張德穎，趙廣炎，楊俊生，張亞輝，劉良勇

(1.洛陽(yáng)軸承研究所有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039；2.河南省高性能軸承技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽(yáng) 471039；3.滾動(dòng)軸承產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟，河南 洛陽(yáng) 471039)

交叉圓柱滾子軸承作為一種結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)，同時(shí)可以承受徑向載荷、軸向載荷和傾覆力矩聯(lián)合作用的高精密軸承，是很多高精設(shè)備的關(guān)鍵部件[1]。其90°的V形滾道面是軸承工作時(shí)承受載荷的工作面，也是滾子滾動(dòng)的軌道面，滾道加工質(zhì)量直接影響到軸承的工作性能和使用壽命。由于滾道的成形形狀是砂輪形狀的鏡像，為了保證90°的V形滾道的磨削質(zhì)量，需要借助砂輪修整器對(duì)砂輪進(jìn)行精密修整，保證砂輪具有高精度的幾何輪廓形狀，所以砂輪修整質(zhì)量是影響軸承質(zhì)量的重要因素[2-3]。文中以4種不同方法修整的砂輪對(duì)圓柱滾子軸承內(nèi)滾道磨削的工藝過(guò)程進(jìn)行討論，研究不同砂輪修整方法對(duì)套圈滾道磨削質(zhì)量和加工效率的影響。

1 修整方法討論

1.1 手動(dòng)直桿修整

手動(dòng)直桿砂輪修整器是一種常用的90°V形砂輪修整器，主要由導(dǎo)軌組件(圖1)和修整桿件(圖2)組成。使用手動(dòng)直桿砂輪修整器修整砂輪的原理如圖3所示。安裝修整器時(shí)，調(diào)整修整器導(dǎo)軌組件，使金剛筆的修整點(diǎn)在砂輪回轉(zhuǎn)中心所在的水平面上。修整砂輪時(shí)，將修整器桿件緊貼修整器導(dǎo)軌組件的一個(gè)導(dǎo)軌面往復(fù)拉動(dòng)修整器桿件，金剛筆將砂輪的一個(gè)磨削面修整成形后，調(diào)整修整器桿件，使其緊貼修整器導(dǎo)軌組件的另一個(gè)導(dǎo)軌面(與第1個(gè)導(dǎo)軌面呈90°夾角)，修磨砂輪的另一個(gè)磨削面，反復(fù)操作直至砂輪修磨至工藝要求尺寸。

圖1 直桿修整器導(dǎo)軌組件結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of guideway component of straight bar dresser

圖2 直桿修整器修整桿件結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of dressing bar of straight bar dresser

圖3 手動(dòng)直桿修整器修整砂輪示意圖Fig.3 Diagram of grinding wheel dressing by manual operation straight bar dresser

修整特點(diǎn)：修整器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，安裝拆卸方便，修整砂輪效率高；但是修整砂輪時(shí)人為影響因素較大，修整速度不均勻，對(duì)操作人員的技能要求較高，修整后的砂輪磨削套圈滾道的直線性較差，同時(shí)修整出的砂輪角度固定不可調(diào)整，不容易達(dá)到工藝要求。

1.2 液壓直桿修整

液壓直桿修整器結(jié)構(gòu)如圖4所示，其修整砂輪原理如圖5所示。修整砂輪時(shí)，裝有金剛筆的修整器桿件在活塞桿的帶動(dòng)下在雙面直線導(dǎo)軌上平穩(wěn)移動(dòng)，通過(guò)液壓系統(tǒng)控制修整器桿件往復(fù)運(yùn)動(dòng)修整砂輪工作面，達(dá)到工藝要求的輪廓。

圖4 液壓直桿修整器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Structure diagram of hydraulic linear dresser

圖5 液壓直桿修整器修整砂輪示意圖Fig.5 Diagram of grinding wheel dressing by hydraulic straight bar dresser

修整特點(diǎn)：修整器采用液壓驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，修整砂輪直線性好，并且修整角度可調(diào)整；但是修整器無(wú)法雙邊修整，只能單邊修整，前期安裝調(diào)試較慢，加工效率不高。

