调心滚子轴承实体保持架兜孔整体单拉孔加工工艺

张玉玲，王超，郭晓玉，崔静伟,师歌

(1.洛阳LYC轴承有限公司，河南 洛阳 471039；2.航空精密轴承国家重点实验室，河南 洛阳 471039；3.洛阳轴承研究所有限公司，河南 洛阳 471039)

调心滚子轴承径向承载能力高，调心性能良好，能补偿同轴度误差，特别适合重载或冲击载荷下的复杂工况，因而得到广泛应用[1-2]。

调心滚子轴承保持架主要分为2类:一类是采用黄铜、青铜及铝合金等材料的车制实体保持架[3]，结构多为轴向孔结构,该类保持架质量大，自润滑性能较差，塑性能力差，生产效率低;另一类为低碳钢的冲压保持架，多采用冲压窗形结构，虽拉伸强度高于实体保持架，但受限于冲压工艺，大尺寸保持架的加工精度难以保证[3]。

随着国防工业的发展，高速、高强度、高精度轴承的出现对保持架材料及结构的选用有着较高的要求。现保持架多采用40CrNiMoA材料，该材料强度较高，耐磨性好，但机加工性能差[4]。某新型调心滚子轴承实体保持架结构特殊，通过对拉刀和工装夹具的设计，完成一种新型调心滚子轴承实体保持架的创新加工工艺。

1 保持架结构及加工难点分析

某新型调心滚子轴承保持架的示意图如图1所示。保持架外形呈碗状，结构为整体兜孔，兜孔轮廓横截面为鼓形，两侧面为圆弧面。由于材料强度较高，壁厚为6 mm，且产品精度要求较高，达到P4精度，不宜采用冲压方式加工,也无法从轴向方向进行铣削加工，而采用径向铣削加工兜孔时会在兜孔四角形成圆角，无法满足产品设计要求。

图1 新型调心滚子轴承保持架示意图

采用线切割、电火花等电加工时，兜孔表面会形成40～60 μm烧伤变质层，表面易产生微裂纹，造成保持架强度降低，轴承有潜在的早期失效风险。

2 加工方法的确定

针对加工难点，确定采用拉削加工，由于保持架兜孔中心线与保持架端面呈一定倾斜角度，传统拉削方式无法加工，需采用兜孔整体单孔斜拉削加工工艺，拉刀和拉削工装夹具的设计是加工难点。

2.1 拉刀设计

拉刀材料选用W2Mo9Cr4VCo8，其为钨钼系高碳含钴超硬型高速钢，具有较高的热稳定性、高红硬性、易磨削等特点，在加工超高强度钢等难加工材料时表现出良好的切削性能[5]。

拉削是多齿加工，拉刀后一刀齿比前一刀齿高，其齿形与工件的加工表面吻合，进给量靠后一刀齿的齿升量来实现。拉刀设计时，在一定拉削余量下，齿升量大时所需刀齿数目较少，拉刀长度较短，拉刀刚度较高，但齿升量大，拉削力也大，兜孔表面粗糙度相对较差;齿升量小,则所需刀齿数目较多，拉刀长度较长，拉刀刚度差，加工过程中易发生颤刀现象，影响加工表面粗糙度和几何精度。

综合考虑决定拉刀设计为2把，第1把拉刀(图2)齿形由圆形过渡至鼓形，主要作用是进行粗拉加工，切削开始为圆周方向，单齿齿升量为0.02 mm，齿距为3.5～5.0 mm，以保证足够容屑空间，拉刀圆形齿前角设计为10°，以增加切削刃强度，每齿开3个断屑槽，间隔为120°，前后齿相互交错。随着切削齿形状过渡为鼓形,切削量相对较小，齿升量设计为0.04 mm，前角设计较之前大，以提高切削齿的锋利度，完成粗拉加工及后续定位加工。

图2 第1把拉刀

第2把拉刀(图3)设计为精拉齿和校正齿，精拉齿单齿齿升量0.03 mm，前、后齿相互交错，随着切齿逐步过渡到成形孔，齿升量逐步减少。

图3 第2把拉刀

校正齿主要起光整作用，目的是提高拉孔过程中被加工孔的几何精度及表面粗糙度，齿与齿之间无切削量，齿数设计为20个。

2.2 工装夹具设计

传统保持架拉削工装为支承盘压盘结构，支承盘下端与机床导轨连接，上部与工件内径配合，压盘置于工件上，下端与工件内径配合，通过工装夹具上方机床上龙门架延伸出的固定螺栓紧固，传统拉削夹具示意图如图4所示。

1—压盘；2—工件；3—拉刀4—支承盘

由于保持架外形为碗状，兜孔与传统保持架直兜孔不同，有一定倾斜角度，无法采用传统拉削夹具，因此需要重新设计拉削工装夹具。

新设计的工装夹具(图5)由过渡转盘、支承盘、压盘、压杆等构成。

1—机床导轨；2—过渡转盘；3—支承盘；4—工件；5—压盘；6—龙门架；7—压杆；8—空刀槽；9—拉刀；10—定位轴

过渡转盘通过定位轴用螺钉与机床导轨固定连接，其工作面与导轨面成α角(和工件兜孔中心线与端面的夹角一致)，其上的定位轴与机床导轨面具有α角。支承盘通过定位轴定心，并采用螺栓与过渡转盘固定，支承盘的工件支承面与导轨面的夹角同样是α；支承盘内的贯穿槽与工件支承面成α角，其空刀槽宽度比兜孔尺寸略大，作用是拉刀在拉削过程中从中穿过，而不与支承盘干涉。空刀槽通过夹具定位后与机床导轨保持水平，从而保证拉刀在水平方向上运动。在拉刀入口处有一与保持架内径形状相似的鼓形台阶，是为了防止拉削过程中工件的变形。

当拉刀前引导部分穿过待加工工件的兜孔后，拉刀由右向左运动，使拉刀可以进行1个孔的拉削。利用兜孔与端面的夹角使拉刀拉削孔后从工件另一端面下方引出，使得拉刀逐齿切削工件，完成工件的拉削过程。

4 结束语

通过设计新型拉刀及工装夹具，采用保持架兜孔单孔斜拉削的加工，在调心滚子轴承保持架兜孔加工方面实现了创新。实际加工产品兜孔精度达到产品要求，并顺利交付用户。