滾子軸承保持架異形鎖點(diǎn)加工工藝研究

趙傳揚(yáng)，楊曉英，姚海波，郭曉玉，陳帥,4

(1.河南科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院, 河南 洛陽(yáng) 471003；2.中國(guó)一拖集團(tuán)有限公司 大拖裝配廠，河南 洛陽(yáng) 471000；3.洛陽(yáng)LYC軸承有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039；4.航空精密軸承國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽(yáng) 471039)

滾子軸承保持架兜孔鎖點(diǎn)用來(lái)將滾子、保持架和單個(gè)套圈組合為一個(gè)整體，鎖點(diǎn)的大小直接影響保持架的鎖量。鎖量過(guò)小會(huì)在安裝使用過(guò)程中出現(xiàn)掉滾子現(xiàn)象;鎖量過(guò)大又會(huì)使?jié)L子卡死[1-2]。

傳統(tǒng)鎖點(diǎn)的加工方法有2種：一種是通過(guò)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(chǎn)生塑性變形以鎖住滾子；另一種是在保持架兜孔兩側(cè)的內(nèi)徑或外徑凸臺(tái)處設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)受限，無(wú)法設(shè)計(jì)成上述結(jié)構(gòu)，故需對(duì)帶異形鎖點(diǎn)的保持架加工工藝進(jìn)行研究。

1 異形鎖點(diǎn)保持架結(jié)構(gòu)

某型軸承保持架材料為40CrNiMoA，尺寸為φ66 mm×φ57 mm×12.4 mm，內(nèi)徑槽尺寸為φ57.7mm。保持架內(nèi)徑臺(tái)階處設(shè)計(jì)有18個(gè)呈W形的異形槽鎖點(diǎn)，槽邊緣至槽底深度為1.22 mm，槽開(kāi)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(guò)渡(圖1局部視圖)。其設(shè)計(jì)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(huì)散套。

圖1 異形保持架結(jié)構(gòu)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(nèi)徑臺(tái)階內(nèi)側(cè)，如果采用傳統(tǒng)銑削或滾輪壓印的方法加工，銑刀將與工件內(nèi)徑臺(tái)階發(fā)生干涉，因此現(xiàn)有加工技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)W形異形槽的加工。

2 加工工藝分析

2.1 電火花加工

通過(guò)線切割的方法制作W形電極，沿徑向方向進(jìn)給進(jìn)行試制加工，同時(shí)通過(guò)機(jī)床主軸進(jìn)行分度來(lái)控制保持架異形槽鎖點(diǎn)的等分加工。

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

對(duì)加工后產(chǎn)品進(jìn)行探傷檢測(cè)，產(chǎn)品表層約有55 μm燒傷變質(zhì)層。由于異形槽鎖點(diǎn)后續(xù)進(jìn)行彎爪處理時(shí)鎖點(diǎn)表面易產(chǎn)生微裂紋，可能引起軸承在使用過(guò)程中個(gè)別鎖口脫落，致使?jié)L道中有異物存在，進(jìn)而導(dǎo)致軸承回轉(zhuǎn)過(guò)程中滾道內(nèi)發(fā)生剝離或輾傷現(xiàn)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(yùn)用加工中心的宏程序編程，利用快速進(jìn)、快速退功能，同時(shí)避開(kāi)端面的干涉。通過(guò)設(shè)計(jì)專(zhuān)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(duì)工件徑向進(jìn)給和上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，每一刀動(dòng)作類(lèi)似插床加工的方法，多次進(jìn)給分層切削完成W形異形槽的加工，同時(shí)利用C軸分度控制保持架兜孔等分。

2.2.1 專(zhuān)用刀具設(shè)計(jì)

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(qiáng)度、韌度和耐熱性[4-5]，刀柄尺寸選擇14 mm×14 mm，刀具長(zhǎng)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(zhuān)用成形刀具，之后磨削出刀具前角及后角，前角設(shè)計(jì)為10°左右，后角設(shè)計(jì)為5°[6]，并對(duì)刀具底部進(jìn)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(shè)計(jì)

夾刀器(圖3)上半部分設(shè)計(jì)為φ12 mm的直刀桿，長(zhǎng)度為25 mm，與加工中心ER彈性?shī)A頭連接，下半部分設(shè)計(jì)成與專(zhuān)用刀具相配合的結(jié)構(gòu)，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(zhuān)用刀具及夾刀器固定后，裝配實(shí)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(tǒng)，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(nèi)槽處軸向方向進(jìn)行避空處理，采用G00指令進(jìn)行上下快速往復(fù)進(jìn)給，加工進(jìn)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(yǔ)句，沿圖5中所示方向進(jìn)行分層插削。一個(gè)異形槽鎖點(diǎn)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(kāi)口較小無(wú)法測(cè)量，采用測(cè)量?jī)?nèi)徑槽梁芯寬b1及兜孔鎖點(diǎn)端部尺寸b2來(lái)間接保證。

加工后的產(chǎn)品內(nèi)徑槽梁芯寬b1及兜孔鎖點(diǎn)端部尺寸b2符合產(chǎn)品圖要求。保持架精度具體檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，加工后的產(chǎn)品滿(mǎn)足技術(shù)要求。

表1 保持架兜孔鎖點(diǎn)檢測(cè)數(shù)據(jù)Tab.1 Detection date for locking point of cage pocket

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)加工中心主軸定向鎖緊功能，利用專(zhuān)用刀具和夾刀器進(jìn)行多刀插銑進(jìn)給，實(shí)現(xiàn)異形槽鎖點(diǎn)的加工，滿(mǎn)足產(chǎn)品精度要求，解決軸承保持架異形鎖點(diǎn)的加工難題。在鋼制保持架兜孔鎖點(diǎn)加工方面實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新，也實(shí)現(xiàn)了加工中心的創(chuàng)新使用。