多沟金刚石滚轮设计与应用

冯新宽，林继龙，林继泉，许琴芳

(1.山东蓝宇精密轴承制造有限公司，山东 临清 252664；2.苏州工业园区广达精密工具有限公司，江苏 苏州 215021)

1 原金刚石滚轮使用情况

双列角接触球轴承和双列深沟球轴承内、外圈沟道的精度直接影响装配质量，继而影响产品的接触角和振动值。而两沟道精度指标主要有沟心距、沟曲率、沟底直径圆度、两沟底直径相互差、两沟道径向跳动和沟道表面粗糙度，一般工艺要求沟心距的偏差≤±0.005 mm，两沟曲率偏差≤±0.006 mm，两沟底直径相互差≤0.003 mm，两沟道径向跳动≤0.003 mm，两沟曲率素线轮廓度≤0.003 mm，沟道表面粗糙度≤0.2 μm。而在磨削3056和4000系列中小型轴承套圈双沟道时，修整砂轮的金刚石滚轮大多为如图1所示的双沟金刚石滚轮，要求金刚石滚轮的沟心距偏差≤±0.003 mm，两沟曲率偏差≤±0.005 mm，两沟底直径相互差≤0.002 mm，两沟道径向跳动≤0.002 mm，两沟道曲率素线轮廓度≤0.002 mm，沟道表面粗糙度≤0.4 μm。同时还要求滚轮自身精度符合图1的技术指标。虽然采用此金刚石滚轮修整的砂轮磨削的套圈双沟道各项精度均能达到工艺要求，生产效率也高，但是每个该结构的金刚石滚轮只能用于单一品种产品砂轮的修整，使用成本较高，无法适应小批量、多品种的双沟道磨削砂轮的修整。

图1 双沟金刚石滚轮示意图

2 多沟金刚石滚轮的设计

为开发3800，3900和3000系列新产品，考虑到此系列产品壁薄和宽度窄的特点，依据ZYB3—1989和ZYB28—1998设计方法进行产品设计，工艺实现方法中，内、外圈两沟道须采用金刚石滚轮修整砂轮一次成形磨削才能达到工艺要求，但由于此系列产品套圈沟心距和沟曲率均较小，结合车间现有金刚石滚轮的实际安装空间，设计出了能修整多尺寸规格砂轮的低成本、高精度多沟金刚石滚轮，其结构及各项精度指标如图2所示，其外形尺寸与原金刚石滚轮相同。该多沟道金刚石滚轮的技术要求为：(1)各区沟心距偏差为±0.003 mm， 各区沟曲率偏差为±0.005 mm；(2)同曲率两沟道单一平面平均直径差Dimp1-Dimp2≤0.002 mm;(3)同曲率两沟道平均半径差Rimp1-Rimp2≤0.002 mm;(4)同曲率两沟底直径对轴线的跳动≤0.002 mm;(5)各区沟曲率素线轮廓度≤0.002 mm；(6)各区沟曲率表面粗糙度≤0.4 μm。

图2 多沟金刚石滚轮示意图

多沟金刚石滚轮采用浓度为100%、粒度为140/170的天然金刚石，并采用金属结合剂，表面金刚石分布应均匀，金刚石与不锈钢基体结合应紧密、牢固，不得松动，再经烧结后磨削修整制成。

磨削3800，3900，3000和4200系列内圈沟道用多沟金刚石滚轮沟心距、沟曲率大小及分布情况如图3所示。滚轮外表面设计了10条圆弧沟，相邻两沟形的大小、深浅相同，共5个工作区位，从小到大依次编号。1区适合3800～3803内圈双沟道磨削砂轮的修整；2区适合3804～3810，3900～3903内圈双沟道磨削砂轮的修整；3区适合3811～3812，3000～3003内圈双沟道磨削砂轮的修整；4区适合3814～3816，3904～3906，4200～4202内圈双沟道磨削砂轮的修整；5区适合390/32，3907～3908，3813内圈双沟道磨削砂轮的修整。

图3 10沟金刚石滚轮的外径面分布情况示意图

使用时根据被加工套圈沟道工艺要求，选用金刚石滚轮的合适沟道，当选用1～3区滚轮沟道时，基准面(图2)正对机床磁极安装滚轮轴；当选用4，5区沟道时，将滚轮反向非基准面正对机床磁极安装滚轮轴。安装滚轮时应用85 ℃左右的热水浸泡滚轮使内孔胀大，以便于安装。滚轮安装进滚轮轴后须拧紧背帽，再通过调整滚轮座轴向位置使选中滚轮的两沟道正对砂轮，再拧紧固定滚轮座锁紧螺钉。修整砂轮时，滚轮线速度大约为被修整砂轮线速度的0.40～0.65倍,滚轮切入量以砂轮每转切入0.5～1 μm 为宜,每次修整砂轮的总量应为0.02～0.04 mm，光磨时间尽量短。修整砂轮时必须遵守工作程序：快进(不能接触砂轮) →慢进(按需要的切入速度进给) →光磨→退出。不得错步，否则滚轮寿命难以保证。修整好砂轮后，可直接切入磨削套圈沟道。

3 多沟金刚石滚轮的应用实例

多沟金刚石滚轮与双沟道磨削砂轮以及3811～3812，3000～3003内圈双沟道磨削工作区位剖面如图4所示。调整砂轮至滚轮第3工作区位。

1—金刚石滚轮；2—砂轮；3—内圈；4—磁极(端面支承)

安装使用后磨削3811～3812内圈和3000～3003内圈的各项参数指标见表1。

表1 轴承内圈沟道的各项参数指标

多沟金刚石滚轮其余各区位修整砂轮后磨削内圈的各项参数检测方法和使用量具与表1相同，各项精度指标均达到使用要求。多沟金刚石滚轮各区修整砂轮后磨削沟道的圆度、表面粗糙度检测结果见表2。

表2 沟道圆度、表面粗糙度检测结果

经过2年多生产实践验证，在3800，3900，3000系列双列角接触球轴承双沟道内、外圈磨削时使用多沟金刚石滚轮修整砂轮，效果较好。随后又推广到4000和5000系列产品双沟道磨削砂轮的修整中，分别设计制作了4沟金刚石滚轮和6沟金刚石滚轮，都取得了满意的效果。

4 结束语

实践证明，多沟金刚石滚轮适合小批量、多品种的双沟道产品的生产，1个金刚石滚轮可修整多个尺寸规格的双沟道磨削砂轮，特别适用于沟曲率≤8 mm、沟间距≤16 mm的双列球轴承套圈双沟道磨削砂轮的修整。