圓柱滾子軸承新型保持架孔加工工藝分析

王秀華，孫曉麗，唐明旭

（瓦房店軸承集團有限責任公司，遼寧 瓦房店 116300）

1 保持架結構

圓柱滾子軸承新型保持架為一種整體結構保持架，如圖1所示。圓柱滾子軸承保持架孔的加工，一般是在保持架軸向方向加工兜孔或在徑向方向加工方孔，都是屬于二維曲面的加工。而新型保持架是在保持架徑向方向加工出圓柱形曲面孔（圖1），此曲面孔屬于三維曲面。圓柱形曲面孔需要分兩次加工完成，即加工出一面半圓柱三維曲面后再加工另一面半圓柱三維曲面。

圖1 保持架結構

2 工藝可行性分析

2.1 加工可行性分析

普通鏜床和銑床在切削加工過程中只能進行二維曲面的加工，無法實現三維曲面的加工。因此，選用鉆銑加工中心對三維曲面進行加工。鉆銑加工中心的數控裝置能夠同時控制兩軸或多軸，對加工位置和速度進行嚴格的不間斷控制，具有直線和圓弧插補功能、刀具補償功能和鏡像功能等。因此，選用四軸三聯動立式加工中心可以對此三維曲面孔進行加工。

2.2 刀具選擇及干涉分析

對于三維曲面孔，選擇刀具最佳方案為球形端銑刀。因為采用球形端銑加工三維曲面，只要使球形刀的球心位于所加工表面等距面上，無論刀具路線及刀軸方向如何安排，均能銑削出所需要的曲面形狀。用球形端銑刀在四軸三聯動加工中心上一次裝夾加工三維曲面，雖然刀心約束在加工曲率的等距離上，銑刀軸向方向可以根據曲面形狀和約束的形狀及位置來確定，但是z軸方向必須單調（即z軸始終垂直于xy平面）才能實現加工。四軸三聯動立式加工中心z軸屬于單調，因此，可以實現加工。

球形端銑刀加工三維曲面過程為避免出現干涉現象，要求球形刀半徑必須小于曲面凹處的最小曲率半徑。因此，在工藝設計中，要分析整個待加工曲面的最小內凹曲率半徑，并以此作為刀具半徑的選擇依據。但是當曲面有很小的內凹曲率半徑時，也不能因為可能發生干涉而采用很小的刀具進行加工。合理方法是，首先采用大的球形端銑刀進行加工，然后對凹尖角處進行后續處理。選擇好刀具半徑后，根據圖形尺寸就可以確定三維曲面的加工位置。從圖1可以看出，在B和B′處加工三維曲面，刀具不會發生干涉現象。

通過對刀具選擇和干涉的分析，可確定出兩加工平面內刀具的運行軌跡，如圖2所示。

圖2 刀具運行軌跡

根據上述工藝分析確定出圓柱形三維曲面孔的加工工序為：粗鉆孔→銑方孔→銑三維曲面孔→三維曲面孔四角清根。

3 手工編程實現分析［1］

對于三維曲面，自動編程是最合理的選擇，在沒有自動編程軟件情況下，只能靠手工編程來實現三維曲面的加工。但并非所有三維曲面都能依靠手工編程來實現，例如復雜導動曲面、葉片曲面等，其曲線不是單一曲線，編程時每個曲線拐點處都需要給出起點和終點坐標，手工計算難度太大。而保持架三維曲面孔為圓柱形曲面，其曲線是單一圓弧曲線，因此，只要給出圓弧起點坐標和終點坐標就可以實現手工編程。

首先計算刀位點起點坐標和終點坐標值。刀具與加工表面關系如圖3所示，球形刀刀位點即為刀心C0，刀具在工件坐標系中準確的位置可以用刀位點和刀軸矢量進行描述。刀心坐標（0，0，0）和其刀軸矢量坐標（0，0，1）固定不變。球形刀銑削加工表面上任意一點P的刀心點矢計算式為：

圖3 刀具與加工表面關系

式中：rC0為刀心的點矢；rP為加工表面上切觸點P的點矢；R為刀具半徑；n為加工表面P點處的單位法向矢量。

從圖3和（1）式可以看出，球形刀的球心位于加工表面的等距面上，距離為刀具半徑R，將（1）式寫成分量形式為：

通過（2）式可以分別求出刀位點起點坐標和終點坐標。

從新型保持架三維曲面孔的加工工藝可以看出，粗鉆孔和銑方孔為二維加工，手工編程在圖1中A點處很容易實現。三維曲面孔的銑加工和四角清根為三維曲面加工，根據加工工藝尺寸分別求出刀位點起點坐標和終點坐標，即可實現手工編程。

從圖2刀具運行軌跡可知，程序的編排有兩種情況，一種是在xz平面上（圖2a）；另一種是在yz平面上（圖2b）。操作者可任選一種加工平面，手工編排一半三維曲面程序，再通過鏡像功能實現另一半三維曲面程序的編排。

4 結束語

在四軸三聯動立式加工中心上試制加工出的這種新型保持架，其孔各項加工尺寸和精度均達到設計要求，裝入軸承試驗效果良好。