球面滾子外徑超精機(jī)

周俊榮，劉明，賀宇，周晨曦，周俊瑞

(1.五邑大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 江門 529020；2.無錫瑞鼎機(jī)床有限公司，江蘇 無錫 214191)

目前，國內(nèi)對軸承內(nèi)、外圈的超精技術(shù)已日趨成熟，因此對影響軸承運(yùn)轉(zhuǎn)的球面滾子的超精加工提出了更高的要求[1]。球面滾子經(jīng)過超精研加工后，其圓度誤差、表面粗糙度值明顯下降，表面變質(zhì)層被除去。裝配而成的軸承噪聲值明顯下降，旋轉(zhuǎn)精度、產(chǎn)品質(zhì)量及壽命可靠性均有較大幅度的提高[2-3]。而國內(nèi)目前所用的球面滾子超精機(jī)存在加工范圍小，滿足不了市場上多種球面滾子規(guī)格的需求；上下料繁雜、效率低；滾子易劃傷等問題。因此，研究球面滾子外徑超精研機(jī)是我國軸承行業(yè)的迫切需求。

1 機(jī)床加工原理

油石裝在油石夾中，油石夾與擺動主軸相連，同時擺動。擺動主軸中心至油石摩擦端的距離即為滾子的球面半徑SR(圖1)，改變油石至中心的位置即調(diào)節(jié)SR的大小；擺動角度α由與擺動主軸相連的曲柄連桿機(jī)構(gòu)控制。

球面滾子采用特殊的工裝使之穩(wěn)定轉(zhuǎn)動，且不產(chǎn)生軸向移動，油石以恒定壓力壓向球面滾子，對滾子外徑面超精，使?jié)L子的表面質(zhì)量得以改善(圓度和波紋度提高30%以上，表面粗糙度Ra達(dá)到0.05 μm)。

2 機(jī)床整體與主要部件設(shè)計

設(shè)計的球面滾子外徑超精機(jī)整體布局如圖2所示，為兩工位超精，即1次可以同時超精2個滾子。機(jī)床包括床身、上下料機(jī)構(gòu)、工件傳動機(jī)構(gòu)、擺動主軸、油石夾持和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、冷卻過濾裝置和電氣系統(tǒng)等。床身上設(shè)置有左、右2個立柱，立柱上安裝箱體，箱體上安裝擺動主軸，擺動主軸的前端安裝油石夾持和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)(超精機(jī)構(gòu))，擺動主軸由曲柄連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動。

圖2 機(jī)床整體機(jī)構(gòu)布局示意圖

在床身上，立柱和箱體前端安裝工件傳動機(jī)構(gòu)，由可無極調(diào)速的電動機(jī)驅(qū)動，實現(xiàn)工件的穩(wěn)定轉(zhuǎn)動，而無軸向移動，使機(jī)床實現(xiàn)油石對滾子外徑面的切入式磨削。工件傳動機(jī)構(gòu)的前端安裝有上、下料機(jī)構(gòu)。

2.1 擺動機(jī)構(gòu)

擺動機(jī)構(gòu)包括擺動主軸(圖3)和曲柄連桿機(jī)構(gòu)(圖4)。擺動電動機(jī)連接減速機(jī)，減速機(jī)通過皮帶輪與曲柄連桿機(jī)構(gòu)連接，曲柄連桿機(jī)構(gòu)設(shè)置有偏心滑塊，通過調(diào)整偏心滑塊的徑向位置(即改變長度a)調(diào)節(jié)擺動主軸的擺動角度。曲柄連桿機(jī)構(gòu)依次連接連桿和中間連桿，中間連桿與擺動主軸相連接。床身左、右立柱上固定擺動主軸和油石擺動氣缸，每根擺動主軸對應(yīng)1個油石擺動氣缸，油石擺動氣缸的活塞桿與擺動主軸軸心的拉桿相連接。

1—主軸；2—前端蓋；3，4，9，10—襯圈；5—套筒；6—襯套；7—支承塊；8—彈簧座；11—后端蓋；12—支承套；13—六方套；14—拉桿

圖4 曲柄連桿機(jī)構(gòu)原理示意圖

2.2 超精機(jī)構(gòu)

超精機(jī)構(gòu)包括超精頭和油石磨損補(bǔ)償裝置。超精頭通過擺臂固連于擺動主軸左端部，從而使超精頭和油石盒中的油石隨擺動主軸擺動。超精頭頂部設(shè)置有油石磨損補(bǔ)償氣缸，油石磨損補(bǔ)償氣缸一側(cè)設(shè)置有壓桿，用于壓住油石盒中的油石，使活塞與壓桿連接，通過調(diào)節(jié)在旋轉(zhuǎn)板上不同孔的位置使油石垂直移動，滿足不同規(guī)格滾子的要求；超精頭通過油石的擺動實現(xiàn)粗超、精超，使球面滾子的表面粗糙度、波紋度和圓度達(dá)到要求，同時自動補(bǔ)償油石的磨損。

2.3 上、下料機(jī)構(gòu)

采用切入式超精加工方法，超精滾子的規(guī)格范圍更廣。傳統(tǒng)上料方式(手動或半自動上料)效率較低，換工裝較麻煩，設(shè)計采用了可調(diào)式上料機(jī)構(gòu)，超精不同規(guī)格的滾子時，只需調(diào)節(jié)上料道上面和側(cè)面的螺桿便可改變料道的大??；下料機(jī)構(gòu)由機(jī)械手和下料道構(gòu)成，下料道底端與送料帶連接，能夠穩(wěn)定地實現(xiàn)上、下料，而且速度較快。設(shè)計的上、下料機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，減少了換工裝的時間，效率大大提高。

3 機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)

球面滾子外徑超精機(jī)加工范圍(圖5)：滾子直徑Dw為12～80 mm；球面半徑SR為70～260 mm；滾子長度Lw為12～90 mm。滾子超精后表面粗糙度Ra達(dá)到0.05 μm；圓度提高30%(<1 μm)；波紋度提高15%(<1 μm)。

圖5 滾子示意圖

以23024C為例，滾子參數(shù)為：Dw=15.6 mm，Lw=18.8 mm，SR=81.5 mm。超精前、后滾子的實際檢測數(shù)據(jù)對比見表1。

表1 超精前、后滾子的檢測數(shù)據(jù)對比 μm

球面滾子外徑超精機(jī)設(shè)有粗超與精超2種超精方式，且可在同一工位上完成，粗超與精超的時間可在手觸板上設(shè)置，方便、快捷。一次加工完成所用時間約14 s，即加工效率約為每件7 s。

4 結(jié)束語

近年來，由于軸承行業(yè)的飛速發(fā)展，我國對調(diào)心滾子軸承的需求量越來越大，要求的精度越來越高，滾子規(guī)格也越來越多。該機(jī)床的成功研制將為多種規(guī)格高質(zhì)量調(diào)心滾子軸承的生產(chǎn)提供關(guān)鍵的裝備支持。