2MKG9580P數(shù)控立式復(fù)合磨床磨削偏心軸承套圈

曹保亮，齊靜敏，劉陽，張占峰

(1.新鄉(xiāng)日升數(shù)控軸承裝備股份有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453700；2.新鄉(xiāng)市新機(jī)創(chuàng)新機(jī)械有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453700)

1 2MKG9580P磨床結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

偏心軸承的偏心外圈、中圈的加工目前主要依靠模具、工裝保證[1-2]。2MKG9580P數(shù)控立式復(fù)合磨床主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。床身、橫梁、鞍座及轉(zhuǎn)塔等基礎(chǔ)構(gòu)件采用精密鑄鐵件，床身、立柱、橫梁等部件經(jīng)過靜態(tài)力學(xué)模擬分析，保證充足厚度(壁厚)，合理配置內(nèi)部筋板，使基礎(chǔ)構(gòu)件具備高剛性和質(zhì)量。

1—床身底座；2—工作臺主軸；3—砂輪修整器；4—外磨砂輪主軸；5—轉(zhuǎn)塔；6—內(nèi)磨砂輪主軸；7—橫梁；8—鞍座；9—Z軸滑座；10—ATC刀具庫

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1.1 工作臺及偏心機(jī)構(gòu)

立式復(fù)合磨床工作臺主軸采用精密推力軸承和圓錐滾子軸承，結(jié)構(gòu)簡單、剛性高、工作穩(wěn)定。主軸軸承施加有預(yù)載荷，與一般的靜壓圓導(dǎo)軌+主軸軸承的結(jié)構(gòu)相比，具有高精度、高載荷的特點(diǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)且維護(hù)成本低；傳動采用兩級皮帶和卸荷軸結(jié)構(gòu)，卸荷軸可使工作臺轉(zhuǎn)動不受皮帶輪軸交變載荷影響；恒溫工作臺主軸潤滑系統(tǒng)保證了工作臺轉(zhuǎn)動不產(chǎn)生溫度變化而影響加工精度。

偏心工作臺結(jié)構(gòu)如圖2所示。正常磨削時，電永磁吸盤軸心線與工作臺主軸回轉(zhuǎn)軸線重合，磨偏心圓柱面時，旋轉(zhuǎn)蝸桿，使電永磁吸盤軸心線與工作臺主軸回轉(zhuǎn)軸線偏離，通過蝸桿調(diào)整工件中心至偏心要求為止，并采用定位塊定位，保證加工零件尺寸一致。工作臺對圓錐滾子軸承施加預(yù)緊力，提高偏心轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)精度；施壓螺桿、碟簧使偏心轉(zhuǎn)臺處于鎖緊狀態(tài)；偏心轉(zhuǎn)臺可自動調(diào)整偏心量，方便偏心套圈的加工。

1—轉(zhuǎn)軸；2—偏心工作臺；3—圓錐滾子軸承；4—電永磁吸盤；5—蝸輪塊；6—蝸桿；7—施壓螺桿、碟簧

1.1.2 交換轉(zhuǎn)塔

磨床采用交換轉(zhuǎn)塔進(jìn)行內(nèi)磨主軸和外磨主軸交換，如圖1所示。內(nèi)、外磨主軸座相互錯位、中心軸線平行安裝在交換轉(zhuǎn)塔上，交換轉(zhuǎn)塔在垂直Z軸的軸線上連續(xù)、無級定位。轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)動角度范圍大于250°，實(shí)現(xiàn)內(nèi)磨主軸±30°和外磨主軸±45°的無級、連續(xù)定位，適用圓錐面的磨削。采用伺服電動機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)塔定位，液壓裝置鎖緊；轉(zhuǎn)塔中心裝有圓光柵尺形成閉環(huán)控制，定位精度高。

1.1.3 進(jìn)給系統(tǒng)

