圆柱滚子轴承新型保持架孔加工工艺分析

王秀华，孙晓丽，唐明旭

（瓦房店轴承集团有限责任公司，辽宁 瓦房店 116300）

1 保持架结构

圆柱滚子轴承新型保持架为一种整体结构保持架，如图1所示。圆柱滚子轴承保持架孔的加工，一般是在保持架轴向方向加工兜孔或在径向方向加工方孔，都是属于二维曲面的加工。而新型保持架是在保持架径向方向加工出圆柱形曲面孔（图1），此曲面孔属于三维曲面。圆柱形曲面孔需要分两次加工完成，即加工出一面半圆柱三维曲面后再加工另一面半圆柱三维曲面。

图1 保持架结构

2 工艺可行性分析

2.1 加工可行性分析

普通镗床和铣床在切削加工过程中只能进行二维曲面的加工，无法实现三维曲面的加工。因此，选用钻铣加工中心对三维曲面进行加工。钻铣加工中心的数控装置能够同时控制两轴或多轴，对加工位置和速度进行严格的不间断控制，具有直线和圆弧插补功能、刀具补偿功能和镜像功能等。因此，选用四轴三联动立式加工中心可以对此三维曲面孔进行加工。

2.2 刀具选择及干涉分析

对于三维曲面孔，选择刀具最佳方案为球形端铣刀。因为采用球形端铣加工三维曲面，只要使球形刀的球心位于所加工表面等距面上，无论刀具路线及刀轴方向如何安排，均能铣削出所需要的曲面形状。用球形端铣刀在四轴三联动加工中心上一次装夹加工三维曲面，虽然刀心约束在加工曲率的等距离上，铣刀轴向方向可以根据曲面形状和约束的形状及位置来确定，但是z轴方向必须单调（即z轴始终垂直于xy平面）才能实现加工。四轴三联动立式加工中心z轴属于单调，因此，可以实现加工。

球形端铣刀加工三维曲面过程为避免出现干涉现象，要求球形刀半径必须小于曲面凹处的最小曲率半径。因此，在工艺设计中，要分析整个待加工曲面的最小内凹曲率半径，并以此作为刀具半径的选择依据。但是当曲面有很小的内凹曲率半径时，也不能因为可能发生干涉而采用很小的刀具进行加工。合理方法是，首先采用大的球形端铣刀进行加工，然后对凹尖角处进行后续处理。选择好刀具半径后，根据图形尺寸就可以确定三维曲面的加工位置。从图1可以看出，在B和B′处加工三维曲面，刀具不会发生干涉现象。

通过对刀具选择和干涉的分析，可确定出两加工平面内刀具的运行轨迹，如图2所示。

图2 刀具运行轨迹

根据上述工艺分析确定出圆柱形三维曲面孔的加工工序为：粗钻孔→铣方孔→铣三维曲面孔→三维曲面孔四角清根。

3 手工编程实现分析［1］

对于三维曲面，自动编程是最合理的选择，在没有自动编程软件情况下，只能靠手工编程来实现三维曲面的加工。但并非所有三维曲面都能依靠手工编程来实现，例如复杂导动曲面、叶片曲面等，其曲线不是单一曲线，编程时每个曲线拐点处都需要给出起点和终点坐标，手工计算难度太大。而保持架三维曲面孔为圆柱形曲面，其曲线是单一圆弧曲线，因此，只要给出圆弧起点坐标和终点坐标就可以实现手工编程。

首先计算刀位点起点坐标和终点坐标值。刀具与加工表面关系如图3所示，球形刀刀位点即为刀心C0，刀具在工件坐标系中准确的位置可以用刀位点和刀轴矢量进行描述。刀心坐标（0，0，0）和其刀轴矢量坐标（0，0，1）固定不变。球形刀铣削加工表面上任意一点P的刀心点矢计算式为：

图3 刀具与加工表面关系

式中：rC0为刀心的点矢；rP为加工表面上切触点P的点矢；R为刀具半径；n为加工表面P点处的单位法向矢量。

从图3和（1）式可以看出，球形刀的球心位于加工表面的等距面上，距离为刀具半径R，将（1）式写成分量形式为：

通过（2）式可以分别求出刀位点起点坐标和终点坐标。

从新型保持架三维曲面孔的加工工艺可以看出，粗钻孔和铣方孔为二维加工，手工编程在图1中A点处很容易实现。三维曲面孔的铣加工和四角清根为三维曲面加工，根据加工工艺尺寸分别求出刀位点起点坐标和终点坐标，即可实现手工编程。

从图2刀具运行轨迹可知，程序的编排有两种情况，一种是在xz平面上（图2a）；另一种是在yz平面上（图2b）。操作者可任选一种加工平面，手工编排一半三维曲面程序，再通过镜像功能实现另一半三维曲面程序的编排。

4 结束语

在四轴三联动立式加工中心上试制加工出的这种新型保持架，其孔各项加工尺寸和精度均达到设计要求，装入轴承试验效果良好。