推力角接觸球軸承外圈溝道磨削過(guò)程中砂輪的修整

陳志軍，張旭，張風(fēng)琴，劉燕娜，焦葉凡

(1.洛陽(yáng)軸承研究所有限公司，河南 洛陽(yáng) 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(yáng) 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(yáng) 471039)

溝道是滾動(dòng)軸承的基本工作面，引導(dǎo)球沿著正確的軌道運(yùn)動(dòng)并承受載荷。溝道的加工質(zhì)量直接影響軸承的旋轉(zhuǎn)精度和使用壽命,因此，溝道磨削在軸承磨削加工中占有突出地位。

推力角接觸球軸承的溝道一般采用切入式磨削，存在溝道溝形不圓和溝道邊緣出現(xiàn)直線段的問(wèn)題。切入式磨削通過(guò)砂輪形狀保證溝道形狀，砂輪的修整對(duì)溝形影響較大。為解決此問(wèn)題，重點(diǎn)研究砂輪的修整方法，提高修整砂輪的成形精度。

1 外圈溝形的加工分析

某型推力角接觸球軸承結(jié)構(gòu)如圖1所示。溝道磨削的加工機(jī)床為3MZ147K-S型外溝磨床。

圖1 推力角接觸球軸承結(jié)構(gòu)示意圖

推力角接觸球軸承外圈溝道對(duì)形狀精度和表面粗糙度要求較高。切入式磨削溝道的砂輪寬度B等于或稍大于加工溝道的寬度，砂輪直徑D由溝道直徑確定，選擇砂輪的參數(shù)特性見(jiàn)表1。

表1 砂輪參數(shù)特性

推力角接觸球軸承外圈溝道磨削的示意圖如圖2所示。由圖可知，溝深h為1.6 mm，砂輪半徑R為1.68 mm；溝道與砂輪的接觸角為102°，其中砂輪與溝道基面的接觸角為15°。外圈溝邊磨削的放大圖如圖3所示。

圖2 推力角接觸球軸承外圈溝道磨削示意圖

圖3 推力角接觸球軸承外圈溝邊磨削放大圖

溝道磨削的砂輪修整包括端面和半徑圓弧修整。砂輪修整器安裝在工件拖板上，通過(guò)雙軸承支承的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)金剛筆的圓弧修整；而端面修整是先不啟動(dòng)砂輪，通過(guò)使金剛筆置于“手動(dòng)點(diǎn)控”方式直線運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。修整時(shí)，金剛筆尖與砂輪的接觸點(diǎn)低于砂輪水平中心線，存在高度差，修整時(shí)應(yīng)減小高度差，使砂輪修整成形誤差較小。

對(duì)精磨溝后的工件進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)溝道直徑De、溝曲率半徑Re、溝道直徑變動(dòng)量Vdep、溝位置ae、溝道對(duì)端面的平行度Se、溝道對(duì)外徑厚度的變動(dòng)量Ke、外觀及表面粗糙度Ra均符合加工工藝的技術(shù)條件，但溝形誤差較大，尤其是溝邊與砂輪為非圓弧接觸呈直線段，誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1 μm的工藝要求。

根據(jù)上述加工條件，排除毛坯原始狀態(tài)、機(jī)床穩(wěn)定性、加工工藝參數(shù)的影響，考慮砂輪修整方面可能存在問(wèn)題。

2 砂輪修整

機(jī)床3MZ147K-S采用切入式磨削，把砂輪工作表面修整成溝道的形狀，按成形磨削的原理在外圈上磨出溝道。采用表面形貌輪廓儀XM-2000對(duì)溝道形狀進(jìn)行測(cè)試，如圖4所示，其基面溝邊出現(xiàn)直線段，溝邊形狀誤差為19.624 μm，溝邊形狀放大圖如圖5所示。

圖4 改進(jìn)砂輪修整前外圈溝道形狀測(cè)試圖

圖5 改進(jìn)砂輪修整前溝邊形狀放大圖

溝邊出現(xiàn)直線段說(shuō)明修整的砂輪存在形狀誤差,磨削砂輪的理想狀態(tài)如圖6所示。對(duì)修整的砂輪進(jìn)行投影，磨削砂輪的實(shí)際狀態(tài)如圖7所示，發(fā)現(xiàn)砂輪端面出現(xiàn)斜直線段L。砂輪的斜直線段部分與軸承外圈溝邊處進(jìn)行磨削將使溝邊形狀誤差較大。其原因可能為：1)磨削該推力角接觸球軸承外圈時(shí)，金剛筆修整擺動(dòng)角度≤87°，修整角度小；2)砂輪端面直線修整存在誤差；3)修整時(shí)金剛筆抬起或落下對(duì)砂輪有損傷。

