滾子軸承內圈滾道凸度磨削砂輪的修整

李海林

（濮陽貝英數控機械設備有限公司，河南　濮陽　457000）

滾子軸承內圈滾道凸度磨削砂輪的修整

李海林

（濮陽貝英數控機械設備有限公司，河南濮陽457000）

分析軸承失效的原因與軸承滾道凸度的作用，分別介紹數控軸承磨床砂輪三位修整器的調試方法，砂輪凹度修整的工作原理，軸承套圈外圓表面磨削砂輪的修整，砂輪厚度的修整。

數控磨床；三位修整器；砂輪凹度；砂輪厚度；砂輪直線

Keyworks:CNC grinding machine；three dresser；wheel concavity；thickness of grinding wheel；grinding wheel straight trim

目前，在磨削軸承內圈滾道時，圓柱、圓錐滾子軸承的滾道形狀直接影響軸承使用精度、性能和工作壽命。此類軸承在承載狀態下，因為滾子發生彈性變形和塑性變形，在滾子和內外滾道母線的兩端會產生較大的變形量而造成應力集中現象，體現為在滾道兩端各邊緣處沿圓周方向對稱位置出現環帶剝落［1］，造成軸承壽命和旋轉精度的下降，從而引發軸承的失效。為了減小滾道邊緣處的接觸應力，內圈滾道近似對數曲線的凸度設計可以有效地改善滾道的應力分散，通過試驗得知，滾道具有凸度的軸承比平直滾道的軸承平均壽命提高了5倍之多。一般滾道凸出值為0.003～0.008mm［1］。軸承滾道的凸度量，取決于軸承載荷及滾道的長度。當凸度量過大時，滾子與滾道接觸長度小；而凸度量過小時，又會在滾子兩端出現應力峰值，形成應力集中現象。

為使滾道獲得具有凸度的滾道表面，砂輪圓弧磨削表面的修整就是一個關鍵的環節，必須把砂輪圓弧表面修整成具有凹度的近似對數曲線形狀的工作面，才能實現軸承內圈滾道的凸度，軸承內圈滾道凸度的加工通常采用成形切入式磨削［2，3］。在設計內圈滾道磨床時，支撐定位內圈的工件箱、上下料機構及機械手機構在同一回轉板上，位于機床的左部，砂輪機構在機床中間部位，砂輪軸線與工件軸線平行，凸度修整器在機床的右部，修整金剛筆上拖板運動方向與砂輪軸線平行。磨削加工時，先要按照內圈圖紙中滾道角度的要求，旋轉工具箱下面的回轉板，旋轉角度要與圖紙一致，試磨一件內圈，取下放到機外的檢測儀上，與事先校正好的檢測數據進行對比，微調回轉板的角度直到符合圖紙要求，然后根據內圈滾道的凸度要求，修整器拖板的伺服電機與修整器下面的修正補償伺服電機聯動，修整出具有近似對數曲線形狀的凸度，取下樣件放到機外的輪廓儀上進行檢測，根據檢測結果修改程序再試磨直到符合凸度值的各項技術要求［4-6］。

1　砂輪厚度的修整

因軸承內圈滾道寬度有許多的尺寸規格，而砂輪的厚度是一個固定的尺寸，當砂輪厚度不能滿足磨削需要時，就要更換與內圈滾道寬度尺寸相對應厚度的砂輪來完成磨削。更換砂輪時需要專業人員拆卸砂輪，并且在砂輪安裝前要做細致的砂輪靜平衡的調試，砂輪的靜平衡調試要求很高，需要人員反復尋找平衡點，如果砂輪靜平衡沒有調試到最佳狀態，砂輪在高速旋轉時就會引起顫動，磨削時就達不到軸承內圈滾道的各項技術指標。同時，因砂輪的直徑是600mm，自身很重，砂輪更換要耗費很長的時間，從而影響到生產效率。特別是軸承內圈數控磨床，每道工序加工速度快、時間短。砂輪更換其間，內圈滾道后面的各工序所有機床都要停機。因此，砂輪更換嚴重制約了內圈磨削效率，給企業的生產帶來了很大的影響。其次，砂輪前后兩個工作端面如有凹凸不平的小顆粒，也會給磨削帶來影響，因此也要進行一定的修整，確保砂輪前、后工作端面與圓弧直母線的垂直。

