机外调试装置的创新设计

铁晓艳，张振潮，王虎强，李斑虎，侯亚新

(1.洛阳轴承研究所有限公司，河南 洛阳 471039；2.河南省高性能轴承技术重点实验室，河南 洛阳 471039；3.滚动轴承产业技术创新战略联盟，河南 洛阳 471039)

1 问题的提出

轴承内、外圈磨加工通常采用电磁无心夹具和支承座定位支承。工件轴全段的转轴外侧装有电磁线圈，工件轴前端端面安装有磁极，在磨削过程中，电磁线圈通电，产生的磁力把工件吸附在磁极上，使工件在工件轴与支承的作用下围绕自身的回转中心旋转[1]。电磁无心夹具如图1所示。

图1 电磁无心夹具简图

磨削过程中，由于工件与支承之间为滑动摩擦，因此，工件对支承的压力F为砂轮的磨削力F1、工件所受离心力F2和工件自身重力F3之和，其直接影响工件的磨削质量。压力过小，工件在旋转时不能紧靠支承，会产生漂移，导致工件旋转不稳定；压力过大，工件与支承之间的摩擦力增大，可能出现烧伤、划伤等缺陷，无法保证工件磨削质量。

影响F的参数中，为保证工件套圈的磨削效率，F1基本恒定，F3也为一个定值，磨削过程中可调节的只有F2。已知F2=meω2，m为工件质量,e为偏心量，ω为工件转速。因此，在工件转速一定的情况下，偏心量e(工件的回转中心偏离工件轴的回转中心，即两回转中心间的距离)是关键参数(图2)，决定着F并影响工件的磨削质量。

图2 偏心量示意图

理论上，同一尺寸的加工工件，其偏心量是恒定不变的，但在实际加工中，偏心量通过调试机床的基准得到。因此，如何精准对加工套圈进行基准找正，准确地调试出偏心量十分关键。由于机床结构空间狭小，视野受限，调试人员找正非常困难，通过增加机床空间结构的方法成本太高，因此，需要寻找其他改进途径。

2 方案设计

2.1 设计思路

基于提高基准找正的准确性和避免机床整体结构大改的原则，从结构复杂性、成本可控性以及可行性等方面综合考虑，运用空间分离原理[2]，将轴承磨床基准找正分离出来，借助复制原理重新设计一套方便简捷的基准找正定位台(图3)，在机床外找正后再将调试好的支承座直接安装到机床上(图4)，缩短找正时间，方便调试人员操作。

图3 机外调试台三维简图

图4 机外调试支承座安装至机床的结构

2.2 机外调试装置使用说明

1)整个机外调试装置中，只有底盘、支脚、调节螺杆、上台面始终不变且位于机床之外(图5)。

图5 机外调试台简图

2)机外调试完成后，紧固螺钉，将垫盘、后支承臂、夹具座体、下支承臂等一起安装在机床相应的位置上(图3)。

3)调节螺杆可以根据调试操作人员的舒适度进行调节。

4)工件模拟轴在机外调试装置中代替了工件在机床上的位置，即电磁无心夹具回转中心的位置，也是调试偏心量和机床加工的基准位置。不同尺寸的工件需要更换不同的工件模拟轴。

5)每种型号的轴承套圈都需要配备一套专用的机外调试装置，不得混用。

6)机外调试装置可用于轴承套圈的内沟道磨床、外沟道磨床。

2.3 设计优势

基于套圈沟道磨削加工的找正问题，设计的机外调试装置的优点为：

1)只针对支承座进行结构复制，不修改原机床的结构，改动小且效率高。

2)单独在机床外设计工作台，将机床与基准找正台分离，解决了机床空间受限的问题，创新方法具有代表性和突破性。

3)机外找正的干扰因素少，基准找正的准确性高，效率高(表1)，有利于保证机床的加工精度和稳定性。

表1 某型号套圈采用改进前、后方案的参数对比

3 结束语

此创新设计方案运用于套圈磨床的工件基准找正环节，通过将基准找正装置从机床内部分离出来，提高了基准找正的准确性，大大缩短了调试人员的调试时间，改善了套圈磨削加工的稳定性。目前已应用于轴承制造装备，适应于内、外圈沟道磨床等设备。