数控关节轴承外球面范成磨床

2012-07-21王素保常美莉

轴承 2012年11期

王素保，常美莉

(新乡日升数控轴承装备股份有限公司，河南新乡 453700)

目前关节轴承和角接触关节轴承的内圈外球面磨削通常是在数控轴承内圈磨床上采用切入磨削的方法进行加工，切入磨削的球形误差较大且表面粗糙；由于外球面无法超精，只能抛光或配研，因此加工效率低。为此研制了一种采用范成法磨削外球面的专用磨床，其主要适用于球面轴承的外球面滚道磨削，可以降低工件表面粗糙度值，减小球形误差。

1 范成磨削加工原理

由几何原理可知，任意一平面与一个球体相切，其相交的轨迹必是小于或等于球体直径的圆。关节轴承外球面范成磨削原理如图1所示，砂轮端面上一个旋转圆周总可以从各个方面吻合于一个半径等于或大于这个圆周半径的任意球面，同理，将一个圆以一定的方式运动，而得到的是某一球面。范成磨床磨削滚道的表面形状是以杯形砂轮端面与滚道表面接触磨削而形成的。由图1可知，范成磨床磨削应具备的条件是：砂轮轴中心线与工件轴中心线必须在同一水平面上相互垂直且相交于工件中心；工件的中心平面垂直于工件轴中心线。磨削时，工件作旋转运动，砂轮除高速旋转外，沿砂轮旋转轴中心线作横向进给运动，砂轮端面与磨削部分吻合于被加工表面，成为一个球面环，滚道磨削后的球面呈交叉弧线，表面质量高。

图1 范成磨削原理

2 性能参数

磨床可加工工件为：内径20～100 mm，外径30～150 mm，宽度16 ～ 70 mm；工件轴转速为0～750 r/min，无级可调；生产节拍为20～40 s/件；磨削后工件外球面粗糙度Ra≤0.2 μm。

3 机床结构

磨床采用横向磨削布局，如图2所示。其主要由床身、工件轴及定心装置、砂轮轴、修整器、进给机构、电气系统、液压系统、冷却系统和整体防护罩等组成，机、电、气、液高度统一。

1—床身；2—工件拖板；3—工件箱；4—修整器；5—回转油缸；6，8—伺服电动机；7—磨头拖板；9—磨头座；10—杯形砂轮；11—弹性胀套；12—定位芯轴；13—工件

3.1 工件轴及定心装置

工件轴为套筒式结构，前后各有2套角接触球轴承支承，弹簧预紧。套筒式工件轴安装、维修方便。工件采用定位芯轴和弹性胀套相结合的定位方式。胀套的胀紧和松开依靠安装在工件轴上的回转油缸控制，通过二位四通转阀控制油缸伸缩。当油缸伸出时，芯轴将胀套松开，可取出工件；当油缸缩回时，将工件夹紧，工件轴带动工件旋转进行磨削。工件箱可在工件拖板上作0～30°旋转，用于磨削不同的角接触关节轴承套圈外球面。

3.2 砂轮轴

砂轮主轴在磨削过程中对工件的加工质量和生产效率产生直接影响，应具有较长的寿命、较高的精度和足够的刚度。该机床砂轮轴采用高精度、大功率、高刚度GDZ系列电主轴，可实现60 m/s高速磨削。

3.3 砂轮选择及修整器

范成磨削外球面时采用的是杯形砂轮，砂轮直径B大于工件宽度A，砂轮结合剂采用树脂，磨削时不需修整，砂粒即会自然脱落。但为了使杯形砂轮始终用同一大小的环形面与工件球面接触，同时减小砂轮与工件的接触面积，减小砂轮的磨削力，当砂轮磨损时，可用修整器修整。修整器采用金刚笔单点插补修整法，从C点到E点为直线修整，从E点到D点为插补修整，修整后采用砂轮E点处的圆环面磨削工件，加工后工件表面为均匀的网状花纹。砂轮修整金刚笔的空间定位点、形状可通过两个伺服电动机控制，伺服电动机具有空间定位记忆功能，可以实现定程进给磨削，精确控制工件尺寸。

3.4 进给机构

机床的精度和精度保持性取决于导轨和进给系统，该磨床采用十字交叉滚子导轨, 为定位精度及持久性奠定坚实基础。进给机构采用伺服电动机驱动，通过精密滚珠丝杠、螺母带动工件拖板前后运动，用于控制工件的前后位置和修整器金钢笔的修整位置；另一伺服电动机带动磨头拖板前后运动，磨头拖板再带动杯形砂轮前后运动，实现工件和砂轮的进给。采用双伺服电机驱动的拖板，进给精度和重复定位精度都非常高。

3.5 电气系统

机床采用全自动化控制的电气系统，具有完整的屏幕显示及预置调整开关等控制装置，可实现定程磨削，对磨削过程进行自动控制，操作简便，将人为操作的不稳定因素减少到最低程度。

4 使用效果对比

4.1 表面粗糙度

范成磨削时，杯形砂轮磨削外球面，砂轮的整个圆环均参与磨削，能够弥补砂轮某一处砂粒缺陷导致加工表面粗糙度差的问题，而且采用的树脂结合剂砂轮，磨粒脱粒快，加工后表面粗糙度Ra≤0.2 μm。传统的切入磨削方法, 由于修整器修整时砂轮表面的不平度直接反映到加工工件上，因此，工件表面粗糙度Ra≥0.4 μm。