李海林

（濮陽貝英數(shù)控機(jī)械設(shè)備有限公司，河南　濮陽　457000）

滾子軸承內(nèi)圈滾道凸度磨削砂輪的修整

李海林

（濮陽貝英數(shù)控機(jī)械設(shè)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(shù)控軸承磨床砂輪三位修整器的調(diào)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(shù)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(nèi)圈滾道時(shí)，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(tài)下，因?yàn)闈L子發(fā)生彈性變形和塑性變形，在滾子和內(nèi)外滾道母線的兩端會(huì)產(chǎn)生較大的變形量而造成應(yīng)力集中現(xiàn)象，體現(xiàn)為在滾道兩端各邊緣處沿圓周方向?qū)ΨQ位置出現(xiàn)環(huán)帶剝落［1］，造成軸承壽命和旋轉(zhuǎn)精度的下降，從而引發(fā)軸承的失效。為了減小滾道邊緣處的接觸應(yīng)力，內(nèi)圈滾道近似對(duì)數(shù)曲線的凸度設(shè)計(jì)可以有效地改善滾道的應(yīng)力分散，通過試驗(yàn)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(zhǎng)度。當(dāng)凸度量過大時(shí)，滾子與滾道接觸長(zhǎng)度??；而凸度量過小時(shí)，又會(huì)在滾子兩端出現(xiàn)應(yīng)力峰值，形成應(yīng)力集中現(xiàn)象。

為使?jié)L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(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，必須把砂輪圓弧表面修整成具有凹度的近似對(duì)數(shù)曲線形狀的工作面，才能實(shí)現(xiàn)軸承內(nèi)圈滾道的凸度，軸承內(nèi)圈滾道凸度的加工通常采用成形切入式磨削［2，3］。在設(shè)計(jì)內(nèi)圈滾道磨床時(shí)，支撐定位內(nèi)圈的工件箱、上下料機(jī)構(gòu)及機(jī)械手機(jī)構(gòu)在同一回轉(zhuǎn)板上，位于機(jī)床的左部，砂輪機(jī)構(gòu)在機(jī)床中間部位，砂輪軸線與工件軸線平行，凸度修整器在機(jī)床的右部，修整金剛筆上拖板運(yùn)動(dòng)方向與砂輪軸線平行。磨削加工時(shí)，先要按照內(nèi)圈圖紙中滾道角度的要求，旋轉(zhuǎn)工具箱下面的回轉(zhuǎn)板，旋轉(zhuǎn)角度要與圖紙一致，試磨一件內(nèi)圈，取下放到機(jī)外的檢測(cè)儀上，與事先校正好的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，微調(diào)回轉(zhuǎn)板的角度直到符合圖紙要求，然后根據(jù)內(nèi)圈滾道的凸度要求，修整器拖板的伺服電機(jī)與修整器下面的修正補(bǔ)償伺服電機(jī)聯(lián)動(dòng)，修整出具有近似對(duì)數(shù)曲線形狀的凸度，取下樣件放到機(jī)外的輪廓儀上進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果修改程序再試磨直到符合凸度值的各項(xiàng)技術(shù)要求［4-6］。

1　砂輪厚度的修整

因軸承內(nèi)圈滾道寬度有許多的尺寸規(guī)格，而砂輪的厚度是一個(gè)固定的尺寸，當(dāng)砂輪厚度不能滿足磨削需要時(shí)，就要更換與內(nèi)圈滾道寬度尺寸相對(duì)應(yīng)厚度的砂輪來完成磨削。更換砂輪時(shí)需要專業(yè)人員拆卸砂輪，并且在砂輪安裝前要做細(xì)致的砂輪靜平衡的調(diào)試，砂輪的靜平衡調(diào)試要求很高，需要人員反復(fù)尋找平衡點(diǎn)，如果砂輪靜平衡沒有調(diào)試到最佳狀態(tài)，砂輪在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)引起顫動(dòng)，磨削時(shí)就達(dá)不到軸承內(nèi)圈滾道的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。同時(shí)，因砂輪的直徑是600mm，自身很重，砂輪更換要耗費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間，從而影響到生產(chǎn)效率。特別是軸承內(nèi)圈數(shù)控磨床，每道工序加工速度快、時(shí)間短。砂輪更換其間，內(nèi)圈滾道后面的各工序所有機(jī)床都要停機(jī)。因此，砂輪更換嚴(yán)重制約了內(nèi)圈磨削效率，給企業(yè)的生產(chǎn)帶來了很大的影響。其次，砂輪前后兩個(gè)工作端面如有凹凸不平的小顆粒，也會(huì)給磨削帶來影響，因此也要進(jìn)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(shí)際磨削工作中，要想獲得理想的內(nèi)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?jié)L道凸度形狀符合近似對(duì)數(shù)曲線。在實(shí)際修磨時(shí)，凸度量大，凸度的形狀通常符合對(duì)數(shù)曲線形狀，凸度量小，凸度的形狀與對(duì)數(shù)曲線形狀對(duì)比差別較大，同時(shí)滾道兩邊油溝直徑較大時(shí)對(duì)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(diǎn)的軸線方向上，曲線開始時(shí)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(gè)近似對(duì)數(shù)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(shè)計(jì)了砂輪三位凹度修整裝置，修整裝置由3個(gè)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(duì)數(shù)曲線曲面修整器，修整器縱向伺服電機(jī)帶動(dòng)金剛筆沿著砂輪軸線方向移動(dòng)，與修整進(jìn)給裝置下面的修整補(bǔ)償裝置的伺服電機(jī)聯(lián)動(dòng)，可修磨出符合對(duì)數(shù)曲線的凸度形狀。