磨床進(jìn)給系統(tǒng)采用高載荷、高精度、低摩擦因數(shù)的滾柱直線導(dǎo)軌，X軸每根直線導(dǎo)軌上配置4塊滑塊，Z軸每根直線導(dǎo)軌上配置3塊滑塊。多滑塊配置可大幅度提高X軸鞍座和Z軸磨頭滑座剛性，保證立式復(fù)合磨床進(jìn)給系統(tǒng)的高精度、高剛度。機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動部分采用高剛性滾珠絲杠，并在其兩端施加一定的預(yù)拉伸量，充分克服溫升和撓曲給傳動帶來的不利影響。使用高精度光柵尺形成全閉環(huán)控制，兩軸聯(lián)動定位，機(jī)床進(jìn)給精度控制在微米級。

1.1.4 內(nèi)磨主軸砂輪交換及ATC刀具庫

磨床內(nèi)磨主軸使用HSK100刀柄結(jié)構(gòu)砂輪桿，根據(jù)磨削工藝要求可自動交換砂輪。HSK100刀柄為中空、短錐體結(jié)構(gòu)，刀具更換速度快；采用錐面與端面同步接觸雙定位，靜態(tài)剛度和動態(tài)剛度高，其彎折載荷比大錐度刀柄高出30%～200%；采用HSK刀柄保證了砂輪重復(fù)安裝精度，工作效率較高，砂輪修整次數(shù)較少。

磨床配有ATC刀具庫，可裝6把HSK100刀具，伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)換刀具位置，可快速完成砂輪交換作業(yè)。

1.1.5 砂輪修整器

砂輪修整器采用多工位金剛筆修整器和金剛石修整器，多工位金剛筆修整器用于修整砂輪上、下端面和圓柱面；金剛石修整器用于修整砂輪下端面和圓柱面。另外還可以選裝圓弧面修整器。

1.2 主要技術(shù)指標(biāo)

主要技術(shù)指標(biāo)為：工作臺主軸徑向跳動≤ 5 μm，工作臺主軸軸向竄動≤5 μm，磨床出廠精度兩項(xiàng)精度均≤1.5 μm；刀架Z/X軸定位精度為±3 μm；刀架Z/X軸重復(fù)定位精度為±2 μm；進(jìn)給單位為1 μm。

主要加工精度為：磨削內(nèi)、外圓圓度≤1.5 μm。以圓柱滾子軸承3226×1軸承外圈表面Φ250 mm×80 mm為例，經(jīng)過磨削，工件表面圓度達(dá)到0.6 μm，圓柱度為1.5 μm，磨削時間約5 min。

1.3 適用范圍

2MKG9580P立式復(fù)合磨床屬于通用機(jī)床范疇，可用于大型精密齒輪和大型軸承等精密加工領(lǐng)域，適用于圓柱端面、臺階面、內(nèi)(外)圓柱面、圓錐面及圓弧面的粗(精)加工，以及偏心套的磨削加工。磨削內(nèi)孔Φ60～Φ800 mm；磨削最大外徑800 mm；磨削高度500 mm；工作臺載荷為800 kg。

2 軸承中圈的加工

以膠印機(jī)用雙偏心空心圓柱滾子軸承單元55YHB110×255×54為例，介紹使用2MKG9580P立式復(fù)合磨床加工軸承中圈的過程。

2.1 軸承結(jié)構(gòu)及工藝要求

雙偏心空心圓柱滾子軸承單元主要由偏心外圈、偏心中圈、內(nèi)圈、保持架及空心圓柱滾子等組成，軸承公差等級要求為P4。偏心中圈內(nèi)、外工作表面均為雙列圓柱滾道，結(jié)構(gòu)如圖3所示。其主要工藝要求為：兩端面平行度6 μm，內(nèi)、外滾道的中心偏移量(6±0.02) mm，內(nèi)、外滾道圓度4 μm，直線度+4 μm，與基準(zhǔn)面的垂直度6 μm，雙列滾道的相互圓跳動2 μm，內(nèi)、外滾道擋邊相對基準(zhǔn)面的平行度12 μm[2]。

