3MZ2010A内圆磨床磨削可分离式内圈外径面

赵飞，赵瑞

(1.洛阳LYC轴承有限公司 球轴承厂，河南 洛阳 471039；2.中国人民解放军第五七一五工厂，河南 洛阳 471023)

1 内圈结构

某型号角接触球轴承内圈结构如图1所示，为可分离式结构，内圈其中一侧的外径尺寸与内沟尺寸相同，尺寸公差要求控制在0～0.015 mm。采用尼龙保持架，装配时将钢球压入保持架内，放入外圈，内圈在轴向方向可实现与钢球之间的自由分离或结合。与沟底相切的单侧外径面在无心内圆磨床3MZ2010A上磨削，由于另一侧外径尺寸的干涉，无法直接磨削，需要对3MZ2010A内圆磨床进行适当调整以实现此磨削过程。

图1 可分离式内圈结构

2 磨床基本参数

3MZ2010A内圆磨床主要用于中小型球轴承套圈内径面和圆锥滚子轴承外滚道的磨削，机床既可单机使用，又可加入自动线，适用于大批量生产。

磨床参数为：磨削工件孔径为40～100 mm；磨削工件最大外径为125 mm；磨削工件最大宽度为50 mm(自动)或63 mm(半自动)；磨架最高振荡频率超过每分钟500次(双振幅1.5 mm)；磨架振荡行程为0～16 mm；工件架最大横向进给量为65 mm；工件最大快跳量为10 mm。

3 设备调整及工艺实现

3.1 工件位置调整

内圆磨床采用电磁无心夹具。磨削工件内径面时，砂轮和工件同向旋转，在喷射入大量冷却液的条件下实现磨削。如果要进行外径面磨削，需要改变工件与砂轮的相对位置。3MZ2010A内圆磨床磨架只可纵向移动和振荡，床头工件位置可以进行横向移动且最大横向移动量为65 mm，大于被磨削工件的半径(22.316 mm)，因此，通过床头工件位置的横向移动可以从位置上保证磨削的实现。

3.2 工件旋转方向调整

工件位置横向移动后与砂轮接触位置发生变化，如图2所示，磨削方式从内圆磨削变为外圆磨削，外圆磨削时工件与砂轮轴的旋转方向相反[1]。为了不影响操作者的视线(便于观察火花)，使冷却液和磨削时产生的颗粒向下飞溅，同时也便于操作者调整机床，需要使砂轮轴的旋转方向为操作者视线顺时针的方向，对应的工件轴按逆时针方向旋转。因此，对于3MZ2010A内圆磨床来说，只需要改变工件轴的转向，将工件轴电动机正负极反接，即可实现逆时针旋转。

图2 工件位置移动前、后示意图

3.3 电磁无心夹具调整

内圆磨床采用电磁无心夹具，其特点是工件中心不与主轴中心重合，其加工精度不受主轴旋转精度的影响，工件中心的位置随着被磨表面尺寸和形状变化而变化，或随被支承面直径尺寸的不同而不同。磨削时，工件轴(磁极)中心O与工件回转中心O′之间存在一定的距离(偏心量)，当磁极绕其轴心O旋转时，磁极就迫使工件绕自身的中心O′旋转，由于偏心量的存在，磁极与工件之间产生相对滑动，磁极端面对工件产生一个摩擦力矩和一个通过O′且垂直于OO′的摩擦合力F，前者迫使工件回转，后者则迫使工件紧贴在前、后支承上，使工件获得稳定的回转运动[1]。

3.3.1 偏心象限的确定

外圆定位磨削外圆，合理的偏心象限在第4象限。若工件中心所处的偏心象限错误，会使合力F的方向发生变化，造成工件定位失稳，影响加工精度。由于本例中砂轮相对工件的位置与正常外圆磨削时砂轮相对工件的位置正好相反，磨削受力点和合力F发生了改变，根据最终调整，偏心象限确立在第3象限，方向与X轴负半轴成45°，如图3所示。

1—工件轴；2—工件；3—后支承；4—前支承；5—砂轮

3.3.2 偏心量e的调整

偏心量是保证磨削顺利进行的关键参数，根据实际调整经验，并参考文献[1]，调整时将磁极端面擦拭干净，打开磁力开关，将工件吸附在磁极端面上，旋转工件轴，使工件与磁极基本同心；然后停止转动，将两支承靠在工件外圆上稍稍紧固，再用铜棒从斜上方向下轻敲工件，使前支承向下移动0.4～0.5 mm，同时后支承相应上移，使偏心方向落在第3象限，偏心量等于预定值后紧固两支承。若需对工件旋转的稳定性进行验证，可以使工件离开支承2～3 mm，然后启动工件轴，若工件很快靠近两支承，则表明偏心已调好，否则需要继续调整，直到工件达到稳定旋转为止。

3.3.3 前、后支承角的调整

偏心方向角θ是指偏心方向与前支承(工件旋转方向的第1个支承)之间的夹角，它决定了工件承受径向力的方向，一般选为15°～30°，考虑到砂轮进给时不受支承干涉，选择偏心方向角为30°[2-3]。

支承角α在外圆磨削时是指后支承(工件旋转反方向第2个支承)与工件水平中心线的夹角，其对加工精度的影响较大。与无心外圆磨削的原理基本相同，后支承相当于无心磨削的支承刀板，若在直径方向对着砂轮，工件上的一个高点迫使工件压向砂轮，工件对应的高点被磨去，如果反复磨削，工件最终形成一个多边形；假如后支承向工件中心下方移动，工件每旋转一周都会磨去高点多余的金属，从而使工件逐渐变圆。

以外圆定位磨削外圆，当e=0.35 mm，β=105°，θ=30°时支承角α对圆度(椭圆、三角、五角)的影响情况如图4所示。

图4 支承角α对圆度的影响(外圆磨削)

综上所述，支承角α取30°可保证外圆磨削时的椭圆、三角和五角都达到最小值。实践证明，前、后两支承之间的夹角β对工件圆度无显著影响，可以按工件直径取值(β与工件直径成正比)，范围为90°～116°，本例中β取为105°。

3.4 工艺实现

磨削内圈的单侧外径尺寸与沟底尺寸相同，公差要求控制在0～0.015 mm，因此，对沟尺寸按2 μm(最大尺寸)一组进行尺寸分组，分组之后磨床采用定程无振荡磨削，并采用D913外径测量仪测量磨削表面，直至内圈单侧外径尺寸与沟底尺寸的公差符合要求。对于磨削的外表面是否正好与内沟沟底法线重合,不会产生台阶，则需通过自制的一些其他辅具观测和判定。

4 结束语

基于内、外圆磨削原理，结合生产实际，通过对内圆磨床局部的调整，对磨床的功能进行了拓展，实现了内圆磨床对内圈外径面的磨削，丰富了内圆磨床的用法，同时也保证了产品加工质量，可以为受设备限制的类似产品提供新思路。