影響深溝球軸承外圓磨削質(zhì)量的因素及解決方法

姜景濱，于秀麗

（哈爾濱軸承集團(tuán)公司 小型球軸承分廠，黑龍江 哈爾濱 150036）

1 前言

軸承外徑通常采用無心貫穿磨削 ，這種加工方式批量大效率高，在加工中分粗磨、細(xì)磨、修磨才能達(dá)到成品零件要求。外徑是各工序加工的定位基準(zhǔn)，外徑對溝道，溝道對溝精研的誤差影響是間接傳遞的，誤差的產(chǎn)生直接影響軸承振動，這樣給成品軸承質(zhì)量造成很大影響。因此外徑需經(jīng)過多次循環(huán)加工才能達(dá)到工藝要求，在磨削加工中如機(jī)床調(diào)整不當(dāng)或加工速度過快致使外徑精度無法達(dá)到工藝要求，返修工件又沒有留量，勢必產(chǎn)生大量廢品，根據(jù)這種原因現(xiàn)分析影響外徑質(zhì)量的幾個因素。

2 外圓磨削速度的產(chǎn)生及影響

無心外圓磨削是由砂輪高速旋轉(zhuǎn)，工件在進(jìn)入磨削區(qū)域由導(dǎo)輪帶動工件在托板的支撐下進(jìn)行磨削，導(dǎo)輪的轉(zhuǎn)速只有砂輪轉(zhuǎn)速的1/70～1/80，由此形成了砂輪對工件的磨削。

（1）在磨削過程中為了使工件前進(jìn)，導(dǎo)輪應(yīng)向下傾斜a角度，在此情況下如圖1：導(dǎo)輪的速度可分解成V垂直和V水平兩個速度V垂直=V cos a ， V水平=V sin a。V垂直的速度帶動工件旋轉(zhuǎn)在外徑表面產(chǎn)生規(guī)律磨痕，V水平使工件軸向前進(jìn)，工件前進(jìn)的速度V水平與導(dǎo)輪的速度和導(dǎo)輪的傾斜角大小有關(guān)（V水平=V sin a=πDn sin a 式中D：導(dǎo)輪直徑；n：導(dǎo)輪每分鐘轉(zhuǎn)速；a：導(dǎo)輪傾斜角度。）。從式中可以看出工件的縱向進(jìn)給速度與導(dǎo)輪的直徑和導(dǎo)輪傾斜角度有關(guān)，傾斜角越大，工件的縱向進(jìn)給速度也越大，縱向進(jìn)給速度是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。軸承產(chǎn)品加工中分輕、中、重系列，在磨削加工中采用的速度是不一樣的，如：加工61900系列屬超輕系列，6300系列屬中型系列，在產(chǎn)品加工中，如果中、輕系列速度一樣勢必造成大量廢品，因?yàn)槌p系列無論是車加工，還是熱處理外徑的變形量都是很大的，車加工、熱處理后變形量橢圓、錐度在0.20～0.24mm，車工給磨工的留量25±0.03mm，如果導(dǎo)輪角度超過2°30′，使軸向磨削進(jìn)給速度較大，在短時間內(nèi)對工件變形量改善非常小，細(xì)磨一次下來外徑有大量黑皮裸露出來，再經(jīng)過兩次細(xì)磨磨削（工藝要求外徑細(xì)磨需三、四次磨削），加工精度難以控制，磨到細(xì)磨要求尺寸，大量工件圓度在5～10μm之間（技術(shù)要求外徑圓度2.4μm），精度達(dá)不到要求，只能100%用儀器量精度，超過工藝要求的工件報廢，給生產(chǎn)帶來很大經(jīng)濟(jì)損失。

圖1 導(dǎo)輪運(yùn)轉(zhuǎn)形成的V垂直 、V水平示意圖

圖2 導(dǎo)板示意圖

（2）在實(shí)際加工中工件前進(jìn)的速度V水平還與刀板在垂直面內(nèi)安裝的位置誤差有關(guān)，當(dāng)?shù)栋搴蠖烁咂饡r形成+β（見圖2）；當(dāng)?shù)栋迩岸烁咂饡r形成-β，在此情況下工件前進(jìn)的速度V水平=πDn sin(α±β)o。應(yīng)當(dāng)指出：刀板位置的傾斜破壞了工件與導(dǎo)輪雙曲線的接觸，使工件工件在磨削區(qū)域內(nèi)沒有穩(wěn)定的位置，在高低方向或軸線方向總是在改變，引起工件和刀板的振動，使工件的直線性和圓度遭到破壞。

3 圓度誤差的產(chǎn)生及消除方法

無心磨削是由工件母線支撐加工的，它的成圓過程有下列特點(diǎn)：一方面，被磨工件在磨削前有原始誤差，磨削時，原始誤差在砂輪與工件接觸過程中復(fù)映出來，另一方面，工件在整個圓周上的磨削余量不能一下被磨去，而是工件在旋轉(zhuǎn)過程中逐點(diǎn)逐點(diǎn)地磨去，這樣，磨削過程中，工件表面被磨削與未磨削交接處有一定的不平度，該不平度與托板、導(dǎo)輪逐步接觸后，對工件產(chǎn)生新的圓度誤差，因而，無心磨削是一個產(chǎn)生圓度誤差又不斷消除誤差的過程，只有磨削區(qū)域選擇恰當(dāng)，使消除誤差的能力大于產(chǎn)生誤差的能力的時候，才能得到高精度的磨削效果。在磨削過程中砂輪的中心線、工件中心線和導(dǎo)輪的中心線在同一高度，如圖3 所示。

