圓錐滾子貫穿磨削方法研究

瓦房店軸承集團(tuán)公司 (遼寧 116300)李 智

在磨削圓錐滾子外徑表面時(shí)，采用精度好的夾具定位，因其定位精度較高，裝夾方式合理，故在滾子外徑生產(chǎn)加工中起到了重要的作用。如果所用工裝精度不好，導(dǎo)致工人頻繁修整砂輪，既造成了環(huán)境污染，又造成了砂輪極大的損耗浪費(fèi)，影響了工人的身體健康，嚴(yán)重影響滾子產(chǎn)品質(zhì)量，也影響了滾子的生產(chǎn)周期，這是一個(gè)需要注意的問(wèn)題。

1.圓錐滾子貫穿磨削加工調(diào)整

從某種推力圓錐滾子初次試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，由于滾子直徑變動(dòng)量VDWP、圓度誤差ΔC 大多數(shù)沒(méi)有達(dá)到工藝要求，經(jīng)過(guò)對(duì)機(jī)床仔細(xì)查看滾子托板、螺旋導(dǎo)輪狀況，發(fā)現(xiàn)托板傾角30°表面不平，托板出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象。托板是用M7475 平面磨削，托板表面紋路是橫向磨削紋路，表面粗糙度不好。因此首先要解決滾子直徑變動(dòng)量、圓度誤差難以達(dá)到工藝要求的難題。

圖1

滾子中心高H (見(jiàn)圖1)是一個(gè)重要的調(diào)整參數(shù)，對(duì)滾子的圓度誤差和直徑變動(dòng)量有很大影響。若升高滾子中心高時(shí)，糾正滾子圓度誤差的能力就增大;反之，若降低滾子中心高時(shí)，糾正滾子圓度誤差的能力就減小，中心高H 根據(jù)滾子直徑大小而定。一般取H=(1/4～2/3)D，大滾子可取H=(1/4～1/2)D。式中D 為滾子大頭直徑，H 為滾子大頭中心至砂輪軸心線的垂直距離。由于導(dǎo)輪是用磨料制成，可以任意修整，導(dǎo)輪的摩擦系數(shù)比貫穿磨削的螺旋輪大，因此加工出的滾子精度較高。滾子中心高是一項(xiàng)對(duì)磨削質(zhì)量起關(guān)鍵作用的參數(shù)，實(shí)踐證明，滾子中心高H 太大，滾子處于一種不穩(wěn)定的磨削狀態(tài)，使?jié)L子的加工表面圓度誤差大;若H 太小，滾子的直徑變動(dòng)量變大以及出現(xiàn)其他缺陷，這主要取決于操作者，以操作者的耐心調(diào)整為前提。圓錐滾子貫穿磨削法，是將無(wú)心磨床的導(dǎo)輪換成用特殊鑄鐵或鋼制造的螺旋導(dǎo)輪(見(jiàn)圖2)，在自動(dòng)送料裝置的傳動(dòng)下，將被加工的滾子送入螺旋槽中。

圖2

螺旋導(dǎo)輪槽有角度，其大小與滾子的錐角相適應(yīng)(大約等于滾子的錐角)，使?jié)L子的素線平行于磨削輪的素線;當(dāng)螺旋導(dǎo)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾子在螺旋槽中一面旋轉(zhuǎn)一面前進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)貫穿磨削。其磨削原理與套圈無(wú)心外圓磨削原理基本相同，下面簡(jiǎn)單介紹一下托板和螺旋導(dǎo)輪。貫穿磨削圓錐滾子時(shí)，所采用的有上、下兩塊托板，下托板起著支承滾子的作用，使?jié)L子壓向?qū)л啿⑹節(jié)L子中心線高出兩輪中心連線的高度為H;上托板引導(dǎo)滾子和防止?jié)L子在磨削時(shí)跳動(dòng)。上托板與滾子間隙a 的選擇原則是使?jié)L子順利通過(guò)，并使?jié)L子的大頭和小頭沒(méi)有磨傷。滾子直徑為4～16mm 時(shí)，其間隙選0.3～0.5mm;滾子直徑為10～25mm 時(shí)，其間隙為0.5～0.06mm。磨削輪和下托板的間隙C 是磨屑和切削液通過(guò)的地方，Z是滾子和下托板的接觸線的位置，它們互相制約。調(diào)整Z，使?jié)L子的1/3 在磨削輪與接觸線(滾子與托板接觸線)之間。