1.3 數(shù)控插補(bǔ)修磨

數(shù)控插補(bǔ)修磨法修整砂輪原理如圖6所示，修整砂輪時(shí)，呈90°垂直安裝在修整器桿件上的金剛筆1和金剛筆2按照數(shù)控程序設(shè)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，分別修整砂輪工作面，達(dá)到工藝要求輪廓。

圖6 插補(bǔ)修整法修整砂輪示意圖Fig.6 Diagram of grinding wheel dressing by interpolation dressing method

修整特點(diǎn)：數(shù)控插補(bǔ)修整器桿件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般數(shù)控磨床出廠時(shí)就自帶數(shù)控插補(bǔ)程序，所以砂輪修整成本低，修整過(guò)程穩(wěn)定可靠，可以直接一次性將砂輪修整成90°的V形結(jié)構(gòu)，并且角度可按要求做微小調(diào)整。加工效率較高，使用方便。

1.4 金剛石滾輪修磨

金剛石滾輪修整器修整砂輪原理如圖7所示，修整砂輪時(shí)，金剛石滾輪在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下按照設(shè)定的速度相對(duì)砂輪做切入運(yùn)動(dòng)，直接修整砂輪的2個(gè)工作面至工藝要求輪廓。

圖7 金剛石滾輪修整法修整砂輪示意圖Fig.7 Diagram of grinding wheel dressing by diamond roller dressing method

修整特點(diǎn)：金剛石滾輪修整器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝調(diào)整方便，質(zhì)量穩(wěn)定，修整效率高，尤其是砂輪工作面可以一次修整成形，經(jīng)修整的砂輪磨削零件的直線性較好。但是金剛石滾輪需要依據(jù)軸承零件滾道形狀定制加工，金剛石滾輪制造工藝復(fù)雜，自身精度要求較高，制造成本高[4]；金剛滾輪修整的砂輪成形工作面沒(méi)有金剛筆單點(diǎn)修整的鋒利，要求被磨削零件表面的加工余量不能太大，否則被加工表面容易出現(xiàn)磨削振紋、燒傷等磨削質(zhì)量問(wèn)題[5]。因此金剛石滾輪修整法適合單一品種大批量、加工余量不大軸承零件的終磨加工。

2 磨削效果分析

選取交叉圓柱滾子軸承薄壁系列CRB40035/P4和常規(guī)系列CRB40040/P4內(nèi)圈為試驗(yàn)對(duì)象，分別采用上述4種方法修整的砂輪進(jìn)行內(nèi)滾道的磨削加工，以成品質(zhì)量精度、合格率和生產(chǎn)效率為考查目標(biāo)，分析不同方法修整的砂輪對(duì)交叉圓柱滾子軸承內(nèi)滾道磨削質(zhì)量和加工效率的影響。

2種型號(hào)軸承內(nèi)圈精磨件各60件，每種方法加工15件，公差等級(jí)要求為P4。軸承材料為GCr15SiMn，試驗(yàn)溫度為(20±2)℃，磨床型號(hào)為3MKSD2150和M2150，其中手動(dòng)直桿修整和液壓直桿修整在M2150機(jī)床上測(cè)試。檢測(cè)項(xiàng)目及儀器見(jiàn)表1。

表1 檢測(cè)項(xiàng)目及儀器設(shè)備Tab.1 Testing items and instruments

2.1 磨削精度分析

試驗(yàn)得到4種方法修整的砂輪加工的2種型號(hào)軸承內(nèi)滾道精度及合格率分別見(jiàn)表2和表3。

由表2、表3數(shù)據(jù)可知：

表2 CRB40035/P4內(nèi)滾道磨削精度及合格率Tab.2 Precision and qualified rate for grinding of inner raceway of bearing CRB40035/P4

表3 CRB40040/P4內(nèi)滾道磨削精度及合格率Tab.3 Precision and qualified rate for grinding of inner raceway of bearing CRB40040/P4

1)手動(dòng)直桿修整法加工的內(nèi)滾道直線性超差、滾道角度偏差較大。這主要因?yàn)槭謩?dòng)直桿修整法為手動(dòng)操作，修整桿件抽拉速度、力度和進(jìn)刀量人為因素影響較大，修整的砂輪表面磨粒大小不均勻，直線性差，故加工的零件質(zhì)量精度和直線性明顯較差；修整器組件的角度固定無(wú)法調(diào)整，修整過(guò)程中金剛筆磨損、進(jìn)刀量不均等因素影響了滾道角度偏差。