2　砂輪凹度的修整

在實際磨削工作中，要想獲得理想的內圈滾道凸度值和凸度的形狀，并非是一件易事，既要滿足凸度量，又要使滾道凸度形狀符合近似對數曲線。在實際修磨時，凸度量大，凸度的形狀通常符合對數曲線形狀，凸度量小，凸度的形狀與對數曲線形狀對比差別較大，同時滾道兩邊油溝直徑較大時對磨削凸度的形狀也有一定的影響。目前較為理想的滾道凸度形狀是：在連接滾道兩端點的軸線方向上，曲線開始時以60°左右方向急速上升，寬度約占滾道有效寬度的15%左右；然后沿滾道的凸起方向平緩接近水平，平緩段高度約占總凸度量的1/4左右，然后平緩下降后又以60°左右方向急速下降，形成一個近似對數曲線，如圖1所示。

圖1　凸度滾道輪廓形狀

為了更好地解決在磨削過程中砂輪凹度的修整和砂輪更換的問題，設計了砂輪三位凹度修整裝置，修整裝置由3個修整器組成。一是前端面修整器，修整砂輪前端面工作部位來減小砂輪厚度，并保證砂輪前端面與圓弧直母線的垂直。二是后端面修整器，修整砂輪后端面工作部位來減小砂輪厚度，并保證砂輪后端面與圓弧直母線的垂直。三是砂輪對數曲線曲面修整器，修整器縱向伺服電機帶動金剛筆沿著砂輪軸線方向移動，與修整進給裝置下面的修整補償裝置的伺服電機聯動，可修磨出符合對數曲線的凸度形狀。

砂輪三位凹度修整機構主要由金剛筆1、修整座1、金剛筆2、修整座2、金剛筆3、金剛筆座、修整進給上下拖板、角度旋轉裝置和伺服電機進給裝置組成［7］。3個金剛筆修整位置調試完成后，修整進給裝置與修整補償裝置聯動，修整砂輪前后端面，砂輪圓弧面凹度，砂輪直母線圓弧面，如圖2～4所示。

圖2　數控軸承磨床砂輪三位凹度修整機構簡圖A主視圖

圖3　數控軸承磨床砂輪三位凹度修整機構簡圖B俯視圖

圖4　K向視圖

3　工作原理

如圖2、3所示，第一修整器修整砂輪前端面，金剛筆3位于砂輪厚度中間位置時，松開修整座1上的固定螺釘，旋轉調整絲桿1，調整金剛筆1與砂輪前端面的距離，此距離要大于砂輪厚度的1/2，然后擰緊固定螺釘。第二修整器修整砂輪后端面，松開修整座2上的固定螺釘，旋轉調整絲桿2，調整金剛筆2與砂輪后端面的距離，此距離要大于砂輪厚度的1/2，然后擰緊固定螺釘。第三修整器修整砂輪凹度對數曲線圓弧面，調整金剛筆3與砂輪圓弧面的距離，如圖2所示，松開直角支架與底板固定連接的螺釘，旋轉調整絲桿帶動直角支架向左移動，調整金剛筆3接近砂輪圓弧面，擰緊直角支架固定螺釘。調整金剛筆水平方向移動的直線度，如圖5所示，松開直角支架與修整下拖板固定連接的4個螺釘和固定轉軸的鎖緊螺釘，旋轉支架座上的調節螺桿，帶動伺服電機座與修整下拖板裝配在一起的第三修整器以轉軸為圓心做旋轉，放置好百分表，啟動修整器的伺服電機旋轉，檢測修整器上拖板沿縱向移動的直線度，保證金剛筆的移動軌跡與砂輪軸線平行，然后擰緊直角支架上的4個螺釘和回轉螺母的鎖緊螺釘，調整好限位螺釘1、接近開關1、限位螺釘2和接近開關2的位置，角度調整結束。

