鋼球開(kāi)口磨板進(jìn)球口的銑削修形

皇甫兵，王世保，曹保亮，齊靜敏，侍洪隊(duì)

(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；3.阜陽(yáng)軸承有限公司，安徽 阜陽(yáng) 236023)

軸承鋼球生產(chǎn)普遍使用光球機(jī)、磨球機(jī)和研球機(jī)完成光球、磨球和精研3道重要工序。通常采用水劑大循環(huán)研磨鋼球工藝[1]，光、磨、研機(jī)床裝有2塊同心半圓形溝槽磨板，一塊為固定開(kāi)口磨板，另一塊為旋轉(zhuǎn)磨板，所加工的鋼球從開(kāi)口磨板進(jìn)球口側(cè)進(jìn)入2塊磨板之間的溝槽，在一定壓力下，鋼球沿著溝槽滾動(dòng)研磨1周，從開(kāi)口磨板另一側(cè)出來(lái)進(jìn)入料盤(pán)，隨料盤(pán)旋轉(zhuǎn)再次從開(kāi)口磨板進(jìn)球口側(cè)進(jìn)入2塊磨板之間的溝槽循環(huán)研磨。開(kāi)口磨板一般采用合金鑄鐵，其中光球、磨球用開(kāi)口磨板需要淬火熱處理，其硬度(55～63 HRC)與熱處理后的鋼球硬度相當(dāng)。為使鋼球順利進(jìn)入2塊磨板之間的溝槽并減少鋼球表面燒傷、劃傷等缺陷的發(fā)生，需對(duì)開(kāi)口磨板進(jìn)球口進(jìn)行修形，一般修成喇叭口形狀。

1 傳統(tǒng)磨板進(jìn)球口修形方法

鋼球磨板進(jìn)球口修形最主要的作用是引導(dǎo)鋼球順利進(jìn)入2塊磨板之間的溝槽，進(jìn)球口形狀、大小、長(zhǎng)度都將影響鋼球的加工質(zhì)量，如其長(zhǎng)短、深淺以及磨板溝槽深度與鋼球直徑的比例選擇不當(dāng)，將會(huì)造成鋼球表面線性燒傷[2-3]。

傳統(tǒng)的開(kāi)口磨板喇叭形進(jìn)球口修形主要依靠手工操作，人工手持電動(dòng)砂輪根據(jù)目測(cè)修磨進(jìn)球口，該方法存在諸多問(wèn)題：(1)手工修磨出的喇叭形進(jìn)球口中心線很難與半圓形溝槽中心線重疊，甚至出現(xiàn)2條中心線相交；喇叭形進(jìn)球口弧線和半圓形溝槽過(guò)渡不圓滑，使鋼球在進(jìn)球口處瞬間停滯、原地打轉(zhuǎn)(堆積)，從而造成鋼球燒傷和劃傷。(2)隨著磨板的使用，喇叭口之間距離偏差會(huì)影響溝槽之間的距離，引起溝槽之間距離偏離原值，造成鋼球表面線性燒傷[3]，嚴(yán)重時(shí)由于溝槽之間距離過(guò)近，出現(xiàn)蹦溝(圖1)，在這種情況下，需要把損壞的溝槽車(chē)掉，重新車(chē)出新的等距溝槽，降低了磨板的使用壽命。(3)手工修磨噪聲大，砂輪粉塵飛揚(yáng)，存在安全隱患。

圖1 車(chē)掉部分蹦溝的磨板

2 鑲嵌式開(kāi)口磨板

為降低傳統(tǒng)手工砂輪修形由于開(kāi)口磨板喇叭口形狀偏差、喇叭口之間距離偏差對(duì)鋼球質(zhì)量產(chǎn)生的影響，國(guó)外鋼球制造商開(kāi)始采用銑削方式修形開(kāi)口磨板喇叭口，以保證喇叭口形狀的一致性。并且為了便于銑削，對(duì)開(kāi)口磨板進(jìn)球口部位進(jìn)行改進(jìn)，將通常的進(jìn)球口部位后縮50～60 mm，后縮的開(kāi)口磨板按常規(guī)方式加工、淬火處理，后縮部分用一般合金鑄鐵塊填補(bǔ)，不進(jìn)行淬火處理，即將開(kāi)口磨板做成使用2種材質(zhì)和硬度的鑲嵌式磨板，進(jìn)球口部位硬度適中便于銑削。銑削開(kāi)口磨板喇叭口如圖2所示，進(jìn)球口部位采用了未淬火熱處理的合金鑄鐵。

圖2 銑削開(kāi)口磨板喇叭口示意圖

進(jìn)球口部位材料的改變，降低了進(jìn)球口部位硬度，既便于數(shù)字機(jī)械化加工喇叭形進(jìn)球口，還可以顯著減少鋼球的燒傷和劃傷。這是因?yàn)樵诩庸r(shí)，鋼球在旋轉(zhuǎn)磨板帶動(dòng)下進(jìn)入固定磨板喇叭口處，在鋼球未滾動(dòng)情況下可能與固定磨板喇叭口溝壁產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦，當(dāng)固定磨板入口處硬度和鋼球硬度相當(dāng)時(shí)，因滑動(dòng)摩擦而在鋼球表面造成燒傷和劃傷，有些較深的劃傷在精研工序也無(wú)法去除。特別是當(dāng)多粒鋼球相互擁擠進(jìn)入固定磨板喇叭口時(shí)，鋼球與喇叭口溝壁的滑動(dòng)摩擦更易發(fā)生，但鑲嵌式開(kāi)口磨板制造工藝相對(duì)繁瑣。