2)液壓直桿修整器修整方法加工的工件精度平均值較高。這是因?yàn)橐簤褐睏U修整器修整過(guò)程中，液壓油傳遞動(dòng)力平穩(wěn)，金剛筆修整砂輪時(shí)，磨削力強(qiáng)勁平穩(wěn)，修整的砂輪磨粒大小一致、表面平整均勻、工作面直線性好，故復(fù)映到工件表面質(zhì)量好，表面粗糙度Ra值小[6]。

3)金剛石滾輪修整方法加工的工件精度平均值最高，內(nèi)滾道直線性和表面粗糙度質(zhì)量超出了設(shè)計(jì)要求。這是由于金剛石滾輪嚴(yán)格按照待加工零件形狀修整成形，自身精度較高，所以加工出的零件質(zhì)量高；同時(shí)，金剛石滾輪安裝在數(shù)控機(jī)床上，砂輪的線速度較高，因此，金剛石滾輪修整法磨削加工的零件表面質(zhì)量更好。

4)4種砂輪修整方法加工的CRB40040/P4內(nèi)滾道精度及合格率要高于CRB40035/P4的精度。這主要是由于常規(guī)軸承內(nèi)圈的壁厚較薄壁軸承內(nèi)圈的壁厚有所增大，滾道磨削加工過(guò)程中零件自身變形量減小，利于零件質(zhì)量精度的保證。

2.2 磨削效率分析

采用不同修整方法加工CRB40035/P4和CRB40040/P4內(nèi)滾道的效率對(duì)比如圖8所示，圖中A，B，C和D分別代表手動(dòng)直桿修整法、液壓直桿修整法、數(shù)控插補(bǔ)修整法和金剛石滾輪修整法。

由圖8可知：無(wú)論加工常規(guī)系列還是薄壁系列產(chǎn)品，在數(shù)控機(jī)床3MKSD2150上試驗(yàn)的數(shù)控插補(bǔ)修整法和金剛滾輪修整法的磨削效率均高于在手動(dòng)機(jī)床M2150上試驗(yàn)的手動(dòng)直桿修整法和液壓直桿修整法的磨削效率，這是因?yàn)閿?shù)控機(jī)床砂輪線速度高，相同磨削量所耗費(fèi)的時(shí)間更短，所以磨削效率高；數(shù)控插補(bǔ)修整法修整砂輪時(shí)，砂輪沿插補(bǔ)路徑的行程較長(zhǎng)，并且砂輪返程屬于無(wú)進(jìn)刀量的光整修整，而同等條件下金剛石滾輪直接短行程直線進(jìn)給，修整效率高，故金剛石滾輪修整法磨削效率高于數(shù)控插補(bǔ)修整法的效率；液壓直桿修整器由于本身結(jié)構(gòu)原因，只能修整砂輪的單個(gè)磨削面，因此砂輪在磨削過(guò)程中只能單滾道磨削，所以整體磨削效率最低。

圖8 精密交叉圓柱滾子軸承內(nèi)滾道磨削效率對(duì)比Fig.8 Efficiency comparison of grinding of inner raceway of precision crossed cylindrical roller bearing

3 結(jié)論

1)手動(dòng)直桿修整法操作簡(jiǎn)單，加工效率高，成本低，磨削精度低，適合滾道留量較大，精度要求不高的粗磨加工。

2)液壓直桿修整法易操作，加工精度高、成本較低，加工效率低，適合小批量產(chǎn)品的精磨加工。

3)數(shù)控插補(bǔ)修整法操作方便，加工效率和精度高，適合大批量產(chǎn)品的精磨加工。

4)金剛石滾輪修整法對(duì)機(jī)床自身精度和修整器安裝精度要求較高，并且金剛石滾輪一般需要依據(jù)軸承型號(hào)定制加工，一次性投入費(fèi)用高，但是加工產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，產(chǎn)品精度散差小，因此適用于單一品種、大批量、高精度要求的終磨加工。