一種超精簡易定心軸的開發

寧晉，馮紀偉，薛文方

(1.洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039；2.河南省高性能軸承技術重點實驗室，河南 洛陽 471039；3.滾動軸承產業技術創新戰略聯盟，河南 洛陽 471039)

軸承內圈滾道超精研主要有以外徑面或內徑面為定位基準這2種超精方式。以內徑面為基準超精的主要工裝為定心軸，定心軸的加工質量直接決定超精質量，定心軸裝夾超精方式的設計基準與檢測基準統一，適用于所有磨削工藝方法；而以外徑面為基準超精的主要工裝為無心夾具，主要適用于以外徑面為基準的磨削工藝[1]。若以定心軸裝夾方式超精，需要嚴格保證定心軸等工裝與所加工軸承型號匹配，如果定心軸缺少相應型號且在處理緊急、小批量以及非標型號等需要快速反應的訂單時，定心軸等工裝的制作周期勢必延誤訂單的交付。若以外徑面為基準超精進行替代，采用無心夾具或滾輪裝夾方式超精，一方面必須有配套的相應設備，另一方面由于該超精方式加工基準和設計基準不統一，要實現嚴格的精度要求，需要保證外徑與滾道的同軸度精度指標達到較高要求，必定需要增加工序，進而增加生產成本，延長生產周期。因此，在定心軸裝夾方式下超精，且需要快速反應、嚴格控制成本時，設計一種結構簡單且便于就地取材的定心軸非常必要。

1 定心軸裝夾超精研原理

定心軸結構根據軸承內圈內徑是否有角度，可以分為錐度心軸和圓柱心軸。定心軸的關鍵是保證定心軸作用表面與機床安裝孔之間的同軸度要求，一般設計理論認為同軸度保持在0.012 mm以內是合格的。定心軸裝夾超精研原理如圖1所示[2]。

超精內圈滾道的定位夾緊過程為：工件上料到位→定心軸頸伸入內孔，實現定心→壓輪端面壓上，實現端面定位壓緊→工件主軸帶動工件旋轉→油石壓上，開始超精[3]。為了進一步提高定位精度,在設備條件允許的情形下也可以在定心軸上加設注油孔實現液壓定位。

圖1 定心軸裝夾超精原理圖

2 簡易定心軸的設計

2.1 設計目標分析

1)定心軸需要實現與加工軸承內圈內徑的基本尺寸一致，配合方式為間隙配合，最佳配合間隙控制為0.05～0.08 mm。因為間隙過小，工件偏斜容易造成軸承與定心軸之間難以自動脫離，甚至造成內徑面的劃傷；間隙過大，由于徑向竄動量而容易造成超精精度指標不合格。

2)原定心軸加工精度高，簡易定心軸設計最好是建立在原定心軸的基礎上，一方面減少材料的利用，另一方面簡化設計結構，降低加工難度和成本。

3)定心軸的材料最好與原有定心軸4個陶瓷塊一樣具有一定的自潤滑性能，或者定心軸與加工件內徑面之間能夠形成比較好的潤滑油膜，避免干摩擦狀態。

4)加工不同型號軸承內圈時，端面壓輪及壓桿需隨之相應調整，一般端面壓輪和壓桿為每個型號單獨配置，在沒有相應型號配置時，可采用臨近型號加調整墊片等措施實現端面定位。

2.2 改進后結構

改進后定心軸裝夾超精如圖2所示，此簡易定心軸裝夾工裝由軸套和原定心軸組合而成。

圖2 簡易定心軸裝夾超精原理圖

根據原定心軸結構及所超精軸承內圈內徑的形狀，設計的定心軸套結構如圖3所示。4種定心軸套結構分別適用于不同的場合：內直外直式適用于原定心軸為圓柱形、所加工內圈內徑為直孔的情形；內直外錐式適用于原定心軸為圓柱形、所加工內圈內徑為錐孔的情形；內錐外直式適用于原定心軸為錐形、所加工內圈內徑為直孔的情形；內錐外錐式適用于原定心軸為錐形、所加工內圈內徑為錐孔的情形。

圖3 4種定心軸套結構

2.3 定心軸套參數分析

改進后簡易定心軸裝夾超精的關鍵是定心軸套的設計制造。

1)定心軸套內徑與原定心軸形狀完全一致，兩者為輕微過盈配合，過盈量為0.015～0.035 mm。

2)定心軸套外徑與加工內圈內徑形狀完全一致，兩者之間為輕微間隙配合，配合間隙為0.05～0.08 mm。

3)為保證內圈內徑面的外觀質量要求，將定心軸套進行特殊處理，如磷化處理，實現自潤滑性能；或者在設備允許的條件下，簡易定心軸開設注油孔實現液壓定位。

4)嚴格控制定心軸套的各項加工精度，尤其是外徑和內徑之間的厚度變動量，最好控制在3 μm以內。

5)定心軸套材料硬度選擇與所超精工件接近，由于潤滑和超精加工作用力較小，1～2年內無需考慮定心軸套磨損導致的間隙變化問題。

3 應用效果

設計加工了5個產品型號的簡易定心軸，在超精實踐中取得了理想的超精效果。以超精圓錐滾子軸承31315直孔內圈為例分析，通過設計、加工定心軸套，其結構如圖4所示，安裝使用后，500件內圈超精后各項精度滿足工藝要求的合格率達到100%。

4 結束語

針對軸承內圈定心軸裝夾超精研的工藝特點，開發了一種簡易定心軸系列超精工裝，實現了對定心軸的范圍補充，對相應定心軸缺少且處理緊急、小批量以及非標型號等需要快速反應的訂單時具有一定參考意義。

圖4 錐孔心軸改制為直孔心軸定心軸套結構圖