圓錐滾子貫穿磨削方法研究

瓦房店軸承集團公司 (遼寧 116300)李 智

在磨削圓錐滾子外徑表面時，采用精度好的夾具定位，因其定位精度較高，裝夾方式合理，故在滾子外徑生產加工中起到了重要的作用。如果所用工裝精度不好，導致工人頻繁修整砂輪，既造成了環(huán)境污染，又造成了砂輪極大的損耗浪費，影響了工人的身體健康，嚴重影響滾子產品質量，也影響了滾子的生產周期，這是一個需要注意的問題。

1.圓錐滾子貫穿磨削加工調整

從某種推力圓錐滾子初次試驗結果來看，由于滾子直徑變動量VDWP、圓度誤差ΔC 大多數沒有達到工藝要求，經過對機床仔細查看滾子托板、螺旋導輪狀況，發(fā)現托板傾角30°表面不平，托板出現彎曲現象。托板是用M7475 平面磨削，托板表面紋路是橫向磨削紋路，表面粗糙度不好。因此首先要解決滾子直徑變動量、圓度誤差難以達到工藝要求的難題。

圖1

滾子中心高H (見圖1)是一個重要的調整參數，對滾子的圓度誤差和直徑變動量有很大影響。若升高滾子中心高時，糾正滾子圓度誤差的能力就增大;反之，若降低滾子中心高時，糾正滾子圓度誤差的能力就減小，中心高H 根據滾子直徑大小而定。一般取H=(1/4～2/3)D，大滾子可取H=(1/4～1/2)D。式中D 為滾子大頭直徑，H 為滾子大頭中心至砂輪軸心線的垂直距離。由于導輪是用磨料制成，可以任意修整，導輪的摩擦系數比貫穿磨削的螺旋輪大，因此加工出的滾子精度較高。滾子中心高是一項對磨削質量起關鍵作用的參數，實踐證明，滾子中心高H 太大，滾子處于一種不穩(wěn)定的磨削狀態(tài)，使?jié)L子的加工表面圓度誤差大;若H 太小，滾子的直徑變動量變大以及出現其他缺陷，這主要取決于操作者，以操作者的耐心調整為前提。圓錐滾子貫穿磨削法，是將無心磨床的導輪換成用特殊鑄鐵或鋼制造的螺旋導輪(見圖2)，在自動送料裝置的傳動下，將被加工的滾子送入螺旋槽中。

圖2

螺旋導輪槽有角度，其大小與滾子的錐角相適應(大約等于滾子的錐角)，使?jié)L子的素線平行于磨削輪的素線;當螺旋導輪旋轉時，滾子在螺旋槽中一面旋轉一面前進，以實現貫穿磨削。其磨削原理與套圈無心外圓磨削原理基本相同，下面簡單介紹一下托板和螺旋導輪。貫穿磨削圓錐滾子時，所采用的有上、下兩塊托板，下托板起著支承滾子的作用，使?jié)L子壓向導輪并使?jié)L子中心線高出兩輪中心連線的高度為H;上托板引導滾子和防止?jié)L子在磨削時跳動。上托板與滾子間隙a 的選擇原則是使?jié)L子順利通過，并使?jié)L子的大頭和小頭沒有磨傷。滾子直徑為4～16mm 時，其間隙選0.3～0.5mm;滾子直徑為10～25mm 時，其間隙為0.5～0.06mm。磨削輪和下托板的間隙C 是磨屑和切削液通過的地方，Z是滾子和下托板的接觸線的位置，它們互相制約。調整Z，使?jié)L子的1/3 在磨削輪與接觸線(滾子與托板接觸線)之間。

2.圓錐滾子貫穿磨削工裝制作

無心磨床托板斜角β 對滾子磨削質量也有很大影響，β 減小則K 值(圓度誤差)增大，糾正圓度誤差的能力就減小;同樣滾子中心高H 值減小，糾正滾子圓度誤差能力也減小。但如果H 值太大，螺旋導輪帶動滾子旋轉的鉛重分力就太大，易于造成滾子中心跳動，這樣磨出滾子的圓度也容易超差。間隙a 太大，托板強度減弱，對磨削滾子也是不利的。托板的角度β 一般取30°，修磨滾子時β 取45°。因為β 角增大時，滾子與導輪之間的作用增大，導輪驅動滾子均勻旋轉，這對修磨滾子有很大作用。圓度誤差容易修整(β 角等于25°時，對消除七棱波有效;β 角等于45°時，對于消除三棱波和五棱波有效;β 角等于30°時，對消除九棱波有效)。試驗時只有一種30°的托板，由于此滾子為推力型大錐角圓錐滾子，半錐角為4°20'，托板的角度要加大，托板就要有足夠強度，因為托板的厚度與螺旋導輪擋邊高度有關，約為滾子直徑的1/3～1/2，大直徑滾子可適當加厚。因滾子大頭直徑為φ43.5mm，分別設計了三種托板角度斜坡線分別與水平方向夾角為25°、30°和45°，材料為Cr15，托板厚度均為22mm，高度分別取125mm。三種角度托板制造不采用M7475 平面磨床磨削，那樣托板表面紋路是橫向的，表面粗糙度值較大，應采用大行程往復磨床直線磨削，保證了托板表面粗糙度及磨削紋路為縱向，以減小滾子前進時阻力及增加滾子運動的平穩(wěn)性。

