调心球轴承外圈沟道磨削方法分析及应用

房英志，邓金海

（1.哈尔滨轴承集团公司工模装制造分公司，黑龙江哈尔滨150036；2.哈尔滨轴承集团公司 铁路轴承制造分厂，黑龙江哈尔滨150036）

1 前言

调心球轴承外圈沟道是轴承工作时乘受负荷的工作面，也是钢球滚动的轨迹。沟道磨削质量直接影响到下工序沟道精研质量，直至影响到轴承使用时的工作性能和寿命。因此，磨外沟工序是轴承生产关键工序之一。如何高精度、高效率、低成本地完成磨削过程，是我们需要了解的。为此本文中介绍了几种常见的调心球轴承外沟道磨削方法，并详细分析了各自特点及使用方法，供读者参考。

2 几种磨削方法

2.1 摆动磨削方法

摆动磨削原理如图1所示。磨床摆动可绕垂直工件轴线在水平方向作一定角度的往复摆动，工件沟道圆弧面的形状是依靠工件相对于旋转的砂轮摆动而形成的。磨削时，工件除了转动外，还绕沟道中心“o ”点往复摆动，砂轮高速旋转并实现径向进给运动，直至工件尺寸合格。

图1 摆动磨削方法示意图

这种磨削方法，由于工件不断地摆动，可实现边磨工件边修磨砂轮，使砂轮既能保持均匀磨损与自锐行，又能保持砂轮的切削性能和几何形状，因此保证了沟道加工要求。在磨削过程中，由于砂轮形状自然形成，故不需要修整砂轮，前提是砂轮必须采用自锐性较强的橡胶结合剂砂轮。因为橡胶结合剂砂轮在磨削区域的高温作用下，砂轮表面的结合剂会逐渐老化变脆，磨钝的磨粒在工件摆动下容易脱落，因而可经常保持锋利的磨粒参加磨削，而且，这种结合剂具有很强的抛光性能，能使沟道表面粗糙度达到一定的要求。动作循环是靠砂轮架移动实现的。径向进给是靠砂轮架横向往复实现的。

2.2 切入磨削方法

切入磨削原理如图2所示。用圆弧修整器把砂轮的外缘修成所需的圆弧半径，然后用已成型的砂轮进入沟道进行磨削，即可磨削出所需要的圆弧沟道。从磨削原理分析得知，砂轮的几何形状决定了套圈的几何质量。砂轮在磨削中必须保持正确的切削性能和几何形状。选择砂轮时，必须选择保持轮廓形状较强的砂轮，一般选择陶瓷结合剂的砂轮。磨削时砂轮圆弧表面的各点磨削速度不同，再加上被磨工件沟道余量不均匀，会造成砂轮磨损不均匀，由此要根据砂轮的磨损程度修整砂轮，这样辅助时间会长一些，但由于机床调整简单，工艺系统稳定，套圈单件加工时间受影响程度不大。

2.3 范成磨削方法

图2 切入磨削法示意图

图3 范成磨削法示意图

范成磨削原理如图3所示。沟道的表面的形状是以砂轮端面与沟道表面接触磨削而形成的。磨削时套圈作旋转运动，砂轮除高速旋转外，还沿着砂轮旋转轴心作进给运动，直至沟道磨削到尺寸为止。磨削过程中不需修整砂轮的端面，因此，必须选择自锐性较好的树脂结合剂砂轮。沟道磨削后是交叉的弧线，因而表面质量高。磨削的几何条件必须满足以下公式

砂轮半径t2≥R2-l2，

式中：t-砂轮半径，

R-外滚道半径，

l-砂轮端面至工件滚道中心距离。

3 几种磨削方法的特点

3.1 摆动磨削方法的优缺点

3.1.1 优点

砂轮在磨削过程中不需修整，磨削力较强且磨削轨迹不重合，砂轮消耗均匀，可获得较好的沟道形状和粗糙度。减少了辅助时间，生产效率高。由于砂轮是摆动磨削，只要砂轮能进入沟道就能正常磨削。从一定程度上。讲对车加工的尺寸及几何精度要求不太严格，非常有利于车加工生产率的提高。