3 磨板進(jìn)球口數(shù)控銑削加工

開(kāi)口磨板喇叭口為三維多圓弧面、曲面圓滑過(guò)渡而成，可在小型龍門(mén)立式加工中心或較大C型立式加工中心上完成。由于加工面為三維多圓弧曲面圓滑過(guò)渡，無(wú)法手工編制G代碼加工程序，需用G代碼編程軟件編制加工程序。因此介紹一種專用磨板進(jìn)球口數(shù)控銑床XK9890，其內(nèi)置專用開(kāi)口磨板喇叭口銑削程序，適合各種規(guī)格喇叭口的銑削，操作簡(jiǎn)單。

3.1 磨板進(jìn)球口數(shù)控銑床

磨板進(jìn)球口數(shù)控銑床XK9890主要由立銑頭、x軸、z軸、c軸等部分組成，機(jī)床主體結(jié)構(gòu)如圖3所示，x軸、z軸、c軸3軸聯(lián)動(dòng)，采用球頭銑刀銑削出所需要的喇叭狀進(jìn)球口。

1—床身；2—c軸工作臺(tái)；3—x軸拖板；4—立柱；5—立銑頭；6—z軸拖板；7—機(jī)床操作箱

x軸、z軸拖板進(jìn)給系統(tǒng)采用高載荷、低摩擦因數(shù)的滾柱直線導(dǎo)軌，驅(qū)動(dòng)部分采用滾珠絲杠，并在其兩端施加一定的預(yù)拉伸量，克服溫升和撓曲給傳動(dòng)帶來(lái)的不利影響。c軸為旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)軸，由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，主軸旋轉(zhuǎn)采用精密推力軸承和圓錐滾子軸承，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛性高、工作穩(wěn)定。

立銑頭部分由主電動(dòng)機(jī)通過(guò)一級(jí)同步帶驅(qū)動(dòng)銑削主軸；采用BT40刀柄系統(tǒng)，方便更換不同銑刀。

3.2 主要技術(shù)指標(biāo)

XK9890銑床主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 XK9890銑床主要參數(shù)

3.3 適用范圍

XK9890銑床為專用開(kāi)口磨板喇叭口修形銑床，兼顧磨削或銑削端面。當(dāng)磨板同心半圓形溝槽過(guò)深時(shí)，使用碗形砂輪磨削或立銑刀銑端面，減小溝槽深度，代替立車(chē)車(chē)削端面，減少加工工序。

可將鋼球加工使用的光、磨、研設(shè)備各規(guī)格開(kāi)口磨板基本數(shù)據(jù)提前輸入銑床數(shù)控系統(tǒng)，使用時(shí)根據(jù)加工鋼球型號(hào)調(diào)用相應(yīng)數(shù)據(jù)即可。磨板進(jìn)球口銑床XK9890有2種加工方式：(1)使用智能化專用數(shù)控系統(tǒng)軟件，用戶只需輸入同心半圓形溝槽數(shù)量、第1條半圓形溝槽的半徑、喇叭口起端直徑等個(gè)性數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)生成加工程序，控制銑床加工出所要的喇叭形進(jìn)球口，該方式適合新磨板的加工；(2)即時(shí)對(duì)刀、即時(shí)銑削加工方式，因研磨使用后的磨板溝槽會(huì)產(chǎn)生一定偏移，并且數(shù)值不定，通過(guò)手搖輪將球頭銑刀中心線與半圓形溝槽起點(diǎn)中心線對(duì)中，即可加工出對(duì)應(yīng)的溝槽進(jìn)球喇叭口，該方式適用于使用后的磨板喇叭口修形。

當(dāng)仍使用傳統(tǒng)整體淬火熱處理開(kāi)口磨板時(shí)，此時(shí)進(jìn)球部位硬度較高，可選用CBN球狀刀具銑削喇叭形進(jìn)球口。

3.4 效果分析

磨板喇叭口進(jìn)球口手工修形和數(shù)控銑床修形試件照片如圖4所示。數(shù)控銑床修形加工一塊研磨φ10 mm左右鋼球的開(kāi)口磨板進(jìn)球口需15～20 min，加工鋼球直徑越大，銑床修形進(jìn)球口的優(yōu)勢(shì)越明顯，其效率和修形形狀也明顯優(yōu)于人工修形。

圖4 磨板喇叭口進(jìn)球口修形照片

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著光球板、磨球板、研球板的使用,磨板溝槽變深，需要經(jīng)常修磨進(jìn)球口，磨板進(jìn)球口的數(shù)控銑床修形已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢(shì)。采用鑲嵌式開(kāi)口磨板，并使用數(shù)控銑床修形進(jìn)球口，可以減少鋼球表面的燒傷和劃傷，提高鋼球成品率。