论文部分内容阅读
[摘 要]论文介绍了传统薄壁滚子轴承内圈磨削工艺存在的问题，分析了原实体保持架设计中的问题，并研究了新型薄壁滚子轴承内圈的磨削加工工艺。
[关键词]轴承；滚子；加工；工艺
中图分类号：TH133.33 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）03-0028-01
1概述
由于薄壁轴承有着极薄的轴承端面，有助于产品实现小型化和轻量化。但是因为薄壁轴承套圈刚度较低，传统磨削加工使其变形量较大，而且加工精度也难以保证，因此为了使薄壁轴承能够得到更广泛的利用，应该对现有的薄壁滚子轴承加工工艺进行改良，提高其加工精度，减小变形量以符合目前先进工业设备的发展趋势。
2传统薄壁滚子轴承内圈磨削工艺存在的问题
采用传统磨削加工工艺的薄壁滚子轴承内圈结构如图1所示，其工艺路线为：粗磨轴承双端面→粗磨内、外直径→稳定→细磨轴承双端面→细磨内、外径→稳定→终磨轴承双端面→终磨内、外径→成品检查。由于内圈壁厚较薄，且壁厚太小，热处理变形量难以控制，在经过高温热处理后，内圈存在较大的翘曲和椭圆等现象，从而造成磨削难度系数增大，成品废品率较高。此外，一次生产流程中只能加工一个内圈，而且在磨削过程中要一直用千分表测量内圈尺寸数据和矫正其变形量，因此加工效率较低。下面通过一组实验数据来分析传统的薄壁滚子轴承内圈磨削工艺对其所生产的轴承内圈的加工精度产生的影响。
选取5件型号均为KG040/01的薄壁滚子轴承内圈进行传统磨削加工，统计其加工精度数据。由统计结果可以看出，测量数据中只有锥度能满足设计要求，内圈锥度在生产加工中一般不易出现较大偏差。然而椭圆度、尺寸公差以及跳动等数据合格率均非常低。在5件磨削样品中仅有一个基本属于合格品，合格率仅为20%。对统计的测量数据进行分析可知，在传统的薄壁滚子轴承加工工艺中，对轴承内圈进行单个磨削时，其下偏差和椭圆度等加工精度都难以得到较好的控制，而且其加工效率相对较低。
3原实体保持架设计中的问题
传统的调心滚子轴承在设计方面，其主参数、外圈、内圈及滚子设计强度和刚性等性能都没有问题，只是保持架设计存在一定的缺陷，其缺陷主要表现在以下几个方面：
3.1轴承可靠性低，易断裂
加工时受到刀具顶部角度的影响，保持架兜孔底部会形成1500的工艺锥度，这个锥度的存在降低了保持架兜底壁的厚度，保持架的强度也会受到一定的影响。同时滚子和保持架兜底接触面积减小，保持架横梁根部较薄，横梁强度不高。在工作过程中，轴承承受冲击振动及重载荷时，保持架横梁易从根部裂断，大大降低了轴承的可靠性。
3.2定位不准确，影响使用
保持架兜孔的形状为圆柱和圆台的组合，这样的形状特点决定了兜孔和滚子的接触面积较小，保持架兜孔难以对滚子进行引导。轴承受到冲击载荷时，会高速旋转，此时个别轴线容易发生较大角度的侧转，旦有一粒滚子轴线相对于保持架兜孔轴线发生较大角度的侧转，那么这粒滚子的滚动将落后于正常滚子的滚动，就容易发生保持架横梁裂断的现象；在加工兜孔时，锁刀和钻头不容易进行准确的定位，那么兜孔中心径和角度的准确度也难以保证，保持架的加工精度也会受到影响，保持架端面与兜孔轴线方向不垂直，合套后轴承旋转不灵活，工作中容易产生噪声，由于摩擦过大轴承温度过高，影响使用寿命。
4新型薄壁滚子轴承内圈的磨削加工工艺
为了弥补薄壁滚子轴承内圈传统磨削加工工艺的弊端，对其进行工艺改进，改进后的加工工艺为：粗磨轴承双端面→粗磨内、外径→稳定→细磨轴承双端面→细磨内、外径→稳定→线切割内圈→终磨轴承双端面→终磨内、外径→成品检查。