2.圓錐滾子貫穿磨削工裝制作

無(wú)心磨床托板斜角β 對(duì)滾子磨削質(zhì)量也有很大影響，β 減小則K 值(圓度誤差)增大，糾正圓度誤差的能力就減小;同樣滾子中心高H 值減小，糾正滾子圓度誤差能力也減小。但如果H 值太大，螺旋導(dǎo)輪帶動(dòng)滾子旋轉(zhuǎn)的鉛重分力就太大，易于造成滾子中心跳動(dòng)，這樣磨出滾子的圓度也容易超差。間隙a 太大，托板強(qiáng)度減弱，對(duì)磨削滾子也是不利的。托板的角度β 一般取30°，修磨滾子時(shí)β 取45°。因?yàn)棣?角增大時(shí)，滾子與導(dǎo)輪之間的作用增大，導(dǎo)輪驅(qū)動(dòng)滾子均勻旋轉(zhuǎn)，這對(duì)修磨滾子有很大作用。圓度誤差容易修整(β 角等于25°時(shí)，對(duì)消除七棱波有效;β 角等于45°時(shí)，對(duì)于消除三棱波和五棱波有效;β 角等于30°時(shí)，對(duì)消除九棱波有效)。試驗(yàn)時(shí)只有一種30°的托板，由于此滾子為推力型大錐角圓錐滾子，半錐角為4°20'，托板的角度要加大，托板就要有足夠強(qiáng)度，因?yàn)橥邪宓暮穸扰c螺旋導(dǎo)輪擋邊高度有關(guān)，約為滾子直徑的1/3～1/2，大直徑滾子可適當(dāng)加厚。因滾子大頭直徑為φ43.5mm，分別設(shè)計(jì)了三種托板角度斜坡線分別與水平方向夾角為25°、30°和45°，材料為Cr15，托板厚度均為22mm，高度分別取125mm。三種角度托板制造不采用M7475 平面磨床磨削，那樣托板表面紋路是橫向的，表面粗糙度值較大，應(yīng)采用大行程往復(fù)磨床直線磨削，保證了托板表面粗糙度及磨削紋路為縱向，以減小滾子前進(jìn)時(shí)阻力及增加滾子運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。

為了使?jié)L子前進(jìn)以實(shí)現(xiàn)磨削，建議應(yīng)將螺旋導(dǎo)輪向下傾斜α 角度。α 角大，滾子前進(jìn)速度快，適用于粗磨外徑;α 角小，滾子前進(jìn)速度慢，適用于精磨外徑。粗磨外徑時(shí)，α 角可取為1°～2°;精磨外徑時(shí)，α 角可取為0°～30'，導(dǎo)輪修整器的角度與α 角相同，導(dǎo)輪的轉(zhuǎn)數(shù)對(duì)滾子圓度誤差有很大影響，應(yīng)根據(jù)加工情況合理選擇。由于此滾子半角為4°20'，屬于大錐角圓錐滾子，所以上述α 角度值應(yīng)適當(dāng)增加，操作者要根據(jù)滾子加工情況適當(dāng)調(diào)整合理選擇。

一般說(shuō)法是螺旋導(dǎo)輪自身的角度是φ=2A，A 為圓錐滾子半錐角，這是一個(gè)簡(jiǎn)便而又粗略的說(shuō)法。其實(shí)，只有當(dāng)滾子、砂輪、導(dǎo)輪三者的中心高相等，并且托板又傾斜一個(gè)角度，使三者中心線平行的時(shí)候，φ=2A 才真正成立。而在貫穿磨削圓錐滾子時(shí)，托板是平的，即滾子中心線與砂輪、導(dǎo)輪的中心線不平行，并且滾子中心又高出砂輪、導(dǎo)輪的中心，所以螺旋導(dǎo)輪的角度必須加以修正。修正值的計(jì)算是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，目前尚未解決。理論分析與實(shí)踐都告訴我們:螺旋輪角度的修正值與滾子的直徑、長(zhǎng)度、角度、滾子的中心高有關(guān)，并且與機(jī)床的情況有關(guān)。所以修正值要憑實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定。通常的情況修正值為滾子的大頭比小頭大0.05～0.15mm 左右。粗磨是修正值還要大些。中心高越高，修正值越大。圓錐滾子的角度差主要是由螺旋導(dǎo)輪的角度決定的，因此磨削中發(fā)現(xiàn)角度差超過(guò)時(shí)，應(yīng)根據(jù)超差的大小決定調(diào)整的方法。當(dāng)滾子的角度差超出0.02～0.03mm 時(shí)，應(yīng)重新磨削螺旋導(dǎo)輪的角度，即調(diào)整修正值。當(dāng)滾子的角度差超差較小(0.02～0.03mm 以內(nèi))時(shí)可調(diào)整滾子中心高，即升降托板。滾子大頭大托板向下降，滾子小頭大托板上升。所以，磨削圓錐滾子中心高的確定要充分考慮到這一因素，就是在加工時(shí)留有調(diào)整的余地。

