滾子軸承保持架異形鎖點加工工藝研究

趙傳揚，楊曉英，姚海波，郭曉玉，陳帥,4

(1.河南科技大學 機電工程學院, 河南 洛陽 471003；2.中國一拖集團有限公司 大拖裝配廠，河南 洛陽 471000；3.洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039；4.航空精密軸承國家重點實驗室，河南 洛陽 471039)

滾子軸承保持架兜孔鎖點用來將滾子、保持架和單個套圈組合為一個整體，鎖點的大小直接影響保持架的鎖量。鎖量過小會在安裝使用過程中出現掉滾子現象;鎖量過大又會使滾子卡死[1-2]。

傳統鎖點的加工方法有2種：一種是通過滾輪擠壓、滾壓等變形方法，使青銅、黃銅等有色金屬保持架梁產生塑性變形以鎖住滾子；另一種是在保持架兜孔兩側的內徑或外徑凸臺處設計帶有一定半徑R的圓弧形槽，壓彎槽邊緣以鎖住滾子。但有些保持架的材料、結構受限，無法設計成上述結構，故需對帶異形鎖點的保持架加工工藝進行研究。

1 異形鎖點保持架結構

某型軸承保持架材料為40CrNiMoA，尺寸為φ66 mm×φ57 mm×12.4 mm，內徑槽尺寸為φ57.7mm。保持架內徑臺階處設計有18個呈W形的異形槽鎖點，槽邊緣至槽底深度為1.22 mm，槽開口寬度僅0.5 mm，槽邊傾斜角度為5°，槽底為R=0.25 mm的圓滑過渡(圖1局部視圖)。其設計的目的是將異形槽彎爪后鎖住滾子，在軸承套圈分解后滾子和保持架不會散套。

圖1 異形保持架結構Fig.1 Structure of special-shaped cage

由于保持架材料硬度高，且異形槽凹陷在內徑臺階內側，如果采用傳統銑削或滾輪壓印的方法加工，銑刀將與工件內徑臺階發生干涉，因此現有加工技術無法實現W形異形槽的加工。

2 加工工藝分析

2.1 電火花加工

通過線切割的方法制作W形電極，沿徑向方向進給進行試制加工，同時通過機床主軸進行分度來控制保持架異形槽鎖點的等分加工。

通過電火花加工的產品尺寸基本能達到要求，但由于電極尖端厚度僅為0.5 mm，在加工過程中電極不斷損耗，加工3～4個異形槽就要更換電極，加工效率低。

對加工后產品進行探傷檢測，產品表層約有55 μm燒傷變質層。由于異形槽鎖點后續進行彎爪處理時鎖點表面易產生微裂紋，可能引起軸承在使用過程中個別鎖口脫落，致使滾道中有異物存在，進而導致軸承回轉過程中滾道內發生剝離或輾傷現象，造成軸承早期失效[3]。因此電火花加工方法不適合。

2.2 插銑加工

運用加工中心的宏程序編程，利用快速進、快速退功能，同時避開端面的干涉。通過設計專用成形刀具和夾刀器，將刀具用夾刀器固定后裝夾在加工中心主軸上，使刀具相對工件徑向進給和上下往復運動，每一刀動作類似插床加工的方法，多次進給分層切削完成W形異形槽的加工，同時利用C軸分度控制保持架兜孔等分。

2.2.1 專用刀具設計

40CrNiMoA硬度為28～35 HRC，故刀具選用鎢系高速鋼W18Cr4V，其具有較高的硬度(62～66 HRC)、強度、韌度和耐熱性[4-5]，刀柄尺寸選擇14 mm×14 mm，刀具長度選擇35～40 mm，前端為半錐形，刀頭采用線切割加工呈W形專用成形刀具，之后磨削出刀具前角及后角，前角設計為10°左右，后角設計為5°[6]，并對刀具底部進行避空處理，如圖2所示。

圖2 刀具示意圖Fig.2 Diagram of cutter

2.2.2 夾刀器設計

夾刀器(圖3)上半部分設計為φ12 mm的直刀桿，長度為25 mm，與加工中心ER彈性夾頭連接，下半部分設計成與專用刀具相配合的結構，并采用螺釘緊固的方式固定。

圖3 夾刀器示意圖Fig.3 Diagram of cutter holder

將專用刀具及夾刀器固定后，裝配實物如圖4所示，裝夾在RFMV150(3+2)立式加工中心上，該加工中心采用FANUC Oi系統，具有主軸定向停止和定位功能。利用M19指令將加工中心主軸定向鎖緊，并在內槽處軸向方向進行避空處理，采用G00指令進行上下快速往復進給，加工進給示意圖如圖5所示。

圖4 刀具與夾刀器裝配圖Fig.4 Assembly diagram of cutter and cutter holder

1—加工中心主軸；2—夾刀器；3—刀具；4—保持架圖5 模擬加工示意圖Fig.5 Diagram of simulation processing

利用加工中心主軸定向鎖緊功能，在宏程序中使用條件判斷語句，沿圖5中所示方向進行分層插削。一個異形槽鎖點加工完成后，利用主軸分度控制保持架異形槽的等分加工。槽邊傾斜角及槽底尺寸由刀具保證，槽深由于開口較小無法測量，采用測量內徑槽梁芯寬b1及兜孔鎖點端部尺寸b2來間接保證。

加工后的產品內徑槽梁芯寬b1及兜孔鎖點端部尺寸b2符合產品圖要求。保持架精度具體檢測數據見表1，加工后的產品滿足技術要求。

表1 保持架兜孔鎖點檢測數據Tab.1 Detection date for locking point of cage pocket

3 結束語

通過加工中心主軸定向鎖緊功能，利用專用刀具和夾刀器進行多刀插銑進給，實現異形槽鎖點的加工，滿足產品精度要求，解決軸承保持架異形鎖點的加工難題。在鋼制保持架兜孔鎖點加工方面實現了創新，也實現了加工中心的創新使用。