工艺改进后，先将锻坯车削成如图2所示的结构，然后进行热处理，待热处理完毕后，对内圈端面和内、外径进行粗磨、细磨，然后沿“脊柱”左、右两侧进行线切割，同时通过终磨矫正因线切割产生的表面翘曲现象，最后分别将2个内圈终磨到成品尺寸。该改进方法相当于一个生产流程中进行2个薄壁内圈的生产加工，相较于传统的轴承内圈加工工艺，这种新的加工工艺可以同时加工2个薄壁内圈，将原本的该生产流程时间缩短了一半，同时在终磨轴承双端面时先对内圈进行线切割加工，这种改进不仅大大提高了生产效率，同时有效降低了生产过程中的热变形，在一定程度上避免了轴承内圈出现翘曲和椭圆等现象，而且改良之后的加工工艺在加工过程中对磨削内圈的内外径和端面具有良好的稳定作用，有利于控制内圈在加工过程中的下偏差、椭圆度和跳动等加工精度。
经实际生产测量，再次统计采用新型磨削加工工艺的薄壁滚子轴承内圈的加工精度。由统计结果可知，按照新型磨削加工工艺，5件样品中仅有1件的加工数据稍微偏离尺寸要求，合格率为80%。由此可知，改进后的磨削加工工艺不仅提高了生产效率和产品的合格率，下偏差、椭圆度、跳动等加工精度也得以提高。
通过对薄壁滚子轴承内圈传统磨削工艺的改进，将单个内圈热处理和磨削加工改为2个内圈整体加工，提高了生产效率，大大降低了成品的废品率，提高了轴承内圈的下偏差、椭圆度和跳动等加工精度。相较于传统的加工工艺，2个内圈整体加工的新工艺的优势十分明显，有助于控制生产成本，同时精度的提高有助于推广薄壁滚子轴承在目前先进生产设备中的应用，具有良好的推廣价值，能够取得理想的经济效益。
按触摸屏“砂轮回退”按钮，伺服电机M31拖动砂轮轴回退至B9，砂轮停止回退动作，记忆当前位置为“0”，触摸屏提醒“请用手轮对刀”，启动砂轮旋转同时启动磨削液，触摸屏上选择“1毫米”或“1微米”钮令手轮使能，右旋手轮，每刻度1毫米或1微米，直至砂轮与金刚笔接触，按修整按钮开始修整砂轮，同时慢摇手轮控制砂轮动作，记录数据为正，直至修整达到要求，在屏幕上按“修整位置记忆”按钮，机床将当前正数字记录为初始修整位置。
修整完毕后初次使用砂轮需人工对刀。在示教屏幕内按“砂轮前进”，M31拖动砂轮向负向移动，手动调节B8到恰当位置位置后固定，砂轮移动到B8停止，提示“请用手轮对工件”，对刀前提是有工件且工件旋转，砂轮旋转。对刀完毕后按“对刀位置记忆”，机床将当前负数字记录为初始加工位置。
初始化之后，进入参数设置页面，设置“定位速度”用于确定快进或快退的速度，“修整速度”用于确定自动修正时砂轮的移动速度，“修整量”用于确定每次修整的切削量，修整后数据需补偿到对刀值和修整位置值中去，“修整频度”用于确定加工几个件后需要修整，“磨削速度”用于磨削时的进给速度，“磨削量”用于确定磨削工件量。“消耗量”为每加工1个工件砂轮的磨损，需在加工下一个工件时自动补偿到对刀位置中去，累计值也要补偿到修整位置值中。“加工件数”用于倒计加工工件数量，倒计为0时停止加工，以上数据关电仍保存。工件自动上料，砂轮由B8位置朝负方向运行，依设定速度磨削至设定量后快退至B8，机械手自动下料，下料结束后自动上料，重复上述过程；到达修整频度数量后，自动退回到修整位置，修去一个修整量。修整量需计入补偿。
5结束语
总之，随着世界经济格局的不断变化和我国经济水平的持续提高，轴承滚子加工工艺将不断升级、革新，只有不断适应时代的发展和科技的飞速进步，与时俱进，才能将加工水平提升至一个新的高度，实现轴承滚子的理想应用效果。
参考文献
[1]张秀君.薄壁轴承的设计应用[J].轴承.2016（21）：88-89.