3.砂輪的選擇及磨削量分配

砂輪線速度越高、砂輪越寬則加工的滾子表面粗糙度值越小。因?yàn)閷捝拜喪鼓ハ鲄^(qū)域增長(zhǎng)，滾子在磨削區(qū)域內(nèi)旋轉(zhuǎn)的次數(shù)增加。砂輪消耗時(shí)應(yīng)注意及時(shí)調(diào)整砂輪線速度，砂輪線速度提高，單位時(shí)間內(nèi)砂輪與滾子的表面接觸頻次增加，寬砂輪使單個(gè)磨粒的切削厚度變薄，切削力和磨削熱減小，滾子表面的磨痕深度減小，從而使?jié)L子表面粗糙度值減小。砂輪的修整十分重要，砂輪修整時(shí)金剛筆尖應(yīng)低于砂輪中心1～2mm，避免修整砂輪時(shí)金剛筆尖鑲?cè)肷拜喼谐霈F(xiàn)螺旋紋。修整砂輪時(shí)最后要進(jìn)行幾次無(wú)進(jìn)給，這會(huì)使砂輪修整效果更好，這一點(diǎn)應(yīng)引起注意。

采用橡膠(WA150 粒度、中軟1)400mm 寬砂輪，試驗(yàn)在反復(fù)修整砂輪的條件下，細(xì)磨外徑工序滾子直徑變動(dòng)量VDWP、圓度誤差ΔC 為4～5μm，隨后滾子外徑出現(xiàn)棱子，原因就是螺旋導(dǎo)輪滾道磨削表面有“振紋”，其滾子外徑就不可避免地要“復(fù)映”振紋，造成滾子外徑產(chǎn)生棱子，說(shuō)明與機(jī)床配套的螺旋導(dǎo)輪精度差導(dǎo)致機(jī)床存在著不穩(wěn)定性。所以說(shuō)，用貫穿法磨削滾子時(shí)，螺旋導(dǎo)輪是一件非常重要的工具，滾子定位精度、螺旋導(dǎo)輪的安裝精度及維修精度將直接影響滾子的加工質(zhì)量。螺旋導(dǎo)輪是圓錐滾子貫穿磨削的主要工具，它對(duì)滾子的加工質(zhì)量影響最大。螺旋導(dǎo)輪的質(zhì)量對(duì)滾子加工質(zhì)量有直接影響。螺旋導(dǎo)輪的質(zhì)量應(yīng)保證以下幾個(gè)內(nèi)容:螺旋槽角度應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確，表面粗糙度值小，無(wú)明顯的振紋及缺陷，螺旋導(dǎo)輪內(nèi)孔和螺旋槽應(yīng)當(dāng)同軸度。

由于初次粗磨滾子外徑尺寸及圓度誤差散差太大，批量加工時(shí)應(yīng)先選擇滾子外徑尺寸及圓度誤差值，要在同一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行粗、細(xì)、精、終磨削加工，粗、細(xì)磨削量為0.06mm 為宜，精、終磨削加工按正常磨削量。由于是滾子直徑為φ43.5mm 的Ⅰ級(jí)大錐角圓錐滾子，精、終磨削加工時(shí)螺旋導(dǎo)輪轉(zhuǎn)速要適當(dāng)減慢，螺旋導(dǎo)輪速度合理選擇。終磨降低縱向進(jìn)給速度。即使金屬螺旋導(dǎo)輪的轉(zhuǎn)速減慢增加磨削時(shí)間，但如果滾子縱向進(jìn)給速度過(guò)慢，也會(huì)導(dǎo)致滾子精度降低，所以，精或終磨外徑時(shí)，采用導(dǎo)輪轉(zhuǎn)速20～30r/min 為宜。采用三種傾斜角度新托板進(jìn)行批量細(xì)、精、終磨外徑，細(xì)磨采用不同角度新制托板，主要是保證滾子直徑變動(dòng)量VDWP、圓度誤差ΔC 都能達(dá)到工藝要求，也就是為終磨滾子加工奠定好的基礎(chǔ)。因此，進(jìn)行終磨加工滾子外徑時(shí)，應(yīng)采用手工油石修磨螺旋導(dǎo)輪大擋邊平面，以改善大擋邊平面的表面粗糙度，并仔細(xì)修整螺旋導(dǎo)輪角度及螺旋導(dǎo)輪槽底部的表面粗糙度。