新型空心滾子的加工工藝

彭來深，李偉建，潘存云

(1.衡陽紡織機械廠，湖南 衡陽 421007；2.國防科學技術大學 機電工程與自動化學院，長沙 410073)

滾子的加工工藝問題歷來受到重視，進行了許多改進研究[1-5]。文獻[6]提出了一種新的空心滾子結構，這種滾子的加工工藝與實心滾子加工工藝有相同之處，但由于這種滾子結構上的特殊性，其加工工藝也有自身新的特點。該新型空心滾子由內、外環組成，內、外環間由很小的錐角配合，因而這種滾子在設計時既要遵從滾子的相關標準GB/T 4661-2002，又要遵從圓錐配合的相關標準GB/T 15755-1995。通常，不同長度和不同錐度的錐體和錐度深孔，由不同的加工方法來加工。如對于圓錐長度短和錐角較大的內、外錐體，采用轉動小拖板的方法來車圓錐；對于圓錐較長和斜度較小的外圓錐表面，可將尾座偏移一個距離；對于精度要求較高的圓錐或大量生產時采用靠模法車圓錐[7]，而錐度深孔除了調整小刀架角度以及使用靠模法加工外，還可以安裝專用的工裝來加工[8]。本文分析了新型空心滾子的結構特點，借鑒已有滾子和圓錐面的加工方法，結合現有設備提出兩套完整的加工工藝。

1 新型空心滾子的結構

文獻[6]提出的新型空心滾子結構如圖1所示。該新型空心滾子由材料不同的內、外環壓配而成，外環有內錐角，內環有內、外錐角。文獻[6]提供的各組結構參數表明這種新型空心滾子內、外環零件屬于薄壁件，加工時需要保證零件的剛度，防止加工時工裝對零件產生過大的夾緊力，而導致加工件變形，影響加工精度。因而在制定加工工藝時，需要考慮配合面的配合率、小錐角精度以及零件加工剛度。

圖1 新型空心滾子結構圖

2 加工工藝

新型空心滾子的加工工藝由內、外環的加工工藝和內、外環壓配后的加工工藝兩部分組成。考慮到新型空心滾子內環為雙錐面，外環為外柱內錐結構，兩者的加工工藝基本上是一致的。

對于單件小批量生產，制定的內、外環零件加工工藝為：棒料→車坯→車錐面→磨內表面→磨外表面(采用芯軸裝夾定位，被加工件如果是內環，磨外圓錐表面；若是外環，磨外圓柱表面)。加工內、外環零件后，新型空心滾子的加工工藝為：壓配內、外環→粗磨外圓→磨雙端面→精磨外圓→超精外圓。

如果大批量生產，并且加工精度要求較高，制定的內、外環的加工工藝為：棒料→車坯→車錐面→粗磨外圓→磨兩端面→精磨外圓→磨內表面→磨外表面(采用芯軸裝夾定位，被加工件如果是內環，磨外圓錐表面；若是外環，磨外圓柱表面)。加工內、外環零件后，新型空心滾子的加工工藝為：壓配內、外環→粗磨外圓→磨雙端面→精磨外圓→超精外圓。

第1種工藝，由于零件的定位基準差，所以端面對外圓的垂直度不好控制，磨完內錐孔后，孔的尺寸偏差和同軸度較大，難以保證零件的加工精度。另外這種工藝中雙端面只磨削了一次，磨削留量要求較大。而第2種工藝中增加了粗磨外圓、磨雙端面、精磨外圓工序，可以保證零件端面對外圓的垂直度要求，零件長度尺寸的散差較小，也適于采用軸向定位的裝夾方式。

這兩種加工工藝在加工內孔時，裝夾方式上也有很大的區別。小批量生產時采用徑向支承(圖2a)，即采用三爪卡盤來裝夾。這種裝夾方式下，每加工一個零件時都需校表找正，而且在加工過程中需要反復測量工件被加工表面，直至達到加工尺寸，稍不注意，就會造成零件尺寸超差，效率較低，易產生廢品。并且，由于被加工零件是薄壁件，采用三爪卡盤的裝夾方式，容易產生徑向夾緊變形，加工完孔卸下工件時，工件彈性變形的恢復會導致工件孔圓度加大。而大批量生產時，采用軸向定位(圖2b)，即做一個帶錐柄的夾具體，工件通過左、右襯套置于夾具體環形腔中，采用螺紋連接，端蓋壓緊的方式裝夾。通過軸向定位既能減少工件夾緊時的徑向變形，保證工件的圓度要求，又能有效保證零件的加工尺寸要求。一批零件的重復定位性能好，大大提高了生產效率。通過更換不同的左、右襯套，就能加工不同規格滾子的內、外環，具有一定的加工適應性。

圖2 工件加工時的定位方式

不管是第1種工藝，還是第2種工藝，都通過標準錐度塞規來檢測內、外環接觸錐面的配合率，而內、外環錐面的錐度值可在專用儀器上進行測量。

3 結果與討論

圖1中，取Δ=3 mm，并要求滾子的外環平均變形量在20～30 μm，根據文獻[6]提供的優化設計方法，先確定了5種規格新型空心滾子的結構參數(表1)。

表1 5種規格滾子的結構參數

然后采用上面提出的兩種加工工藝，加工這5種規格的滾子。在Talyrond-200圓度測量儀和Form Talysurf Series(FTS)2,120i輪廓儀上對新型空心滾子外表面進行了測量，測量結果如表2所示。

從表2可知，各規格新型空心滾子采用第2種工藝加工時，其圓度誤差和表面粗糙度值均小于第1種工藝加工時的相應值。第2種工藝加工的空心滾子基本達到了Ⅱ級滾子的精度，而第1種工藝加工的空心滾子基本達到了Ⅲ級滾子的精度。

表2 不同工藝下新型空心滾子外表面圓度和粗糙度測量結果

圖3為規格30 mm×48 mm的新型空心滾子在兩種工藝方法下加工，工件圓度的輪廓曲線，圖中的圓度誤差采用最小二乘圓法獲得，規則的圓為參考圓，不規則曲線為實測的工件輪廓線。圖3進一步反映了第二種工藝方法對圓度誤差的改善。

圖3 30 mm×48 mm的新型空心滾子圓度輪廓曲線

4 結束語

通過對新型空心滾子結構特點的分析，并根據不同的生產要求，制定了兩種不同的加工工藝。用這兩種工藝方法對5種不同規格的滾子進行單件試制，試制零件圓度和表面粗糙度的測量結果表明，這兩種加工方法加工的零件均能達到國家標準的要求，并且用第2種工藝加工的零件精度更高。