[2]席颖佳，李红.薄壁轴承套圈车加工[J].轴承，2001（06），33.
[关键词]轴承；滚子；加工；工艺
中图分类号：TH133.33 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）03-0028-01
1概述
由于薄壁轴承有着极薄的轴承端面，有助于产品实现小型化和轻量化。但是因为薄壁轴承套圈刚度较低，传统磨削加工使其变形量较大，而且加工精度也难以保证，因此为了使薄壁轴承能够得到更广泛的利用，应该对现有的薄壁滚子轴承加工工艺进行改良，提高其加工精度，减小变形量以符合目前先进工业设备的发展趋势。
2传统薄壁滚子轴承内圈磨削工艺存在的问题
采用传统磨削加工工艺的薄壁滚子轴承内圈结构如图1所示，其工艺路线为：粗磨轴承双端面→粗磨内、外直径→稳定→细磨轴承双端面→细磨内、外径→稳定→终磨轴承双端面→终磨内、外径→成品检查。由于内圈壁厚较薄，且壁厚太小，热处理变形量难以控制，在经过高温热处理后，内圈存在较大的翘曲和椭圆等现象，从而造成磨削难度系数增大，成品废品率较高。此外，一次生产流程中只能加工一个内圈，而且在磨削过程中要一直用千分表测量内圈尺寸数据和矫正其变形量，因此加工效率较低。下面通过一组实验数据来分析传统的薄壁滚子轴承内圈磨削工艺对其所生产的轴承内圈的加工精度产生的影响。
选取5件型号均为KG040/01的薄壁滚子轴承内圈进行传统磨削加工，统计其加工精度数据。由统计结果可以看出，测量数据中只有锥度能满足设计要求，内圈锥度在生产加工中一般不易出现较大偏差。然而椭圆度、尺寸公差以及跳动等数据合格率均非常低。在5件磨削样品中仅有一个基本属于合格品，合格率仅为20%。对统计的测量数据进行分析可知，在传统的薄壁滚子轴承加工工艺中，对轴承内圈进行单个磨削时，其下偏差和椭圆度等加工精度都难以得到较好的控制，而且其加工效率相对较低。
3原实体保持架设计中的问题
传统的调心滚子轴承在设计方面，其主参数、外圈、内圈及滚子设计强度和刚性等性能都没有问题，只是保持架设计存在一定的缺陷，其缺陷主要表现在以下几个方面：
3.1轴承可靠性低，易断裂
加工时受到刀具顶部角度的影响，保持架兜孔底部会形成1500的工艺锥度，这个锥度的存在降低了保持架兜底壁的厚度，保持架的强度也会受到一定的影响。同时滚子和保持架兜底接触面积减小，保持架横梁根部较薄，横梁强度不高。在工作过程中，轴承承受冲击振动及重载荷时，保持架横梁易从根部裂断，大大降低了轴承的可靠性。
3.2定位不准确，影响使用
保持架兜孔的形状为圆柱和圆台的组合，这样的形状特点决定了兜孔和滚子的接触面积较小，保持架兜孔难以对滚子进行引导。轴承受到冲击载荷时，会高速旋转，此时个别轴线容易发生较大角度的侧转，旦有一粒滚子轴线相对于保持架兜孔轴线发生较大角度的侧转，那么这粒滚子的滚动将落后于正常滚子的滚动，就容易发生保持架横梁裂断的现象；在加工兜孔时，锁刀和钻头不容易进行准确的定位，那么兜孔中心径和角度的准确度也难以保证，保持架的加工精度也会受到影响，保持架端面与兜孔轴线方向不垂直，合套后轴承旋转不灵活，工作中容易产生噪声，由于摩擦过大轴承温度过高，影响使用寿命。
4新型薄壁滚子轴承内圈的磨削加工工艺
为了弥补薄壁滚子轴承内圈传统磨削加工工艺的弊端，对其进行工艺改进，改进后的加工工艺为：粗磨轴承双端面→粗磨内、外径→稳定→细磨轴承双端面→细磨内、外径→稳定→线切割内圈→终磨轴承双端面→终磨内、外径→成品检查。
