調(diào)心滾子軸承實(shí)體鋼保持架大孔徑兜孔的加工

褚劍陽(yáng)，張馨，王鵬偉，王振波

（洛陽(yáng)LYC軸承有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039）

保持架在軸承中起著隔離滾動(dòng)體的作用，使?jié)L動(dòng)體均勻地承受載荷，避免滾動(dòng)體之間相互摩擦與碰撞［1］。某調(diào)心滾子軸承在使用中需承受較大沖擊力和振動(dòng)，實(shí)體銅保持架在立柱與梁結(jié)合處多次出現(xiàn)斷裂的情況，導(dǎo)致軸承提前失效，為提高軸承的承載能力和抗沖擊性，將原來(lái)的雙片式實(shí)體銅保持架改為實(shí)體碳鋼保持架。軸承設(shè)計(jì)中減少了滾動(dòng)體個(gè)數(shù)與保持架等分?jǐn)?shù)，增大了滾動(dòng)體直徑與保持架兜孔直徑，保持架兜孔設(shè)計(jì)中采用了仿形滾動(dòng)體的結(jié)構(gòu)。

1 保持架特點(diǎn)分析

1.1 結(jié)構(gòu)

某型調(diào)心滾子軸承雙片式鋼制保持架結(jié)構(gòu)如圖1所示，保持架材料為20＃鋼［2］，材料強(qiáng)度較銅材料更高。

圖1 保持架結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of cage

1.2 尺寸及精度

圖2 保持架結(jié)構(gòu)尺寸Fig.2 Structure and size of cage

1.3 加工難點(diǎn)

1）傳統(tǒng)的兜孔加工采用TK9213型臥式鉆床，刀具采用高速鋼仿形鉆頭（圖3），增大保持架兜孔孔徑后，需相應(yīng)增大鉆頭直徑，保持架材料改為鋼后，加工中切削力大，易燒損鉆頭。

圖3 傳統(tǒng)鉆削加工使用的鉆頭Fig.3 Drill used for conventional drilling

2）傳統(tǒng)的鉆削工藝在鉆削時(shí)產(chǎn)生的塑性變形區(qū)大于切削層厚度［3］，加工后會(huì)容易產(chǎn)生大量毛刺。

2 工藝改進(jìn)

1）基于大兜孔鋼制保持架在鉆削加工中存在的難點(diǎn)，改鉆削加工為銑削加工。由于銑削加工面包括兜孔側(cè)壁和底部，因此，銑削選用90°可轉(zhuǎn)位立式銑刀（圖4）。刀片材料選用森泰英格的EB1220，不僅能滿足高轉(zhuǎn)速和大進(jìn)給量的切削性能要求，而且銑削中可利用刀具的側(cè)刃加工，切削力小，刀具可重復(fù)使用，減小了刀具準(zhǔn)備時(shí)間，降低了成本；與傳統(tǒng)的鉆削加工相比塑性變形區(qū)與切削層厚度的差值更小、毛刺少。

圖4 90°可轉(zhuǎn)位立銑刀Fig.4 90°indexable milling cutter

2）改手動(dòng)編程為自動(dòng)編程。利用UG NX編程，操作更簡(jiǎn)便，尤其在復(fù)雜結(jié)構(gòu)的型腔加工中能夠處理手動(dòng)編程難以勝任的二次曲面與特殊曲面，能夠提高兜孔孔形的質(zhì)量保證能力。

利用UG軟件的編程過(guò)程為：

①建立兜孔形狀的片體模型，兜孔頂部中心為Q點(diǎn)（圖1），需與工作坐標(biāo)系WCS原點(diǎn)重合。

②在UG中建立空間加工坐標(biāo)系MCS，加工坐標(biāo)系MCS與工作坐標(biāo)系WCS重合［4］。實(shí)際對(duì)刀中，Q點(diǎn)設(shè)置為加工坐標(biāo)系WCS的原點(diǎn)，選擇銑削區(qū)域?yàn)樗⒍悼啄Ｐ偷膬?nèi)側(cè)（即指定修剪邊界中選擇修剪側(cè)的外部）。