圖3 雙偏心軸承中圈

2.2 工藝分析及磨削過程

采用高精度立式復(fù)合磨床2MKG9580P磨削，可保證內(nèi)、外圓柱面圓度均≤1 μm；內(nèi)、外雙列滾道采用雙片砂輪一次切入成形磨削，可保證雙列滾道的相互圓跳動基本保持一致，且<1 μm；圓柱與基準(zhǔn)面的垂直度<2 μm；兩端面平行度<6 μm；內(nèi)、外滾道的中心偏移量采用固定擋塊定位，重復(fù)定位精度<10 μm；滿足中心偏移量(6±0.02) mm的要求。因此，立式復(fù)合磨床可以滿足加工工藝要求。

磨削基本工藝為：粗磨→時效處理→精磨→時效處理→細(xì)磨。精磨又分為磨兩端面、磨內(nèi)外圓柱面、磨滾道擋邊等工序。粗磨、細(xì)磨與精磨過程類似。磨削開始時，磨頭轉(zhuǎn)塔外磨軸與轉(zhuǎn)臺成22.5°夾角，內(nèi)磨主軸安裝砂輪(圖4)。為便于敘述，將偏心中圈兩端面分別稱為中圈端面1和中圈端面2，內(nèi)、外滾道擋邊按順序編號依次為擋邊端面1，2，3，4。

圖4 內(nèi)磨主軸用磨內(nèi)、外圓柱滾道砂輪和擋邊砂輪

磨削加工過程為：工件定位(以2-Φ10圓柱孔定位)→修外磨砂輪端面→精磨中圈端面1→磨頭轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)動內(nèi)磨主軸與工作臺轉(zhuǎn)臺主軸平行→修擋邊砂輪→精磨中圈外滾道擋邊端面2，4→刀具庫更換滾道砂輪→修滾道砂輪圓柱面→精磨中圈外滾道→轉(zhuǎn)動偏心工作臺→精磨中圈內(nèi)滾道→刀具庫更換擋邊砂輪→修擋邊砂輪(視具體情況定)→精磨中圈內(nèi)滾道擋邊端面2，4→翻轉(zhuǎn)中圈換面(以2-Φ10圓柱孔定位)→精磨中圈內(nèi)滾道擋邊端面1，3→偏心工作臺轉(zhuǎn)回原位→精磨中圈外滾道擋邊端面1，3→轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)動外磨主軸與工作臺轉(zhuǎn)臺主軸成22.5°夾角→精磨中圈端面2，完成1個中圈加工過程。

2.3 工藝特點(diǎn)

(1)加工效率提高。采用立式復(fù)合磨床磨削軸承中圈，可在一臺機(jī)床上完成中圈內(nèi)、外滾道及擋邊和端面的磨削，從而節(jié)省了大量輔助時間和人工工時。

(2)適合小批量、多品種生產(chǎn)。偏心軸承多屬小批量、多品種生產(chǎn)，傳統(tǒng)磨削工藝需要大量模具和工裝。采用立式復(fù)合磨床磨削不需要模具和特定工裝，根據(jù)偏心軸承套圈的偏心量在偏心轉(zhuǎn)臺上可以很方便地進(jìn)行加工調(diào)整。

(3)生產(chǎn)成本低。一臺立式復(fù)合磨床可代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝需要的雙端面研磨機(jī)、內(nèi)圓磨床、外圓磨床、擋邊磨床等設(shè)備，節(jié)省了投資，減少了機(jī)床占地面積，生產(chǎn)成本降低。

(4)簡化生產(chǎn)管理。立式復(fù)合磨床單臺機(jī)床工作，不需要模具、特定工裝，生產(chǎn)管理大為簡化。