周俊榮，劉明，賀宇，周晨曦，周俊瑞

(1.五邑大學 機電工程學院，廣東 江門 529020；2.無錫瑞鼎機床有限公司，江蘇 無錫 214191)

目前，國內對軸承內、外圈的超精技術已日趨成熟，因此對影響軸承運轉的球面滾子的超精加工提出了更高的要求[1]。球面滾子經過超精研加工后，其圓度誤差、表面粗糙度值明顯下降，表面變質層被除去。裝配而成的軸承噪聲值明顯下降，旋轉精度、產品質量及壽命可靠性均有較大幅度的提高[2-3]。而國內目前所用的球面滾子超精機存在加工范圍小，滿足不了市場上多種球面滾子規(guī)格的需求；上下料繁雜、效率低；滾子易劃傷等問題。因此，研究球面滾子外徑超精研機是我國軸承行業(yè)的迫切需求。

1 機床加工原理

油石裝在油石夾中，油石夾與擺動主軸相連，同時擺動。擺動主軸中心至油石摩擦端的距離即為滾子的球面半徑SR(圖1)，改變油石至中心的位置即調節(jié)SR的大??；擺動角度α由與擺動主軸相連的曲柄連桿機構控制。

球面滾子采用特殊的工裝使之穩(wěn)定轉動，且不產生軸向移動，油石以恒定壓力壓向球面滾子，對滾子外徑面超精，使?jié)L子的表面質量得以改善(圓度和波紋度提高30%以上，表面粗糙度Ra達到0.05 μm)。

2 機床整體與主要部件設計

設計的球面滾子外徑超精機整體布局如圖2所示，為兩工位超精，即1次可以同時超精2個滾子。機床包括床身、上下料機構、工件傳動機構、擺動主軸、油石夾持和補償機構、冷卻過濾裝置和電氣系統(tǒng)等。床身上設置有左、右2個立柱，立柱上安裝箱體，箱體上安裝擺動主軸，擺動主軸的前端安裝油石夾持和補償機構(超精機構)，擺動主軸由曲柄連桿機構驅動。

圖2 機床整體機構布局示意圖

在床身上，立柱和箱體前端安裝工件傳動機構，由可無極調速的電動機驅動，實現工件的穩(wěn)定轉動，而無軸向移動，使機床實現油石對滾子外徑面的切入式磨削。工件傳動機構的前端安裝有上、下料機構。

2.1 擺動機構

擺動機構包括擺動主軸(圖3)和曲柄連桿機構(圖4)。擺動電動機連接減速機，減速機通過皮帶輪與曲柄連桿機構連接，曲柄連桿機構設置有偏心滑塊，通過調整偏心滑塊的徑向位置(即改變長度a)調節(jié)擺動主軸的擺動角度。曲柄連桿機構依次連接連桿和中間連桿，中間連桿與擺動主軸相連接。床身左、右立柱上固定擺動主軸和油石擺動氣缸，每根擺動主軸對應1個油石擺動氣缸，油石擺動氣缸的活塞桿與擺動主軸軸心的拉桿相連接。

1—主軸；2—前端蓋；3，4，9，10—襯圈；5—套筒；6—襯套；7—支承塊；8—彈簧座；11—后端蓋；12—支承套；13—六方套；14—拉桿

圖4 曲柄連桿機構原理示意圖

2.2 超精機構

超精機構包括超精頭和油石磨損補償裝置。超精頭通過擺臂固連于擺動主軸左端部，從而使超精頭和油石盒中的油石隨擺動主軸擺動。超精頭頂部設置有油石磨損補償氣缸，油石磨損補償氣缸一側設置有壓桿，用于壓住油石盒中的油石，使活塞與壓桿連接，通過調節(jié)在旋轉板上不同孔的位置使油石垂直移動，滿足不同規(guī)格滾子的要求；超精頭通過油石的擺動實現粗超、精超，使球面滾子的表面粗糙度、波紋度和圓度達到要求，同時自動補償油石的磨損。

2.3 上、下料機構

采用切入式超精加工方法，超精滾子的規(guī)格范圍更廣。傳統(tǒng)上料方式(手動或半自動上料)效率較低，換工裝較麻煩，設計采用了可調式上料機構，超精不同規(guī)格的滾子時，只需調節(jié)上料道上面和側面的螺桿便可改變料道的大?。幌铝蠙C構由機械手和下料道構成，下料道底端與送料帶連接，能夠穩(wěn)定地實現上、下料，而且速度較快。設計的上、下料機構結構簡單、操作方便，減少了換工裝的時間，效率大大提高。

3 機床主要技術參數

球面滾子外徑超精機加工范圍(圖5)：滾子直徑Dw為12～80 mm；球面半徑SR為70～260 mm；滾子長度Lw為12～90 mm。滾子超精后表面粗糙度Ra達到0.05 μm；圓度提高30%(<1 μm)；波紋度提高15%(<1 μm)。

圖5 滾子示意圖

以23024C為例，滾子參數為：Dw=15.6 mm，Lw=18.8 mm，SR=81.5 mm。超精前、后滾子的實際檢測數據對比見表1。

表1 超精前、后滾子的檢測數據對比 μm

球面滾子外徑超精機設有粗超與精超2種超精方式，且可在同一工位上完成，粗超與精超的時間可在手觸板上設置，方便、快捷。一次加工完成所用時間約14 s，即加工效率約為每件7 s。

4 結束語

近年來，由于軸承行業(yè)的飛速發(fā)展，我國對調心滾子軸承的需求量越來越大，要求的精度越來越高，滾子規(guī)格也越來越多。該機床的成功研制將為多種規(guī)格高質量調心滾子軸承的生產提供關鍵的裝備支持。