深溝球軸承溝道超精方法分析

張晶霞，汪燮民

(浙江五洲新春集團(tuán)有限公司，浙江 新昌 312500)

軸承套圈溝道表面的超精加工是套圈機(jī)械加工的最后一道工序，其對(duì)套圈溝道質(zhì)量的改善程度將直接影響到成品軸承的最終質(zhì)量，尤其對(duì)低噪聲、長(zhǎng)壽命軸承來(lái)說(shuō)尤為重要。深溝球軸承套圈溝道的超精加工方法之一是在套圈旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，油石中心平面在套圈軸中心平面上圍繞溝曲率中心往復(fù)擺動(dòng)，使油石工作面與溝道表面不斷研削，這也是目前絕大多數(shù)設(shè)備所采用的一種超精加工方法。無(wú)論采用什么方法，目標(biāo)都是想要獲得一個(gè)理論上的圓環(huán)狀溝道表面，包括對(duì)溝形、圓度、波紋度以及表面粗糙度等方面的精準(zhǔn)要求。下文對(duì)深溝球軸承套圈溝道超精加工中油石和套圈(以外圈為例)的狀態(tài)進(jìn)行探討分析。

1 油石與套圈溝道的幾何關(guān)系

以6205軸承外圈為例，選用油石截面尺寸為6 mm×7 mm，油石與套圈溝道的相對(duì)關(guān)系如圖1所示。為便于分析，先假設(shè)溝道表面為理想的圓環(huán)面。

圖1 油石與溝道的幾何關(guān)系

2 油石工作表面形狀分析

根據(jù)油石與套圈溝道幾何關(guān)系的分析，以油石端部位置，即離軸中心平面3 mm處的平行軸平面O1MN(圖2)為例，分析油石與溝道表面之間的作用情況。首先，設(shè)6205軸承外圈超精油石擺動(dòng)角度為±18°，油石寬度為7 mm。

圖2 油石端部與溝道表面接觸原理圖

如果油石在不旋轉(zhuǎn)的理想溝道形狀表面上來(lái)回?cái)[動(dòng)，那么油石在溝道表面上將留下如圖3所示的十字形接觸痕跡，而不是整個(gè)油石表面的全部接觸，其余部分只是相靠。當(dāng)套圈旋轉(zhuǎn)后，整個(gè)溝道表面就是這些接觸痕跡的重疊。其中真正實(shí)現(xiàn)超精的僅是油石在軸中心平面和徑向中心平面上的部分，這也就是現(xiàn)有超精方法中存在的不足之處。

圖3 油石與溝道接觸狀態(tài)

超精中所用油石寬度一般要比溝道稍寬，但大多都沒有進(jìn)行很好的對(duì)應(yīng)計(jì)算。導(dǎo)致油石擺到一側(cè)極限時(shí)，油石另一側(cè)邊緣已進(jìn)入溝中(M′點(diǎn)位置)，所以M′點(diǎn)到溝邊緣的表面與油石脫離，若軸中心平面上油石邊緣所到的位置是P，則距離溝邊緣將更遠(yuǎn)。由于不同平行平面上和同一平面上的油石工作面上的各點(diǎn)擺動(dòng)半徑都不一樣，所以離油石中心A點(diǎn)越近的部分靠得更密合一些；而離油石中心越遠(yuǎn)的部分就會(huì)靠得很輕。油石工作表面的形狀如圖4所示，圖中ABFC面為理想溝道表面；而ABDC面即為油石正常工作后的實(shí)際表面。

圖4 油石表面形狀示意圖

圖5所示為典型的使用過(guò)的油石實(shí)樣，從圖中可以很明顯地看到油石表面的形狀，在使用過(guò)的油石表面通常總會(huì)發(fā)現(xiàn)有顏色較淺(或顯露油石本色)的區(qū)域，可以認(rèn)為是由于沒有參與第3階段光整的緣故。

圖5 外圈超精油石工作表面形狀實(shí)例

3 套圈溝道表面

在一個(gè)超精加工循環(huán)過(guò)程中，前一個(gè)套圈超精結(jié)束后形成的油石工作表面并不是由理想溝道表面形成的，油石表面是不規(guī)則的。在磨削下一個(gè)套圈溝道表面時(shí)，首先是油石與套圈溝道表面上的波峰接觸，產(chǎn)生相互作用，由于相互間有較大區(qū)域的相互復(fù)映，在經(jīng)過(guò)切削、半切削和光整3個(gè)階段后，最終形成一個(gè)新的工作表面。由于套圈的相互差異，油石工作表面形狀是在不斷變化的，在這樣的反復(fù)改變中，超精后套圈溝道的幾何形狀要達(dá)到滿意的精度，主要還是依賴磨加工精度的保證。

以一個(gè)超精后確認(rèn)為合格的套圈為例，在4個(gè)徑向平面內(nèi)測(cè)量其溝道圓度，和在4個(gè)軸向平面內(nèi)測(cè)量其溝道半徑形狀，結(jié)果如圖6、圖7所示。綜合這兩組圖形不同位置的相互差異，很容易看出溝道表面形狀的起伏變化。這也說(shuō)明了通過(guò)超精后的套圈溝道表面粗糙度一般都可以達(dá)到要求，但要得到一個(gè)理想的溝道表面是有一定困難的。

圖6 4個(gè)徑向平面上的圓度形狀

圖7 4個(gè)軸向平面上的溝形

4 與設(shè)備相關(guān)的問(wèn)題

目前深溝球軸承套圈溝道超精設(shè)備普遍采用上述加工方法，只是在設(shè)備的零件制造、裝配質(zhì)量、驅(qū)動(dòng)方式和動(dòng)作控制等方面，相互之間存在不同程度的差異。由于原理誤差的存在，即使某些設(shè)備采用NC電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)擺頭，為了更接近理想圓環(huán)面，設(shè)備在超精時(shí)還必須對(duì)定位、壓緊、調(diào)整、減振、套圈轉(zhuǎn)速和擺頭的擺動(dòng)頻率等方面進(jìn)行綜合考慮:

(1)提高擺頭的剛性，確保油石端部的定點(diǎn)擺動(dòng)和設(shè)備各部分的相對(duì)穩(wěn)定性;(2)提高油石擺動(dòng)頻率，增加有限的油石與溝道表面真正的研削機(jī)會(huì);(3)適當(dāng)增大油石擺角，以發(fā)揮軸中心平面位置上溝道超精的成圓作用;(4)油石寬度要適宜，最好使油石擺動(dòng)角度的兩邊都能與溝道充分接觸;(5)適當(dāng)增大油石厚度，以有利于改善溝道圓度和波紋度；(6)改變油石截面的形狀，以減少兩邊接觸部分的誤差復(fù)映；(7)保持恒定(或按需要變化)的壓力；(8)提高研削油的清潔度，調(diào)控研削油的進(jìn)入方向和流量，以有效帶走油石與溝道之間空隙中的磨屑；(9)超精機(jī)改變磨加工套圈溝道幾何形狀的能力有限，因此要控制好磨加工套圈的各項(xiàng)精度，超精機(jī)也要根據(jù)磨加工設(shè)備的能力相應(yīng)地配置。

5 結(jié)束語(yǔ)

為了達(dá)到更好的超精效果，首先要對(duì)整個(gè)加工方法和過(guò)程進(jìn)行全面充分地了解，再合理設(shè)定各種加工參數(shù)，將設(shè)備調(diào)整到最佳狀態(tài)，才能將存在加工原理誤差帶來(lái)的不良影響降到最低。