圖3 產(chǎn)生圓度誤差示意圖

工件表面與磨削輪、導(dǎo)輪的接觸點(diǎn)在同一直徑上，而且工件表面有一凸起點(diǎn)，磨削時，當(dāng)凸點(diǎn)與導(dǎo)輪線接觸后，勢必就會將工件推向磨削輪一邊，則凸起點(diǎn)的對面就被磨成一個凹坑，其深度等于凸起點(diǎn)的高度，工件回轉(zhuǎn)180°后，凸起點(diǎn)轉(zhuǎn)到與磨削輪接觸，此時凹坑也正與導(dǎo)輪接觸，工件被推向?qū)л?，凸起點(diǎn)無法被磨去，這樣，工件在旋轉(zhuǎn)過程中，其中心在兩輪間左右擺動，雖然磨出的工件直徑在各個方向上都相等，但工件不是一個圓形?？梢钥闯龉ぜ圆荒苣A是因?yàn)楣ぜ闹行耐ハ鬏喌闹行牡雀撸沟霉ぜ耐梗ò迹c(diǎn)與導(dǎo)輪接觸時，總是它對面的（凹)凸點(diǎn)與磨削輪線接觸，造成工件始終不能成圓。從上述可以看出無心磨削時，工件的中心必須高于磨削輪和導(dǎo)輪的中心連線，工件才能被磨圓。在磨削中工件的中心高一般按下列公式計算：H1=A-B-(d/2-h)(mm)，見圖4。

粗磨時，工件中心比精磨中心高一些，圓度誤差大的工件中心應(yīng)高些，橢圓度大的中心應(yīng)低一些，圓度、橢圓兩者都有，應(yīng)先提高中心，消除不圓后降低中心，再消除橢圓。

圖4 工件中心高示意圖

4 加工工藝及測量因素對外徑質(zhì)量影響

4.1 嚴(yán)格控制各工步的磨削余量

磨削外徑的技術(shù)條件有：外徑尺寸、單一徑向平面內(nèi)的外徑變動量、單一套圈最大與最小之差，圓形偏差、外徑表面母線對基準(zhǔn)端面傾斜度變動量、表面質(zhì)量。磨削用量是影響外徑加工質(zhì)量的重要參數(shù)，如：加工型號61909產(chǎn)品，該產(chǎn)品的特點(diǎn)是超輕系列，外徑68mm，外內(nèi)徑60.9mm,寬度12mm,外徑加工時難度很大，經(jīng)常出現(xiàn)圓度超差現(xiàn)象，其主要原因是加工過程中留量控制不好，一次加工磨削量過大，產(chǎn)生彈性變形較大，圓度不但沒有明顯的改善，而且還會出現(xiàn)增大現(xiàn)象，這時應(yīng)及時調(diào)整磨削量，粗磨磨削量第一次應(yīng)控制在0.10～0.12mm，第二次應(yīng)控制在0.06～0.08mm，圓度達(dá)到0.010～0.015mm，磨削時兩次均采用工件中心高于兩輪中心的加工方法（保證外徑圓度），終磨選擇降低刀板10～20mm，用較小的磨削深度0.02～0.03mm（直徑測量），改變外徑橢圓，使得粗、終磨的磨削深度大小依次遞減，加工精度依次提高，最后磨削深度最小0.01mm，這樣使砂輪脫落較慢，以便獲得穩(wěn)定的尺寸和形位公差精度。

每次循環(huán)加工時一定認(rèn)真檢查工件圓度是否改善，如果保持上工步精度，那么就應(yīng)停機(jī)檢查，查看砂輪是否修整平整，導(dǎo)輪是否不圓或?qū)ぜ闹行母哌M(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的范圍在2～4mm之間，另外，還要檢查導(dǎo)輪軸是否松動。實(shí)踐證明細(xì)磨第一工步圓度應(yīng)控制在0.005～0.008mm，第二工步圓度控制0.002～0.003mm，第三工步～第四工步換低導(dǎo)板不改變圓度只改變橢圓。

4.2 正確安裝導(dǎo)板位置

磨削加工中要注意調(diào)整好前后導(dǎo)板和兩輪的位置，避免進(jìn)出口產(chǎn)生磨傷，修整砂輪時特別是粗磨要保證砂輪前后有3o錐度，以便工件自如進(jìn)出磨削區(qū)域，避免產(chǎn)生磨傷。

4.3 正確測量外徑尺寸及精度

外徑圓度采用測量儀器D913B，測量前必須調(diào)整好儀器，表尖和相對應(yīng)的支點(diǎn)的連線要通過工件圓心，找出最大點(diǎn)然后固定側(cè)支點(diǎn)，側(cè)支點(diǎn)一定在工件的中心位置上，否則偏上或偏下都會影響測量精度，這樣可以有效地避免因測量不準(zhǔn)確造成批量廢品和返修品。圓度采用H 903儀器測量，測量用V形塊的角度分為90o和120o兩種。90o測量圓度不好，說明外徑加工時工件中心偏高，產(chǎn)生了棱圓度(圖5a)，120o測量圓度不好，說明外徑加工時工件中心偏低，產(chǎn)生了圓度（圖5b）。圖5a、5b 是通過圓度儀YD200測量61 909工件外徑獲得的（倍率2 000倍、率波1～500），根據(jù)測量的形狀和產(chǎn)生的棱數(shù)可以及時對機(jī)床進(jìn)行調(diào)整，有效保證了產(chǎn)品精度。

圖5 YD200測量61909工件圓度示意圖

5 結(jié)束語

通過上述對無心外徑加工中遇到的問題進(jìn)行簡要分析，得到了一些在加工中出現(xiàn)質(zhì)量問題的排除方法，減少了一些因外徑精度影響下工序加工質(zhì)量的問題，減少了復(fù)映誤差對成品軸承質(zhì)量的影響。