn)

張旭，李賓，鈔仲凱，馬小梅，焦葉凡

(1.洛陽軸承研究所有限公司，河南 洛陽 471039；2.河南省高性能軸承技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽 471039；3.滾動(dòng)軸承產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，河南 洛陽 471039；4.北京控制工程研究所，北京 100190)

精密機(jī)床主軸對成組使用的角接觸球軸承要求越來越細(xì)化，軸承成組使用時(shí)要求各軸承接觸角的相互差應(yīng)符合規(guī)定。使各個(gè)軸承在軸向和徑向載荷的作用下受力比較均勻，避免載荷向其中一套軸承集中，否則將使該套軸承在較大載荷作用下提前損壞，導(dǎo)致整組軸承失效。

對于角接觸球軸承而言，精確控制軸承的接觸角及保證成組軸承接觸角的相互差一直是裝配技術(shù)的難點(diǎn)。

理論上，當(dāng)控制軸承的徑向游隙在其規(guī)定的公差范圍內(nèi)，即可保證軸承的接觸角合格。但對76/××ACTN3/HVP2DF成組軸承進(jìn)行組配時(shí)發(fā)現(xiàn),僅控制徑向游隙值時(shí)，軸承的接觸角常出現(xiàn)較大的偏差，2套軸承接觸角的相互差值較大，不能滿足產(chǎn)品圖紙的設(shè)計(jì)要求，合套率偏低。由于選擇的軸承內(nèi)外圈溝道直徑及鋼球直徑所控制的徑向游隙為定值，則應(yīng)考慮軸承溝道曲率半徑對接觸角的影響。

1 溝道曲率半徑公差對接觸角的影響

角接觸球軸承產(chǎn)品設(shè)計(jì)中徑向游隙G′r為

G′r=De-di-2Dw，

(1)

式中：De，di，Dw分別為外圈溝道、內(nèi)圈溝道和鋼球的直徑。

軸承零件分組時(shí)，配套徑向游隙Gr為

Gr=ΔDe-Δdi-2ΔDw+G′r，

(2)

式中:△De，△di，△Dw分別為外圈溝道、內(nèi)圈溝道和鋼球公稱直徑偏差。

角接觸球軸承的配套徑向游隙與公稱接觸角α的關(guān)系式為

cosα=1-Gr/[2(Re+Ri-Dw)]，

(3)

式中:Re，Ri分別為外、內(nèi)圈溝道曲率半徑。

由(1)～(3)式可知：在徑向游隙一定時(shí)，軸承套圈溝道曲率半徑尺寸公差和鋼球直徑偏差將直接影響接觸角的大小[1]。由于軸承合套所選配鋼球的分選精度為1 μm，且鋼球尺寸確定，而內(nèi)、外圈溝道曲率半徑公差一般為0～+0.03 mm，對接觸角的影響較大。由(3)式可知，為保證角接觸球軸承的接觸角及成組軸承接觸角的相互差，應(yīng)對套圈溝道曲率半徑進(jìn)行控制[2]。

利用表面形貌輪廓儀XM-2000對合套率較低的76/××ACTN3/HVP2DF軸承溝道曲率半徑進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)、外圈溝道曲率半徑的尺寸穩(wěn)定性較差，散差較大，是影響接觸角偏差的主要因素。

對于76/××ACTN3/HVP2DF軸承而言，其產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求接觸角為24°～27°，成對軸承接觸角測量值相互差不大于0.5°。當(dāng)軸承合套時(shí)，假定以徑向游隙為45 μm來配套76/××ACTN3/HVP2DF軸承，其中鋼球尺寸為φ3.5 mm，內(nèi)圈溝道曲率半徑為1.86 mm時(shí)，外圈溝道曲率半徑與接觸角計(jì)算值的對應(yīng)關(guān)系見表1。

表1 不同外圈溝道曲率半徑下軸承的接觸角Tab.1 Contact angle of bearing with different outer ring raceway curvature radius

由表1可知，當(dāng)外圈溝道曲率半徑小于1.90 mm時(shí)，接觸角相互差不大于0.5°，可滿足配套軸承接觸角的要求；而外圈溝道曲率半徑為1.90～1.91 mm時(shí)，其接觸角不滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，需重新選擇內(nèi)圈溝道和鋼球的尺寸來改變軸承配套的游隙值以保證滿足接觸角的要求，這將增加裝配過程的工作量。故應(yīng)考慮通過控制軸承溝道曲率半徑的公差來提高成組軸承的合套率。

2 溝道曲率調(diào)整裝置的改進(jìn)

半自動(dòng)溝道磨削機(jī)床3MB 143 通過調(diào)整螺釘來調(diào)整和定位金剛筆的位置以修整砂輪，如圖1所示。修整砂輪的曲率半徑是利用調(diào)整螺釘調(diào)整金剛筆的進(jìn)退來保證的。砂輪修整成形后，用鐵片磨出相應(yīng)形狀，用投影儀和溝道曲率半徑比對樣板檢查砂輪曲率半徑的大小，通常需多次調(diào)整才能使被修整的砂輪表面達(dá)到要求的曲率半徑值，然后進(jìn)行軸承溝道磨削。當(dāng)砂輪曲率半徑發(fā)生變化時(shí)，需重新調(diào)整金剛筆的位置進(jìn)行修整。由于金剛筆的位置無調(diào)整基準(zhǔn)，需多次反復(fù)調(diào)整，此結(jié)構(gòu)調(diào)整金剛筆位置的效率低。因此，需要設(shè)計(jì)一種金剛筆調(diào)整裝置，可方便準(zhǔn)確調(diào)整金剛筆位置，保證其穩(wěn)定性，提高角接觸球軸承的合套率[3-4]。

