钢球开口磨板进球口的铣削修形

2015-07-26皇甫兵王世保曹保亮齐静敏侍洪队

轴承 2015年4期

皇甫兵，王世保，曹保亮，齐静敏，侍洪队

(1.新乡日升数控轴承装备股份有限公司，河南新乡 453700；2.新乡市新机创新机械有限公司，河南新乡 453700；3.阜阳轴承有限公司，安徽阜阳 236023)

轴承钢球生产普遍使用光球机、磨球机和研球机完成光球、磨球和精研3道重要工序。通常采用水剂大循环研磨钢球工艺[1]，光、磨、研机床装有2块同心半圆形沟槽磨板，一块为固定开口磨板，另一块为旋转磨板，所加工的钢球从开口磨板进球口侧进入2块磨板之间的沟槽，在一定压力下，钢球沿着沟槽滚动研磨1周，从开口磨板另一侧出来进入料盘，随料盘旋转再次从开口磨板进球口侧进入2块磨板之间的沟槽循环研磨。开口磨板一般采用合金铸铁，其中光球、磨球用开口磨板需要淬火热处理，其硬度(55～63 HRC)与热处理后的钢球硬度相当。为使钢球顺利进入2块磨板之间的沟槽并减少钢球表面烧伤、划伤等缺陷的发生，需对开口磨板进球口进行修形，一般修成喇叭口形状。

1 传统磨板进球口修形方法

钢球磨板进球口修形最主要的作用是引导钢球顺利进入2块磨板之间的沟槽，进球口形状、大小、长度都将影响钢球的加工质量，如其长短、深浅以及磨板沟槽深度与钢球直径的比例选择不当，将会造成钢球表面线性烧伤[2-3]。

传统的开口磨板喇叭形进球口修形主要依靠手工操作，人工手持电动砂轮根据目测修磨进球口，该方法存在诸多问题：(1)手工修磨出的喇叭形进球口中心线很难与半圆形沟槽中心线重叠，甚至出现2条中心线相交；喇叭形进球口弧线和半圆形沟槽过渡不圆滑，使钢球在进球口处瞬间停滞、原地打转(堆积)，从而造成钢球烧伤和划伤。(2)随着磨板的使用，喇叭口之间距离偏差会影响沟槽之间的距离，引起沟槽之间距离偏离原值，造成钢球表面线性烧伤[3]，严重时由于沟槽之间距离过近，出现蹦沟(图1)，在这种情况下，需要把损坏的沟槽车掉，重新车出新的等距沟槽，降低了磨板的使用寿命。(3)手工修磨噪声大，砂轮粉尘飞扬，存在安全隐患。

图1 车掉部分蹦沟的磨板

2 镶嵌式开口磨板

为降低传统手工砂轮修形由于开口磨板喇叭口形状偏差、喇叭口之间距离偏差对钢球质量产生的影响，国外钢球制造商开始采用铣削方式修形开口磨板喇叭口，以保证喇叭口形状的一致性。并且为了便于铣削，对开口磨板进球口部位进行改进，将通常的进球口部位后缩50～60 mm，后缩的开口磨板按常规方式加工、淬火处理，后缩部分用一般合金铸铁块填补，不进行淬火处理，即将开口磨板做成使用2种材质和硬度的镶嵌式磨板，进球口部位硬度适中便于铣削。铣削开口磨板喇叭口如图2所示，进球口部位采用了未淬火热处理的合金铸铁。

图2 铣削开口磨板喇叭口示意图

进球口部位材料的改变，降低了进球口部位硬度，既便于数字机械化加工喇叭形进球口，还可以显著减少钢球的烧伤和划伤。这是因为在加工时，钢球在旋转磨板带动下进入固定磨板喇叭口处，在钢球未滚动情况下可能与固定磨板喇叭口沟壁产生滑动摩擦，当固定磨板入口处硬度和钢球硬度相当时，因滑动摩擦而在钢球表面造成烧伤和划伤，有些较深的划伤在精研工序也无法去除。特别是当多粒钢球相互拥挤进入固定磨板喇叭口时，钢球与喇叭口沟壁的滑动摩擦更易发生，但镶嵌式开口磨板制造工艺相对繁琐。

3 磨板进球口数控铣削加工

开口磨板喇叭口为三维多圆弧面、曲面圆滑过渡而成，可在小型龙门立式加工中心或较大C型立式加工中心上完成。由于加工面为三维多圆弧曲面圆滑过渡，无法手工编制G代码加工程序，需用G代码编程软件编制加工程序。因此介绍一种专用磨板进球口数控铣床XK9890，其内置专用开口磨板喇叭口铣削程序，适合各种规格喇叭口的铣削，操作简单。

3.1 磨板进球口数控铣床

磨板进球口数控铣床XK9890主要由立铣头、x轴、z轴、c轴等部分组成，机床主体结构如图3所示，x轴、z轴、c轴3轴联动，采用球头铣刀铣削出所需要的喇叭状进球口。

1—床身；2—c轴工作台；3—x轴拖板；4—立柱；5—立铣头；6—z轴拖板；7—机床操作箱

x轴、z轴拖板进给系统采用高载荷、低摩擦因数的滚柱直线导轨，驱动部分采用滚珠丝杠，并在其两端施加一定的预拉伸量，克服温升和挠曲给传动带来的不利影响。c轴为旋转工作台轴，由伺服电动机驱动，主轴旋转采用精密推力轴承和圆锥滚子轴承，结构简单、刚性高、工作稳定。

立铣头部分由主电动机通过一级同步带驱动铣削主轴；采用BT40刀柄系统，方便更换不同铣刀。

3.2 主要技术指标

XK9890铣床主要技术指标见表1。

表1 XK9890铣床主要参数

3.3 适用范围

XK9890铣床为专用开口磨板喇叭口修形铣床，兼顾磨削或铣削端面。当磨板同心半圆形沟槽过深时，使用碗形砂轮磨削或立铣刀铣端面，减小沟槽深度，代替立车车削端面，减少加工工序。

可将钢球加工使用的光、磨、研设备各规格开口磨板基本数据提前输入铣床数控系统，使用时根据加工钢球型号调用相应数据即可。磨板进球口铣床XK9890有2种加工方式：(1)使用智能化专用数控系统软件，用户只需输入同心半圆形沟槽数量、第1条半圆形沟槽的半径、喇叭口起端直径等个性数据，系统将会自动生成加工程序，控制铣床加工出所要的喇叭形进球口，该方式适合新磨板的加工；(2)即时对刀、即时铣削加工方式，因研磨使用后的磨板沟槽会产生一定偏移，并且数值不定，通过手摇轮将球头铣刀中心线与半圆形沟槽起点中心线对中，即可加工出对应的沟槽进球喇叭口，该方式适用于使用后的磨板喇叭口修形。

当仍使用传统整体淬火热处理开口磨板时，此时进球部位硬度较高，可选用CBN球状刀具铣削喇叭形进球口。