C650車床磨削大尺寸外球面軸承外圈的分析

馬萍，羅一元

(1.甘肅海林中科科技股份有限公司，甘肅 天水 741018；2.天水生產力促進中心，甘肅 天水 741000)

1 可行性分析

某型非標外球面雙列圓柱滾子軸承的內圈、滾子、外圈端面、滾道在現有設備上均可順利加工，但外圈外球面在現有設備上無法磨削。外圈尺寸結構如圖1所示，外球面精度要求為：對稱度0.025 mm，表面粗糙度0.4 μm。由于零件外形尺寸較大，公司現有設備只有C650車床可對該零件進行徑向裝夾，若在C650上對外球面進行最終硬車加工，無法滿足外球面的尺寸精度要求。根據球面軌跡范成磨削原理[1]，擬在刀架上安裝磨削機構，使砂輪軸與工件軸相互垂直，各自繞軸線旋轉，當砂輪沿其軸線進給時，回轉工件與旋轉砂輪接觸磨削，形成球面軌跡，磨加工出符合工藝要求的球面。

2 磨削裝置結構

磨削裝置結構如圖2所示[2]，由砂輪、砂輪軸、皮帶輪、電動機和底座等組成。根據機床結構特點，拆除C650拖板上的刀架部分，利用現有的T形槽，將整套磨削裝置固定在刀架上，通過墊塊調整底座高度，使砂輪軸中心與工件軸中心等高，由電動機通過皮帶傳動帶動砂輪軸轉動，砂輪沿其軸線做進給運動對工件進行磨削。工件以內徑和端面定位，對工件外球面進行磨削，加工后保證球面對稱度和端面跳動均小于0.025 mm。

圖1 外球面外圈結構圖

3 砂輪的選擇[3]

軸承外圈材料為GCr15SiMn鋼，硬度為58～62HRC；磨削時要求砂輪有較好的自銳性。(1)砂輪磨料選為棕剛玉，棕鋼玉硬度高、韌性好，能承受較大磨削壓力。(2)選擇樹脂結合劑，其彈性好、強度高、耐沖擊、自銳性好，磨削效率高，磨削時磨粒能退讓，可避免磨削用量大、摩擦發熱而使工件表面燒傷。(3)砂輪硬度對磨削效率和加工表面的質量有較大影響，若砂輪太硬，磨粒鈍化后不能及時脫落，會使砂輪表面上磨料間的空隙被磨屑堵塞，造成磨削力和磨削熱顯著增加，使工件表面變形甚至燒傷，表面粗糙度值顯著增大；若砂輪太軟，磨粒尚未鈍化就過早脫落，會使損耗過快，砂輪很快失去正確的外部形狀，工件的精度難于控制。因此，根據工件材質選用3級軟砂輪。(4)樹脂結合劑砂輪磨削時安全線速度≤40 m/s，要注意充分冷卻，防止產生燒傷、裂紋。最終選用杯形砂輪，其型號為： B250×100×150 A46J5B40。

1—床頭箱；2—機床卡盤；3—工件；4—砂輪；5—凸緣1；6—凸緣2；7—砂輪主軸；8—軸套；9—砂輪軸座；10—底座；11—砂輪軸皮帶輪；12—三角皮帶；13—砂輪電動機皮帶輪；14—電動機；15—機床拖板；16—機床導軌；17—壓緊裝置

4 球面對稱度調整及檢測

實際加工時要不斷調整球面對稱度，水平面內砂輪軸線與零件寬度對稱軸線重合的調整，是在加工過程中不斷移動砂輪頭架，使球心落在外圈寬度中心面上；垂直面內砂輪軸線與工件軸線等高的對稱度調整，是在車床主軸中心高一定的情況下，通過尺寸鏈計算出拖板的高度及磨架機構中砂輪的中心高，再通過調整墊塊來滿足要求。工件表面磨痕由初始的不對稱單面圓弧狀刀紋通過反復調整砂輪中心使其逐步重合，最終形成均勻的網狀刀紋。

通過多次實際測量計算，總結得出Δ≈4X(圖3)，Δ為球面中心偏移量，X為垂直方向尺寸變動量。磨削時通過比例關系控制拖板手輪的縱向移動量及砂輪的橫向進給，簡化調整過程，提高工作效率，磨削出符合技術要求的外球面。

設計的專用外球面對稱度檢測儀器如圖4所示，其利用百分表即可檢測出球面的對稱度是否滿足要求。

圖3 簡化調整過程示意圖

1—測量支架；2—頂桿；3—工件；4—百分表

5 結束語

通過對C650刀架部分的改造，基于球面軌跡范成磨削原理，實現了對大尺寸外球面軸承外圈的加工，滿足了外球面的技術要求。根據磨痕刀紋的判別，通過比例關系控制拖板手輪的縱向移動量及砂輪的橫向進給，保證了外球面對稱度滿足技術要求，提高了加工效率。