工艺改进后，先将锻坯车削成如图2所示的结构，然后进行热处理，待热处理完毕后，对内圈端面和内、外径进行粗磨、细磨，然后沿“脊柱”左、右两侧进行线切割，同时通过终磨矫正因线切割产生的表面翘曲现象，最后分别将2个内圈终磨到成品尺寸。该改进方法相当于一个生产流程中进行2个薄壁内圈的生产加工，相较于传统的轴承内圈加工工艺，这种新的加工工艺可以同时加工2个薄壁内圈，将原本的该生产流程时间缩短了一半，同时在终磨轴承双端面时先对内圈进行线切割加工，这种改进不仅大大提高了生产效率，同时有效降低了生产过程中的热变形，在一定程度上避免了轴承内圈出现翘曲和椭圆等现象，而且改良之后的加工工艺在加工过程中对磨削内圈的内外径和端面具有良好的稳定作用，有利于控制内圈在加工过程中的下偏差、椭圆度和跳动等加工精度。
经实际生产测量，再次统计采用新型磨削加工工艺的薄壁滚子轴承内圈的加工精度。由统计结果可知，按照新型磨削加工工艺，5件样品中仅有1件的加工数据稍微偏离尺寸要求，合格率为80%。由此可知，改进后的磨削加工工艺不仅提高了生产效率和产品的合格率，下偏差、椭圆度、跳动等加工精度也得以提高。
通过对薄壁滚子轴承内圈传统磨削工艺的改进，将单个内圈热处理和磨削加工改为2个内圈整体加工，提高了生产效率，大大降低了成品的废品率，提高了轴承内圈的下偏差、椭圆度和跳动等加工精度。相较于传统的加工工艺，2个内圈整体加工的新工艺的优势十分明显，有助于控制生产成本，同时精度的提高有助于推广薄壁滚子轴承在目前先进生产设备中的应用，具有良好的推廣价值，能够取得理想的经济效益。
按触摸屏“砂轮回退”按钮，伺服电机M31拖动砂轮轴回退至B9，砂轮停止回退动作，记忆当前位置为“0”，触摸屏提醒“请用手轮对刀”，启动砂轮旋转同时启动磨削液，触摸屏上选择“1毫米”或“1微米”钮令手轮使能，右旋手轮，每刻度1毫米或1微米，直至砂轮与金刚笔接触，按修整按钮开始修整砂轮，同时慢摇手轮控制砂轮动作，记录数据为正，直至修整达到要求，在屏幕上按“修整位置记忆”按钮，机床将当前正数字记录为初始修整位置。
修整完毕后初次使用砂轮需人工对刀。在示教屏幕内按“砂轮前进”，M31拖动砂轮向负向移动，手动调节B8到恰当位置位置后固定，砂轮移动到B8停止，提示“请用手轮对工件”，对刀前提是有工件且工件旋转，砂轮旋转。对刀完毕后按“对刀位置记忆”，机床将当前负数字记录为初始加工位置。
初始化之后，进入参数设置页面，设置“定位速度”用于确定快进或快退的速度，“修整速度”用于确定自动修正时砂轮的移动速度，“修整量”用于确定每次修整的切削量，修整后数据需补偿到对刀值和修整位置值中去，“修整频度”用于确定加工几个件后需要修整，“磨削速度”用于磨削时的进给速度，“磨削量”用于确定磨削工件量。“消耗量”为每加工1个工件砂轮的磨损，需在加工下一个工件时自动补偿到对刀位置中去，累计值也要补偿到修整位置值中。“加工件数”用于倒计加工工件数量，倒计为0时停止加工，以上数据关电仍保存。工件自动上料，砂轮由B8位置朝负方向运行，依设定速度磨削至设定量后快退至B8，机械手自动下料，下料结束后自动上料，重复上述过程；到达修整频度数量后，自动退回到修整位置，修去一个修整量。修整量需计入补偿。
5结束语
总之，随着世界经济格局的不断变化和我国经济水平的持续提高，轴承滚子加工工艺将不断升级、革新，只有不断适应时代的发展和科技的飞速进步，与时俱进，才能将加工水平提升至一个新的高度，实现轴承滚子的理想应用效果。
参考文献
[1]张秀君.薄壁轴承的设计应用[J].轴承.2016（21）：88-89.
[2]席颖佳，李红.薄壁轴承套圈车加工[J].轴承，2001（06），33.