③創(chuàng)建刀具。為保證一定的加工效率，選用φ40 mm的可轉(zhuǎn)位立銑刀，刀片材料選用YG6。

④選擇加工方式：輪廓-型腔銑削。

⑤設(shè)置安全距離：刀頭至產(chǎn)品的加工平面為100 mm。

⑥設(shè)計(jì)刀軌：為去除所有不必要的余量，切削模式選為跟隨周邊；兩刀軌之間的距離（步距）為刀具直徑的50%，立銑刀每刀公共深度恒定，經(jīng)驗(yàn)值為0.2 mm；銑刀的旋轉(zhuǎn)方向和工件進(jìn)給方向相同（順銑），切削順序?yàn)榧庸ね暌粋€(gè)兜孔后再加工另一個(gè)兜孔（深度優(yōu)先），刀路方向選擇由內(nèi)向外。

⑦移動(dòng)參數(shù)的設(shè)置：為提高加工效率，并使兜孔表面不出現(xiàn)接刀紋，選擇無(wú)切削區(qū)域作為進(jìn)／退刀點(diǎn)，進(jìn)刀類型為插刀，進(jìn)／退刀點(diǎn)為點(diǎn) N（X0，Y39.85，Z0）（圖1），兩刀軌重疊距離為0。

⑧設(shè)置合理的切削參數(shù)：主軸轉(zhuǎn)速為2 500～3 000 r／min，進(jìn)給量為1 000～1 500mm／min，使用切削液。

⑨程序的編制與導(dǎo)入：選用五軸加工中心RFMV1300，將機(jī)床的 A軸旋轉(zhuǎn)為 14°30′（兜孔傾斜角度）后導(dǎo)入U(xiǎn)G處理生成的程序（生成三軸加工中心的程序），利用命令M98，20個(gè)等分調(diào)用20次子程序，對(duì)刀后即可加工。

⑩工藝的優(yōu)化：為進(jìn)一步提高兜孔的表面質(zhì)量，將兜孔的加工分成粗銑和精銑，精銑時(shí)沿兜孔輪廓走刀，精銑余量為0.1～0.3 mm，精銑主軸轉(zhuǎn)速為4 000 r／min，進(jìn)給量為1 000 mm／min。因鉆兜孔中保持架大內(nèi)徑需與支承盤定位配合（圖4），加工中應(yīng)嚴(yán)格保證保持架大內(nèi)徑的尺寸精度、大內(nèi)徑與支承盤的定位間隙以及支承盤的平面度。

圖5 兜孔的加工Fig.5 Pocket machining

3 加工效果

工藝改進(jìn)后已對(duì)該型號(hào)保持架加工出3批共12件，保持架兜孔質(zhì)量能夠滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求與保持架技術(shù)條件，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 改進(jìn)工藝后保持架的加工精度與工藝要求對(duì)比Tab.1 Comparison of machining precision of cage after process and technological requirement

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，改進(jìn)后的實(shí)體碳鋼保持架軸承可滿足使用壽命達(dá)到1年以上，且保持架不出現(xiàn)斷齒現(xiàn)象。經(jīng)核算改進(jìn)后的鋼保持架成本降低了21%。數(shù)控加工中心及UG NX自動(dòng)編程銑削加工已成功應(yīng)用于大孔徑調(diào)心滾子軸承實(shí)體保持架、推力圓錐滾子軸承實(shí)體保持架、三排圓柱滾子組合轉(zhuǎn)盤軸承實(shí)體保持架等多個(gè)類型實(shí)體保持架產(chǎn)品。銑削加工采用的刀具可重復(fù)利用，在保證一定的加工效率與產(chǎn)品精度的同時(shí)節(jié)約了原有鉆削加工的刀具成本，為實(shí)體保持架兜孔的加工提供了一種新的工藝方法。