深沟球轴承精研内沟用定心轴的优化

李鑫鹏

（哈尔滨轴承集团有限公司工艺技术处，哈尔滨 150025）

1 前言

沟道超精加工对轴承精加工制造来说是最重要的一步。通过轴承超精不仅能够获得较低的粗糙度，而且超精内沟可以消除磨削时的支点痕迹；同时依靠精研机与相同沟形油石的配合，可以很好地在沟道表面形成油膜，提高轴承的低噪音性能等。定心轴作为超精内沟道的工装辅具，对轴承生产有着极为重要的影响。目前公司使用的是陶瓷与金属黏合方式的定心轴，陶瓷虽然可以很好地对轴承工件提供支撑性，但陶瓷易破碎、难更换、制造周期长、成本高，为了解决上述问题，设计了一种组合形式的定心轴。

2 现状分析

陶瓷与金属黏合方式的定心轴参见图1。轴承内滚道研磨过程中，由于在超精工序不允许轴承有任何残磁存在，因此不能采用胎垫通电吸附的方式。而是采用一侧轴承内圈端面紧靠于电机驱动紧固胎垫1，另一侧定心轴前端部分伸入轴承工件3内径位置支撑轴承，通过定心轴两侧装有深沟球轴承5紧压轴承内圈端面的另一侧，实现限制定位。定心轴基体6前端上通常有两个或三个凹槽，用于粘合剂粘贴陶瓷块2；而定心轴前端部分有两个出油孔7，起到出油润滑作用，减少陶瓷与工件的高速摩擦，避免轴承内径产生划伤。与此同时，在电机的驱动下，胎垫高速旋转，油石4沿着沟道的轴向做往复振荡作用。

图1 黏合陶瓷块定心轴

从分厂使用一段时间的情况来看，黏合陶瓷块定心轴虽然可以基本满足使用的要求，但仍然有一些问题。

（1）超精机在研磨的过程中，为了减少磨削变形和散热，同时也是有着清洁的作用，会使用磨削液进行喷注。由于陶瓷块长时间处于磨削液冲蚀的环境中，同时在研磨的过程中受到外力的作用，导致陶瓷块极易脱落，后期需进行陶瓷块修形，重新粘结，加工修复极为困难。同时，若无修复设备和条件，只能外协修复，造成一些额外的成本。

（2）有时在调试机床的过程中存在操作不当的情况，使得定心轴基体前端部分与胎垫发生碰撞，导致陶瓷块破碎，若检查不及时，则会造成轴承内径划伤，需进行返回修复。

（3）超精不同型号的深沟球轴承，往往需要定制相应尺寸的定心轴基体以及陶瓷块，造成加工工序多、加工时间长、加工费用高等问题。

3 改进后定心轴结构

为了解决工装加工时间长、陶瓷破损后修复困难等问题，现将依靠陶瓷与润滑油的配合的定心轴，更改为一种与轴承工件同时旋转方式的组合定心轴。通过研究分析，这种结构既能保证零件更换方便，保护工件内径，又能节约费用。其结构如图2所示，主要包括定心轴基体3、内径套装（套筒1、孔用弹簧挡圈4、旋转轴承5、压板6、垫圈7）及压紧轴承2三个组成部分。组合定心轴的三维图见图3。

图2 组合定心轴

图3 组合定心轴三维图

组合定心轴的工作原理：首先在定心轴基体的前端留出一个阶梯轴，其次根据被加工工件的尺寸，相应地设计出套筒1、压板6、垫圈7；装配时，先将垫圈7、套筒1、旋转轴承5、压板6依次装配，然后将内径套装送到工件的内径，压紧轴承2压紧工件端面；当工件旋转时，套筒1、孔用弹簧挡圈4、旋转轴承5外圈随同工件旋转，垫圈7、旋转轴承5内圈、压板6保持固定以限制旋转轴承的定位。综上所述，可实现精研内沟道的支撑作用。

4 改进后优势

（1）减少摩擦。采用组合旋转方式从根本上解决了工件内径划伤的问题，与工件的滑动运动更改为内径套装与工件之间的滚动运动，滑动摩擦变为旋转轴承的相对静止的同步滚动。在内径套装中套筒进入工件的始端位置，可进行斜坡处理，使套筒更容易进入工件，从而保护工件的倒角及端面。

（2）使用范围广。改进后的组合定心轴可以根据工件的加工尺寸，适当地选择零件，在适当的工件尺寸范围内，定心轴基体可以选择使用原有基体，只更换内径套装组件中部分零件即可。如超精轴承6311内圈的组合定心轴要用于超精6314内圈时，只需对套筒1、垫圈7重新设计及加工，减少了调整时间，提高了加工效率。

（3）维修方便。采用金属体替代陶瓷块，降低了后期维修难度及制造成本。金属表面轻微受损时，可以进行磨削或者研磨套筒表面，使其表面达到原有粗糙度。当套筒表面受损严重时，可对套筒进行重新制作。

（4）制造周期短。改进后的定心轴的所有零部件均为金属材质，加工周期较原定心轴缩短30%，提高了轴承制造车间的生产组织效率。

（5）生产成本低。改进后的定心轴，因优化了材料及结构所以加工工艺较为简单。取消掉了陶瓷粘合后整体磨削的工艺，降低了加工难度，整体制造成本下降40%。

5 结束语

通过对定心轴的重新设计，解决了以前定心轴在生产工件过程中存在的诸多问题，提高了加工效率，降低了维修成本。目前该组合定心轴已制造完成，在分厂投入使用，不仅缩短了调整时间，也提高了产线整体的工作效率。