圖5　F向視圖

3.1砂輪前端面的修整

如圖3所示，啟動修整程序，修整補償上拖板向右移動，修整上拖板向前移動，金剛筆1按修整進給量接近砂輪前端圓弧面。修整補償上拖板向左移動，金剛筆1接觸到砂輪前端面開始修整砂輪，到達修整位置后，修整補償上拖板停止，修整上拖板向后移動，金剛筆1離開砂輪前端面，修整補償上拖板回到原始位置，完成一次前端面的修整。

3.2砂輪后端面的修整

如圖3所示，啟動修整程序，修整補償上拖板向右移動，修整上拖板向后移動，金剛筆2按修整進給量接近砂輪后端圓弧面。修整補償上拖板向左移動，金剛筆2接觸到砂輪后端面開始修整砂輪，到達修整位置后，修整補償上拖板停止，修整上拖板向前移動，金剛筆2離開砂輪后端面，修整補償上拖板回到原始位置，完成一次后端面的修整。

3.3砂輪凹度對數曲線圓弧面的修整

如圖3所示，啟動修整程序，修整器伺服電機旋轉，帶動修整上拖板向前移動，金剛筆3水平移動到砂輪前端面的修整位置，金剛筆3開始修整砂輪時，修整器伺服電機與修正補償伺服電機聯動，按程序修整砂輪圓弧面，修整補償伺服電機連接有1∶100的諧波減速器，經過多次的反復修整，可以與修整器上的金剛筆3修整出完美的對數曲線圓弧面。同時，還可以修整軸承套圈外圓表面需要的砂輪直母線圓弧面。

4　結語

數控軸承磨床砂輪三位凹度修整機構，因其結構簡單、調整方便，既可以在內圈滾道磨床上使用，修整所需的凹度雙曲面，也可以在套圈外圓表面磨床上使用，修整所需的直母線，做到一機多用，在實際使用過程中成效顯著，提高了整體工作效率。

［1］駱桂斌，田琳，張匯軍.圓錐滾子軸承內圈滾道凸度的加工［J］.軸承，2009（2）：14-15.

［2］上海機床廠“七.二一”工人大學.磨床設計制造［M］.上海：上海人民出版社，1972.

［3］機械設計手冊編委會.機械設計手冊（第1卷）［M］.3版.北京：機械工業出版社，2004.

［4］機械設計手冊編委會.機械設計手冊（第2卷）［M］.3版.北京：機械工業出版社，2004.

［5］機械設計手冊編委會.機械設計手冊（第2卷）［M］.3版.北京：機械工業出版社，2004.

［6］葉君.實用緊固件手冊［M］.北京：機械工業出版社，2002.

［7］陳宏鈞.實用機械加工工藝手冊［M］.3版.北京：機械工業出版社，2009.

CNC Bearing Grinding Wheel Dressing Three Concavity

Li Hailin
（Puyang Beain CNC Machinery&Equipment Co.Ltd.，Puyang Henan 457000）

This paper not only analysed the causes of bearing failure and the fuctions of bearing raceway crown，but also introduced the debugging methods of NC bearing grinding wheel dresser，the working principle of concavity of grinding wheel dressing，the finishing of bearing ring surface of the cylindrical grinding wheel，and the finishing of thickness of the grinding wheel.

TG581.2

A

1003-5168（2016）05-0061-03

2016-04-09

李海林（1963-），男，工程師，研究方向：專用數控軸承磨床的研發、設計和制造。