平面磨床对单叶双曲面滚轮的修磨加工

2015-07-30张旭崔静伟刘燕娜宋相霖魏秀军

轴承 2015年11期

张旭，崔静伟，刘燕娜，宋相霖，魏秀军

(1.洛阳轴研科技股份有限公司，河南洛阳 471039；2.河南省高性能轴承技术重点实验室，河南洛阳 471039；3.滚动轴承产业技术创新战略联盟，河南洛阳 471039)

双滚轮定位夹紧装置是套圈磨削中广泛采用的一种定位夹紧方式，可用于套圈内径磨削加工及内外沟道超精加工。双滚轮夹紧装置包括上下滚轮、轴向定位板及导板。套圈放在两滚轮之间，由滚轮带动旋转；轴向定位板为套圈紧靠的轴向基面；导板起径向定位支承作用。在套圈匀速旋转过程中，应保证其在轴向和径向具有稳定的可靠定位。根据无心磨削原理，上下滚轮的轴线应与套圈的中心线有一倾斜角，以保证套圈轴向紧靠定位面，径向紧靠导板支承面。由于此倾斜角的存在，滚轮与套圈之间不是线接触，而是点接触，使套圈易出现磨削变形而引起圆度误差等不良影响。为使套圈与滚轮保持线接触，滚轮外表面不应是圆柱形，而应为单叶双曲面形。单叶双曲面滚轮由于形状复杂须采用数控磨床加工，加工设备具有一定的限制性。因此，通过设计工装夹具，利用平面磨床加工单叶双曲面形滚轮，解决了单叶双曲面滚轮只能在数控磨床上加工的局限性。

1 理论分析

单叶双曲面方程为

(1)

当a=b时，平行于xOy的平面与(1)式的交点为圆。

当y=a=b时，得到

(2)

(3)

(4)

则(3)，(4)式分别为平面y=a与双曲面相交的两条直线，如图1所示。

图1 直线切割圆柱面形成双曲面示意图

由图可知，在Oxyz坐标系中，若用(3)，(4)式的直线切割绕z轴旋转的圆柱面，则切割后形成的曲面应为单叶双曲面[1]。此时，(3)，(4)式直线与z轴的夹角为θ，θ=±arctan(a/c)，根据套圈尺寸进行计算[2]。利用单叶双曲面成形原理，若将待磨滚轮的轴线进行旋转，使其与砂轮的轴线为异面直线，且夹角为θ，利用砂轮磨削加工滚轮的圆柱面，则磨削后的滚轮为单叶双曲面。

2 单叶双曲面形滚轮修磨方法

双曲面滚轮的磨削是套圈磨削加工过程中的关键项，正确的双曲面滚轮能够使套圈在磨削过程中精确、可靠的定位，无上下、左右的扭动，可以保证套圈的尺寸精度、形位公差和表面粗糙度[3]。

2.1 滚轮在机床上的安装位置

滚轮为盘类零件，无法直接将其装夹在平面磨床上进行双曲面磨削加工，必须借助辅助夹具。在套圈内圆磨床3MZ201DZ和超精沟道机床SF-SL-21AB中滚轮定位夹紧装置的安装结构相同，如图2所示。上、下滚轮与各自皮带轮同轴安装，由连接于电动机的锯齿形皮带传动。上滚轮安装在上支座，通过紧固螺钉将上支座与俯仰装置连接，可实现上滚轮的抬升与降落，便于套圈的取放。下滚轮安装在下支座，下支座通过紧固螺钉安装在机床支座上，下支座上开设的V形槽与基面分别与机床支座上的圆柱面、配合支承面相配合以实现精确定位安装。

1—上支座；2—上滚轮；3—套圈；4—轴向定位板；5—下滚轮；6—下支座；7，12—紧固螺钉；8—导板支承块；9—机床支座；10—支承导板；11—上滚轮俯仰装置图2 上、下滚轮装置在机床上的安装示意图

2.2 辅助工装结构及修磨方法

根据上、下滚轮装置在机床上的安装结构，设计辅助工装夹具如图3所示。利用上、下滚轮在机床上的原安装装置，将其安装在所设计工装夹具的不同安装面上进行磨削。夹具的上表面和前表面分别为上、下滚轮装置的安装面。上滚轮与锯齿形皮带轮通过双支点支承的方式安装于机床的上支座上，上支座的压板上开设3个安装槽，通过3个螺钉将其定位安装在辅助工装的上滚轮安装面上。下滚轮与锯齿形皮带轮通过轴承支承的方式安装于下支座，下支座上开设的V形槽与基面分别与工装的下滚轮安装面上的圆柱面、配合支承面相配合，实现精确定位，并通过3个紧固螺钉安装在辅助工装上。上、下滚轮的旋转运动均由锯齿形皮带轮通过传动带连接于电动机而驱动。

图3 滚轮修磨用辅助工装示意图

双曲面滚轮的修磨过程为：平面磨床上找正定位基准面，将磁力表架安装于基准面上，利用千分表测量辅助工装夹具基准面与机床基准面之间的差值，调整滚轮轴线与砂轮轴线之间的夹角θ，确定辅助工装夹具在平面磨床上的位置，利用平面磨床的磁力将辅助工装固定，使上滚轮轴线与磨削砂轮轴线夹角为θ，通过外置电动机带动皮带轮工作，使旋转的滚轮与磨削砂轮相对运动，实现上滚轮双曲面的修磨加工。同理，使上滚轮轴线与磨削砂轮轴线夹角为-θ，完成下滚轮双曲面的修磨。

辅助工装应具有较高的加工精度，安装滚轮装置后应保证滚轮轴线与模具基准面的平行度和垂直差。滚轮轴线与磨削砂轮轴线的夹角θ根据套圈的尺寸进行计算，修磨后上、下滚轮的直径应相等，以避免磨削套圈时出现非匀速转动，导致圆度超差等不良现象。利用此辅助工装对滚轮双曲面进行磨削时，只需将滚轮支座直接安装在工装模具上，避免了滚轮在修磨时的拆卸，方便快捷，提高了滚轮的安装精度。

2.3 修磨效果

采用表面形貌轮廓仪XM-2000对平面磨床磨削后的滚轮型面进行测试，如图4所示。由图可知，修磨后的滚轮表面形状与要求的双曲面形状基本一致，近似为单叶双曲面形，表面粗糙度Ra为0.05 mm，形状误差为0.006 mm，跳动误差为0.004 mm。将超精沟道机床SF-SL-21AB的滚轮进行修磨后安装在机床上，磨削微型轴承619/6外圈沟道，套圈轴、径向定位精确，形成良好的磨削区域。磨削后随机抽取5件，检测套圈沟道的各项参数见表1,各测量参数符合加工工艺要求，可知修磨后的滚轮双曲面形状符合产品的加工要求，说明利用平面磨床磨削双曲面滚轮满足了套圈磨削加工的使用要求。