3.1.2 缺点

从磨削原理分析，循环动作是依靠工件轴的移动来实现的。砂轮的高转旋转工件轴摆动惯量，伴随砂轮的进给运动，势必影响其加工系统的稳定性。由于加工中调整“三心”有一定的难度，即保证工件沟曲率中心和砂轮圆弧母线中心必须重合于摆头结构的中心有一定的难度，需要操作者有一定经验和技术水平方可胜任。一般情况下操作者是根据磨削时砂轮火花大小及均匀程度来调整，因此调整时间长一些。由于采用摆动磨削的机床有摆动机构，使得机床机构复杂，换向时，会引起周期性振动，易出现振纹，从而影响加工质量。由于砂轮有较强的自锐性，砂轮消耗快，造成尺寸散差大，不利于轴承装配质量提高。

3.2 切入磨削法的优缺点

3.2.1 优点

机床相对于摆头磨床简单，调整也较为简单，机床的抗振性能好，有利于精度提高，由于工艺系统比较稳定，其加工尺寸散差较小，非常有利于装配质量及生产率的提高。易于实现高速磨削和自动化，磨削速度可达60m/s，使得单位时间内磨削深度减少，砂轮线速度提高，如进给量仍与普通磨削时相同，则每颗磨粒切去的切屑厚度变薄，磨粒承受的切削负荷就减小.这样每颗磨粒的切削能力可相对地延长，从而使每次修整砂轮后可磨去更多的金属.提高了砂轮耐用度，此法适于精磨。随着砂轮线速度的提高.每颗磨粒的切屑厚度变薄，则磨粒通过磨削区域给工件沟道表面上留下的切削痕迹深度减小，相应地也降低了工件表面粗糙度。另外，由于切屑厚度变薄，磨粒作用在工件上的径向力相应减小，砂轮轴弹性变形也相应减小，可以大幅度地提高加工精度。同时在大功率高速磨削时，也要相应地提高工件转速，使工件每转的进给量减小，砂轮与工件接触时间缩短，减少传给工件的热量，若配以充分的冷却液.就能有效地改善磨削表面质量，避免烧伤和裂纹的产生。

3.2.2 缺点

砂轮在磨削过程中对于工件位置不变，磨粒所磨削工件的痕迹始终在同一轨迹上，磨痕加深，需常修正砂轮，影响了生产效率。磨削中砂轮的中心与车加工沟道的位置中心位置的误差要求较严格，因此车加工的沟位置度要求较为严格，另外车加工的沟曲率不应太小，否则砂轮的沟曲率很容易遭到破坏，将严重影响加工质量，从而限制了车加工生产率的提高。

磨削中沟曲率的圆弧与砂轮接触面积较大，产生的磨削力相对也较大。如果冷却不充分容易产生烧伤和裂纹。

3.3 范成法磨削法的优缺点

3.3.1 优点

调整简单操作容易，非常有利于磨削尺寸较大的工件。磨削中沟道和砂轮的接触面积相对于其它方法较小，磨削时所产生的热量较少，不易产生烧伤及裂纹。由磨削原理得知，磨削的后的表面成交叉弧面，可获得较低的粗糙度。

3.3.2 缺点

由于受机床结构限制，不能磨削尺寸较小的工件。由于砂轮的形状是磨削中自然形成，不需修整，因此也要求砂轮有较强的自锐性，因为工件的精度依靠砂轮形状保证。此方法要求砂轮磨削中自行脱落，所以非常不利于精度的提高。加工出来的工件尺寸散差较分散。磨削是靠砂轮的端面进行的，砂轮与沟道的接触面积较小，因此磨削效率较低。

4 结论

通过以上分析得知，摆头磨削方法适合于加工精度不高的粗磨工序，切入磨削方法适合于提高砂轮转速后的精磨工序，也适合于精度要求较高产品的磨削，但不适合工件尺寸较大、加工余量较大工序的磨削。无论产品批量大小，换活频率多少，摆头磨削与切入磨削及范成法磨削都一样适用，并且对砂轮的制作质量有一定的要求。摆头磨要求砂轮的脱落性要好，切入磨要求砂轮必须有保持好良好的外形轮廓，范成法要求砂轮脱落性较好。但范成法由于机床的结构限制，只能适合于工件尺寸较大，精度要求不高的工序加工。此方法对砂轮要求不象以上两种方法那样严格。