砂輪三位凹度修整機(jī)構(gòu)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(jìn)給上下拖板、角度旋轉(zhuǎn)裝置和伺服電機(jī)進(jìn)給裝置組成［7］。3個(gè)金剛筆修整位置調(diào)試完成后，修整進(jìn)給裝置與修整補(bǔ)償裝置聯(lián)動(dòng)，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(shù)控軸承磨床砂輪三位凹度修整機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖A主視圖

圖3　數(shù)控軸承磨床砂輪三位凹度修整機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí)，松開修整座1上的固定螺釘，旋轉(zhuǎn)調(diào)整絲桿1，調(diào)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(zhuǎn)調(diào)整絲桿2，調(diào)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(duì)數(shù)曲線圓弧面，調(diào)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(zhuǎn)調(diào)整絲桿帶動(dòng)直角支架向左移動(dòng)，調(diào)整金剛筆3接近砂輪圓弧面，擰緊直角支架固定螺釘。調(diào)整金剛筆水平方向移動(dòng)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(gè)螺釘和固定轉(zhuǎn)軸的鎖緊螺釘，旋轉(zhuǎn)支架座上的調(diào)節(jié)螺桿，帶動(dòng)伺服電機(jī)座與修整下拖板裝配在一起的第三修整器以轉(zhuǎn)軸為圓心做旋轉(zhuǎn)，放置好百分表，啟動(dòng)修整器的伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，檢測(cè)修整器上拖板沿縱向移動(dòng)的直線度，保證金剛筆的移動(dòng)軌跡與砂輪軸線平行，然后擰緊直角支架上的4個(gè)螺釘和回轉(zhuǎn)螺母的鎖緊螺釘，調(diào)整好限位螺釘1、接近開關(guān)1、限位螺釘2和接近開關(guān)2的位置，角度調(diào)整結(jié)束。

圖5　F向視圖

3.1砂輪前端面的修整

如圖3所示，啟動(dòng)修整程序，修整補(bǔ)償上拖板向右移動(dòng)，修整上拖板向前移動(dòng)，金剛筆1按修整進(jìn)給量接近砂輪前端圓弧面。修整補(bǔ)償上拖板向左移動(dòng)，金剛筆1接觸到砂輪前端面開始修整砂輪，到達(dá)修整位置后，修整補(bǔ)償上拖板停止，修整上拖板向后移動(dòng)，金剛筆1離開砂輪前端面，修整補(bǔ)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(dòng)修整程序，修整補(bǔ)償上拖板向右移動(dòng)，修整上拖板向后移動(dòng)，金剛筆2按修整進(jìn)給量接近砂輪后端圓弧面。修整補(bǔ)償上拖板向左移動(dòng)，金剛筆2接觸到砂輪后端面開始修整砂輪，到達(dá)修整位置后，修整補(bǔ)償上拖板停止，修整上拖板向前移動(dòng)，金剛筆2離開砂輪后端面，修整補(bǔ)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(duì)數(shù)曲線圓弧面的修整

如圖3所示，啟動(dòng)修整程序，修整器伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)修整上拖板向前移動(dòng)，金剛筆3水平移動(dòng)到砂輪前端面的修整位置，金剛筆3開始修整砂輪時(shí)，修整器伺服電機(jī)與修正補(bǔ)償伺服電機(jī)聯(lián)動(dòng)，按程序修整砂輪圓弧面，修整補(bǔ)償伺服電機(jī)連接有1∶100的諧波減速器，經(jīng)過多次的反復(fù)修整，可以與修整器上的金剛筆3修整出完美的對(duì)數(shù)曲線圓弧面。同時(shí)，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(jié)語

數(shù)控軸承磨床砂輪三位凹度修整機(jī)構(gòu)，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便，既可以在內(nèi)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(jī)多用，在實(shí)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(nèi)圈滾道凸度的加工［J］.軸承，2009（2）：14-15.

［2］上海機(jī)床廠“七.二一”工人大學(xué).磨床設(shè)計(jì)制造［M］.上海：上海人民出版社，1972.

［3］機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第1卷）［M］.3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［4］機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第2卷）［M］.3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［5］機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第2卷）［M］.3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［6］葉君.實(shí)用緊固件手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［7］陳宏鈞.實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊(cè)［M］.3版.北京：機(jī)械工業(yè)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(shù)控軸承磨床的研發(fā)、設(shè)計(jì)和制造。