圖6 推力角接觸球軸承外圈溝邊和磨削砂輪的理想狀態(tài)示意圖

圖7 推力角接觸球軸承外圈溝邊和磨削砂輪的實(shí)際狀態(tài)示意圖

通常砂輪修整時(shí)金剛筆的擺角不能超過(guò)90°，否則砂輪在2次修整的交匯處將出現(xiàn)1個(gè)尖角，使溝邊出現(xiàn)亮環(huán)線，如圖8所示。要求加工該推力角接觸球軸承外圈時(shí)，金剛筆修整擺動(dòng)角度范圍為87°<α≤90°。為避免砂輪端面對(duì)溝道磨削的影響，使磨削的軸承套圈傾斜一個(gè)角度，如圖9所示。

圖8 磨削修整的砂輪出現(xiàn)尖角

通過(guò)旋轉(zhuǎn)機(jī)床工件軸部分，使軸承外圈傾斜10°，磨削時(shí)使軸承溝道與砂輪的接觸部分發(fā)生相對(duì)變化。其優(yōu)點(diǎn)是：軸承傾斜10°后，砂輪的邊緣將不進(jìn)行磨削加工，避免了砂輪端面直線性對(duì)溝道的影響；金剛筆修整擺動(dòng)角度范圍由87°<α≤90°變?yōu)?7°<α≤90°。對(duì)磨削的溝道進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)溝邊仍呈直線形，溝形誤差較大。對(duì)磨削的砂輪進(jìn)行投影發(fā)現(xiàn)修整砂輪的狀態(tài)與圖8接近。結(jié)合上述實(shí)際加工，說(shuō)明砂輪修整仍存在問(wèn)題，可能是原因3造成的。實(shí)際加工中砂輪的修整軌跡如圖10所示,金剛筆從點(diǎn)Q處落下，手修砂輪端面1區(qū)段至點(diǎn)R處后，再返回修整2區(qū)段，然后修整器復(fù)位，自動(dòng)修整圓弧3區(qū)段，并返回修整圓弧4區(qū)段，最后金剛筆從點(diǎn)Q處抬起，砂輪修整結(jié)束。軸承溝道基準(zhǔn)面溝邊的溝形誤差嚴(yán)重，說(shuō)明砂輪1區(qū)段和2區(qū)段修整不正確。分析其原因可能是：a)金剛筆落下時(shí)速度較大，根據(jù)修整砂輪的直徑為12 mm，所選用的金剛石顆粒質(zhì)量為0.05 g，金剛石尺寸較大，直徑約為1 250～1 600 μm，對(duì)砂輪沖擊較大而損傷砂輪；b)該區(qū)段砂輪修整速度較快；c)砂輪雙程修整結(jié)束后，金剛筆抬起時(shí)對(duì)該區(qū)段有損傷。

圖10 砂輪的修整軌跡圖

對(duì)上述綜合因素進(jìn)行調(diào)整發(fā)現(xiàn)：原因b對(duì)砂輪修整的影響較小，修整速度較慢為宜；通過(guò)編制機(jī)床數(shù)控程序?qū)⑸拜嗠p程修整改為單程修整，使金剛筆從軸承外圈非基面?zhèn)忍?，將有助于該區(qū)段的修整，但砂輪的修整效果并非十分理想；而原因a是影響砂輪修整最重要的因素，金剛筆落下時(shí)金剛石尖可能會(huì)刺入砂輪，產(chǎn)生振動(dòng)沖擊，特別在尖角部位，即圓弧與端面過(guò)渡處發(fā)生崩碎，造成砂輪損傷而形成直線段。將金剛筆落下時(shí)的速度由20 mm/s降至0.5 mm/s，對(duì)砂輪重新修整，并對(duì)其投影，發(fā)現(xiàn)砂輪形狀較為理想，無(wú)直線段。調(diào)整機(jī)床，對(duì)推力角接觸球軸承外圈進(jìn)行磨削，并對(duì)磨削后的溝道進(jìn)行測(cè)量(圖11)，其溝道形狀誤差為0.490 7 μm，滿足生產(chǎn)加工工藝要求。

圖11 改進(jìn)砂輪修整后外圈溝道形狀測(cè)試圖

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐加工，對(duì)影響推力角接觸軸承溝道形狀誤差因素進(jìn)行分析，通過(guò)改進(jìn)砂輪的修整方法，獲得了良好的修整效果，從而保證軸承外圈溝道的磨削精度，為實(shí)際生產(chǎn)加工提供了指導(dǎo)。