為了使?jié)L子前進以實現磨削，建議應將螺旋導輪向下傾斜α 角度。α 角大，滾子前進速度快，適用于粗磨外徑;α 角小，滾子前進速度慢，適用于精磨外徑。粗磨外徑時，α 角可取為1°～2°;精磨外徑時，α 角可取為0°～30'，導輪修整器的角度與α 角相同，導輪的轉數對滾子圓度誤差有很大影響，應根據加工情況合理選擇。由于此滾子半角為4°20'，屬于大錐角圓錐滾子，所以上述α 角度值應適當增加，操作者要根據滾子加工情況適當調整合理選擇。

一般說法是螺旋導輪自身的角度是φ=2A，A 為圓錐滾子半錐角，這是一個簡便而又粗略的說法。其實，只有當滾子、砂輪、導輪三者的中心高相等，并且托板又傾斜一個角度，使三者中心線平行的時候，φ=2A 才真正成立。而在貫穿磨削圓錐滾子時，托板是平的，即滾子中心線與砂輪、導輪的中心線不平行，并且滾子中心又高出砂輪、導輪的中心，所以螺旋導輪的角度必須加以修正。修正值的計算是一個比較復雜的問題，目前尚未解決。理論分析與實踐都告訴我們:螺旋輪角度的修正值與滾子的直徑、長度、角度、滾子的中心高有關，并且與機床的情況有關。所以修正值要憑實際經驗確定。通常的情況修正值為滾子的大頭比小頭大0.05～0.15mm 左右。粗磨是修正值還要大些。中心高越高，修正值越大。圓錐滾子的角度差主要是由螺旋導輪的角度決定的，因此磨削中發(fā)現角度差超過時，應根據超差的大小決定調整的方法。當滾子的角度差超出0.02～0.03mm 時，應重新磨削螺旋導輪的角度，即調整修正值。當滾子的角度差超差較小(0.02～0.03mm 以內)時可調整滾子中心高，即升降托板。滾子大頭大托板向下降，滾子小頭大托板上升。所以，磨削圓錐滾子中心高的確定要充分考慮到這一因素，就是在加工時留有調整的余地。

3.砂輪的選擇及磨削量分配

砂輪線速度越高、砂輪越寬則加工的滾子表面粗糙度值越小。因為寬砂輪使磨削區(qū)域增長，滾子在磨削區(qū)域內旋轉的次數增加。砂輪消耗時應注意及時調整砂輪線速度，砂輪線速度提高，單位時間內砂輪與滾子的表面接觸頻次增加，寬砂輪使單個磨粒的切削厚度變薄，切削力和磨削熱減小，滾子表面的磨痕深度減小，從而使?jié)L子表面粗糙度值減小。砂輪的修整十分重要，砂輪修整時金剛筆尖應低于砂輪中心1～2mm，避免修整砂輪時金剛筆尖鑲入砂輪中出現螺旋紋。修整砂輪時最后要進行幾次無進給，這會使砂輪修整效果更好，這一點應引起注意。

采用橡膠(WA150 粒度、中軟1)400mm 寬砂輪，試驗在反復修整砂輪的條件下，細磨外徑工序滾子直徑變動量VDWP、圓度誤差ΔC 為4～5μm，隨后滾子外徑出現棱子，原因就是螺旋導輪滾道磨削表面有“振紋”，其滾子外徑就不可避免地要“復映”振紋，造成滾子外徑產生棱子，說明與機床配套的螺旋導輪精度差導致機床存在著不穩(wěn)定性。所以說，用貫穿法磨削滾子時，螺旋導輪是一件非常重要的工具，滾子定位精度、螺旋導輪的安裝精度及維修精度將直接影響滾子的加工質量。螺旋導輪是圓錐滾子貫穿磨削的主要工具，它對滾子的加工質量影響最大。螺旋導輪的質量對滾子加工質量有直接影響。螺旋導輪的質量應保證以下幾個內容:螺旋槽角度應當準確，表面粗糙度值小，無明顯的振紋及缺陷，螺旋導輪內孔和螺旋槽應當同軸度。

由于初次粗磨滾子外徑尺寸及圓度誤差散差太大，批量加工時應先選擇滾子外徑尺寸及圓度誤差值，要在同一臺機床上進行粗、細、精、終磨削加工，粗、細磨削量為0.06mm 為宜，精、終磨削加工按正常磨削量。由于是滾子直徑為φ43.5mm 的Ⅰ級大錐角圓錐滾子，精、終磨削加工時螺旋導輪轉速要適當減慢，螺旋導輪速度合理選擇。終磨降低縱向進給速度。即使金屬螺旋導輪的轉速減慢增加磨削時間，但如果滾子縱向進給速度過慢，也會導致滾子精度降低，所以，精或終磨外徑時，采用導輪轉速20～30r/min 為宜。采用三種傾斜角度新托板進行批量細、精、終磨外徑，細磨采用不同角度新制托板，主要是保證滾子直徑變動量VDWP、圓度誤差ΔC 都能達到工藝要求，也就是為終磨滾子加工奠定好的基礎。因此，進行終磨加工滾子外徑時，應采用手工油石修磨螺旋導輪大擋邊平面，以改善大擋邊平面的表面粗糙度，并仔細修整螺旋導輪角度及螺旋導輪槽底部的表面粗糙度。