軸承內圈大圓弧溝道的一種新型磨削方法

王文龍，張合軍

(1.浙江大學 機械工程學系，杭州 310058；2.無錫市普森精密機床制造有限公司，江蘇 無錫 214151)

軸承內圈圓弧溝道磨削加工中，砂輪的修整是一道很重要的工序，砂輪修整精度直接影響工件的磨削質量。

1 內圈溝道傳統磨削方法

軸承內圈溝道磨削中，一般采用傳統的切入法磨削加工，如圖1所示。磨削砂輪采用金剛筆圓弧擺動修整，被修整的砂輪圓弧質量直接影響待磨工件的質量。砂輪外緣的圓弧半徑即軸承內圈溝道的圓弧半徑，如果溝道的圓弧半徑增大，修整砂輪時，就需要砂輪外緣的圓弧半徑相應地增大，那么修整器(圖2)弓形架的旋轉中心與金剛筆之間的距離H0也要增大。當H0超出一定范圍后，修整器結構將變得非常復雜，有時甚至無法使用。如果改用雙伺服數控插補修整，一方面成本高，操作復雜；另一方面插補修整的圓弧精度較差，難以滿足高精度的生產需要。

圖1 傳統切入磨削法

1—修整器;2—弓形架；3—金剛筆；4—砂輪

2 大圓弧溝道磨削砂輪的復合修整法

鑒于大圓弧溝道傳統切入磨削砂輪修整時存在的問題，改變砂輪修整方式，采用復合修整法，如圖3所示。

圖3 砂輪復合修整法加工原理圖

用筒形砂輪替代傳統的砂輪結構形式。筒形砂輪旋轉的同時，在其旋轉中心線的高度上，金剛筆旋轉且與筒形砂輪的一側外端面相切，范成修整出一個球環面。使用此球環面砂輪磨削軸承內圈的大圓弧溝道。

2.1 筒形砂輪旋轉機構

筒形砂輪外圓半徑為R1，內孔半徑為R2，寬度為H(圖3a)。采用傳統的電主軸(或皮帶軸)驅動旋轉。

2.2 金剛筆旋轉機構

金剛筆放置在砂輪一側前端，在與砂輪旋轉中心線成α角的切平面內以d為直徑旋轉。將砂輪前緣修整(范成法)成半徑為R的球環面。球環面的中心點在砂輪的旋轉中心線與金剛筆旋轉中心線的交點O上。

3 參數及精度的調整

3.1 粗調圓弧半徑

如圖3b所示，金剛筆旋轉中心線與砂輪旋轉中心線的交點為O。

為方便計算，將金剛筆旋轉中心點與O點的距離用RX表示；金剛筆修整點(與砂輪的接觸點)與O點的距離為R，即所要得到的砂輪端面球環半徑。

由圖3可知

(1)

式中：L為金剛筆旋轉中心點與砂輪旋轉中心線的垂直距離，mm；α為金剛筆的旋轉中心線與砂輪的旋轉中心線的角度，(°)。

調節L或α，均可以改變RX的大小。因為α<90°，則sinα<1,所以調節L(或α的角度)可以大幅度地調節RX，在實際操作過程中可以定為粗調。

3.2 微調圓弧半徑

在保證L，α不變的情況下，RX是一個定值。這時，球環半徑R、金剛筆的旋轉直徑d與RX的關系為

(2)

調節金剛筆旋轉直徑d，則R將隨著變化，但R的變化量非常微小，在實際操作中可以定為微調。

3.3 機床布局

機床布局如圖4所示。工件與修整器安裝在同一拖板(工件拖板)上，由伺服電動機按圖4所示方向驅動。筒形砂輪安裝在砂輪拖板上，同樣由伺服電動機驅動。2臺拖板成T形布置。

圖4 機床布局簡圖

工作時，在伺服電動機的驅動下筒形砂輪向左側運動，工件拖板向上運動，修整器旋轉，完成砂輪的修整。然后，工件拖板向下運動，砂輪的另一側與工件溝道接觸進行磨削。工件的磨削依靠砂輪的進給與補償完成。

4 復合修整法的優缺點

4.1 優點

1)修整器結構簡單，與傳統的1∶1砂輪修整方法相比，此方案用較小的金剛筆旋轉半徑，就可以控制數倍于金剛筆旋轉半徑的砂輪球環半徑。

2)砂輪球環半徑在實際操作中可由粗調與微調2個環節調節控制，精度更高，操作更加容易。

3)與傳統的插補修整相比，此為幾何法成形，精度更高，成本更低。

4)砂輪前緣球環由金剛筆與砂輪的旋轉范成磨削加工，可以磨削出交叉網紋，球環的幾何精度更高，避免了傳統切入磨削時工件磨痕始終在同一軌跡上，影響工件表面粗糙度，因而提高了磨削加工精度。

5)砂輪的補償與進給為同一方向，不需要其他輔助結構。

6)砂輪使用前端面的球環磨削，磨削速度不會隨著砂輪的修整而改變。

4.2 缺點

1)砂輪磨削時各個磨削點的速度不一致，導致磨削后套圈各點的表面粗糙度會有細微的差別。

2)磨削不同的套圈時，砂輪形狀會受到一定的限制。如果型號差別太大，需要采用不同型號的磨削砂輪。

5 結束語

復合修整法為中小型軸承制造企業提供了一種簡便、實用、高效且易操作的軸承內圈大圓弧溝道磨削方法。當溝道半徑大于100 mm時，此方案效果較佳。實踐中，在磨削孔徑為90 mm、高度為46 mm、內圈溝道半徑為180 mm的內圈大圓弧溝道時，選擇的砂輪直徑為180 mm，金剛筆的旋轉中心線與砂輪的旋轉中心線夾角α為21°46″，金剛筆的旋轉半徑為25.75 mm，僅為溝道半徑的1/7，磨削后溝道表面粗糙度Ra可達0.15 μm。