圖1 溝道曲率調(diào)整裝置示意圖Fig.1 Diagram of dressing device for raceway curvature

改進(jìn)設(shè)計(jì)的砂輪修整裝置如圖2所示，其中的關(guān)鍵部分為曲率調(diào)整裝置，放大圖如圖3所示。曲率調(diào)整裝置的裝配要求為：通過定位銷的過渡配合將微調(diào)旋鈕和微調(diào)螺釘連接，微調(diào)螺釘與金剛筆套、金剛筆套與螺紋套筒、螺紋套筒與金剛筆架、螺紋套筒與定位殼體均為螺紋連接。錐形限位螺釘通過螺紋套筒上的通孔插入金剛筆套開設(shè)的平槽中，限制金剛筆套、金剛筆周向旋轉(zhuǎn)。緊固螺釘鎖緊金剛筆，以避免軸向竄動(dòng)。

圖2 溝道曲率調(diào)整裝置改進(jìn)設(shè)計(jì)示意圖Fig.2 Diagram of improved design for dressing device of raceway curvature

圖3 溝道曲率調(diào)整裝置放大圖Fig.3 Enlarged diagram of dressing device for raceway curvature

曲率調(diào)整裝置的調(diào)整方法為：當(dāng)向左旋轉(zhuǎn)微調(diào)旋鈕時(shí)，通過定位銷的作用使金剛筆套旋轉(zhuǎn)，但由于錐形螺釘?shù)南尬唬饎偣P套及金剛筆沿直線方向前行進(jìn)給，進(jìn)而調(diào)整金剛筆的位移。同樣，向右旋轉(zhuǎn)微調(diào)旋鈕可實(shí)現(xiàn)金剛筆的后退。將微調(diào)旋鈕沿周向360°均分100小格，假定微調(diào)螺釘?shù)穆菥酁?.5 mm，則微調(diào)旋轉(zhuǎn)一定格數(shù)，可保證修整砂輪的曲率半徑精確值，并嚴(yán)格控制溝道曲率半徑值的偏差。

該調(diào)整裝置使砂輪曲率半徑的修整簡單方便，以首次調(diào)整溝道曲率半徑的數(shù)值作為調(diào)整基準(zhǔn)，通過刻度尺調(diào)整測量金剛筆的位置，避免反復(fù)調(diào)整溝道曲率半徑，保證溝道曲率半徑值的精確可靠，具有較小的尺寸公差[5]。該裝置穩(wěn)定性好，在軸承套圈溝道加工過程中具有較好的應(yīng)用效果。

3 生產(chǎn)驗(yàn)證

實(shí)際生產(chǎn)中，利用半自動(dòng)溝道磨削機(jī)床3MB143對76/××ACTN3/HVP2DF軸承外圈溝道進(jìn)行精磨加工，砂輪型號(hào)為1-12×4×8WA7V-35，精磨溝工序簡圖如圖4所示，其加工參數(shù)見表2。通過改進(jìn)的溝道曲率調(diào)整裝置對砂輪的曲率半徑值進(jìn)行精確修整，考慮實(shí)際生產(chǎn)能力，可將軸承溝道曲率半徑偏差由0～+0.03 mm減至0～+0.02 mm。

圖4 精磨溝工序簡圖Fig.4 Diagram of precision grinding process

表2 精磨溝工序加工參數(shù)Tab.2 Processing parameters for precision grinding process of groove

溝道磨削過程中要隨機(jī)抽測軸承溝道的質(zhì)量，包括溝道曲率半徑的大小。若發(fā)現(xiàn)溝道曲率半徑有±0.01 mm的變化，需及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，可將90%以上溝道曲率半徑偏差控制在0.01 mm范圍之內(nèi)。

針對精磨溝加工工序，系統(tǒng)抽樣檢測表明，溝道曲率調(diào)整裝置的改進(jìn)可有效控制溝道曲率半徑的公差，保證其尺寸的統(tǒng)一性，從而控制軸承的接觸角及成組軸承接觸角的相互差。

對某批76/××ACTN3/HVP2DF軸承再次組配時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)徑向游隙一定時(shí)，通過嚴(yán)格控制內(nèi)、外圈溝道曲率半徑的尺寸偏差，可將角接觸球軸承的合套合格率由60%左右提升至85%以上。

4 結(jié)束語

當(dāng)徑向游隙一定時(shí)，溝曲率半徑偏差引起接觸角超差影響了成組軸承的合套率；通過改進(jìn)磨床溝道曲率調(diào)整裝置，提高溝曲率控制精度，從而提高了合套率。