3MK3450立式超精機定位筒改進

紀天虹，石慶娟

(瓦房店軸承集團有限責任公司，遼寧瓦房店 116300)

超精加工是對軸承套圈進行精加工的方法之一。其目的是為了改善滾道粗糙度、集合形狀和表面壓應力，從而提高軸承的實際使用壽命。3MK3450立式外滾道超精機床加工工件外徑φ200～φ500，寬度20～200 mm，圓錐軸承滾道角度0°～30°，工件轉(zhuǎn)速50～450 rpm(可無極調(diào)節(jié))，油石振蕩頻率100～1 500 Hz，振幅0～8 mm，垂直超精工作臺的最大行程515 mm。超精工作原理主要是調(diào)節(jié)水平方向上的兩個偏心支點機構(gòu)，再將工件放在定位筒上，工件大端面和定位筒接觸，側(cè)向機械壓輥通過氣缸的控制緊壓在外圈的徑向端面上。當定位筒和套圈定位完成后采用程序控制振蕩機構(gòu)和大往復機構(gòu)循環(huán)工作。超精油石頭由螺釘夾緊，可沿燕尾槽移動加工產(chǎn)品。油石接觸滾道并在滾道母線做往復運動來完成超精過程。但是這種定位方式常出現(xiàn)定位筒頻繁磨損，對軸承端面產(chǎn)生劃傷，破壞了軸承的外觀質(zhì)量。需要經(jīng)常的磨削端面返修來解決問題。增加了返修工序，嚴重降低了生產(chǎn)效率并增加了成本。

圖1 超精機機構(gòu)示意圖

1 軸承套圈端面劃傷的形態(tài)

1)周向線狀劃痕，連續(xù)或者不連續(xù)圓形線條，劃痕線條較粗，深度較淺。利用細砂紙拋光很容易消除。

2)周向線狀劃痕，連續(xù)圓形線條，劃痕線條較細，深度較深。需要重新返修端面修掉劃痕。

以上兩種劃傷可以通過返修端面消除劃痕，但是增加了很多不必要的返修量，影響了生產(chǎn)節(jié)拍和進度。

2 套圈端面劃傷原因

2.1 垂直定位方向機械手臂壓輪和套圈的間隙

垂直方向上的定位筒、套圈、機械壓輥輪之間容易產(chǎn)生間隙，主要原因有以下幾種情況。第一，定位筒端面平度不好，使得定位筒和套圈之間產(chǎn)生間隙，當油石超精頭通過油石振蕩系統(tǒng)上下往復超精時，水平分力容易使得定位筒和套圈接觸表面產(chǎn)生相對滑動，定位筒尖銳部分會在套圈端面上造成周向劃痕。第二，機械手臂的上升和下降是由氣缸控制的，行程過程中都有行程開關(guān)控制位置，壓緊力可調(diào)。當兩邊壓緊力調(diào)節(jié)差異較大時機械手臂的壓輪磨損不一致會使得兩側(cè)壓輪和套圈的間隙不一樣。垂直方向的固定能力減弱，工件旋轉(zhuǎn)時會因為摩擦力產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)阻力距。使得軸承套圈產(chǎn)生輕微位移，增加了產(chǎn)生套圈劃傷的風險。

2.2 水平方向上支點輪和定位筒產(chǎn)生的間隙

支點裝置是由滾輪球軸承和支撐座組成的。當需要二次裝夾工件時旋轉(zhuǎn)螺釘松開壓塊，移動整體支撐座，移動到合適位置后固定通過調(diào)整緊定螺釘來調(diào)節(jié)偏心距，對支點進行微調(diào)。軸承座通過側(cè)面的調(diào)整螺釘可以將鑲嵌在底座內(nèi)部的滑塊上下移動將支撐座固定。由于整個支點裝置精度不高并且滑輪有磨損，更換工件時需要調(diào)整或者微調(diào)支點，容易產(chǎn)生軸向跳動。另外定位筒長期使用容易出現(xiàn)部分外表面變形且垂直度不好，使得水平方向產(chǎn)生輕微震動，導致被固定物定位筒在圓周方向上產(chǎn)生位移，增加了端面劃傷的隱患。嚴重時會磨損端面甚至劃破端面如圖2。

圖2 定位筒位移

2.3 定位筒和套圈的相對運動

超精機沒有電磁裝置，定位僅靠外水平方向2個支點裝置和垂直方向的機械手臂壓輥來定位套圈和定位筒。沒有磁力使得定位筒和套圈吸附在水平旋轉(zhuǎn)表面上。機械壓輥和支點滾輪都是角接觸球軸承，滾輪使用時間長后，軸承等旋轉(zhuǎn)部件易磨損，間隙增大。這時當設(shè)備工作時，超精油噴射在套圈與定位筒接觸面上的殘余很容易引起定位筒和套圈的相對運動，出現(xiàn)打滑現(xiàn)象造成端面周向的劃傷。通過分析劃痕類型和劃痕的原因，定位筒的材料和結(jié)構(gòu)對端面的劃傷有很大的影響，因此改進定位筒可以大大降低端面劃痕的產(chǎn)生。

圖3 定位筒結(jié)構(gòu)圖前后對比

3 定位筒的改進

3.1 定位筒結(jié)構(gòu)調(diào)整

在端面圓周均布4個引流槽，尺寸寬度為4～6 mm。即使套圈與定位筒接觸面上存有一定量的超精油也可以通過調(diào)節(jié)機械壓輥下壓將超精油引流到引流槽中，減少機械裝置精度不足引起的相對滑動。

3.2 定位筒材料更換

將原來的低碳鋼10#更換為軸承鋼GCr15，熱處理方式為貝氏體淬火，HRC55～58。原來的低碳鋼10#雖然成本低廉，但是在機械精度不高的前提下很容易磨損并在倒角處形成尖角，導致套圈接觸端面產(chǎn)生劃傷。當出現(xiàn)上述問題時需要重新車削定位筒端面和倒角，因而影響定位筒的高度，高度不足就不能使用做報廢處理，整體使用周期不長，而且需要頻繁修正。軸承鋼GCr15貝氏體淬火雖然成本略高但是具有良好的機械性能。突出優(yōu)點是沖擊耐性、斷裂韌性、耐磨性好。這就基本解決了因機械精度不高而產(chǎn)生定位筒的易磨損缺點。提高了定位筒的表面粗糙度，使得垂直方向上機械臂滾輪與套圈接觸的平面度、軸向跳動得以保證。這樣定位筒就難以劃傷軸承套圈的端面。另外軸承鋼GCr15硬度高、內(nèi)部組織均勻性和尺寸穩(wěn)定性好。定位筒的軸向外表面不容易產(chǎn)生變形，垂直度不容易受到外力的因素發(fā)生改變。這樣定位筒的外表面和水分方向的支點輪上的間隙很難產(chǎn)生，極大的降低的定位筒的位移。這樣因定位筒水平方向的位移而對套圈端面產(chǎn)生的相對摩擦也不會發(fā)生。

4 結(jié) 語

通過對定位筒結(jié)構(gòu)和材料的改進和調(diào)整并測試使用了3個月后，端面劃傷問題得到了解決，減少了調(diào)整機床和返修的頻次，也減少了定位筒輔材消耗。提高了該工序的生產(chǎn)效率。具有很強的實用性和經(jīng)濟性。對各種超精機的定位筒改進都起到了參考作用。