數(shù)控導(dǎo)輪磨床在高精度圓錐滾子加工中的應(yīng)用

姜金梁,劉浩

(洛陽LYC軸承有限公司 滾子廠，河南 洛陽 471039)

某型鐵路貨車圓錐滾子軸承終磨加工采用近年來在設(shè)備升級中引進的無心磨床，該機床采用數(shù)控系統(tǒng)，自動化程度高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，但與通用設(shè)備所加工滾子一樣，存在滾子滾動面直線性不理想，個別情況下會出現(xiàn)滾子滾動面直線性內(nèi)凹的情況。由于鐵路軸承滾子超精要求為對數(shù)曲線凸形，滾子實際輪廓要求在標準輪廓的上下線之間，一旦出現(xiàn)滾動面素線直線性內(nèi)凹的情況，將影響后工序超精滾子的輪廓曲線。隨著客戶對軸承零件質(zhì)量的要求越來越高，優(yōu)化滾子終磨滾動面直線性，提高超精滾子質(zhì)量穩(wěn)定性，成為目前迫切需要解決的問題。

1 滾子磨削方式

圓錐滾子貫穿磨削時[1]，是將無心磨床的導(dǎo)輪換成鋼制螺旋輪，在送料裝置的傳動下將待加工滾子送入螺旋槽中，螺旋槽底具有與所加工滾子的錐度相適應(yīng)的角度，使?jié)L子的素線平行于砂輪的素線。滾子沿砂輪素線貫穿移動，依靠螺旋槽的擋邊推動滾子實現(xiàn)貫穿磨削(圖1)。

圖1 圓錐滾子貫穿磨削示意圖

由于貫穿磨削方式的螺旋導(dǎo)輪沒有凸度，所加工出的滾子素線為直線，基本沒有凸度量，因此與全凸?jié)L子(圖2)的加工方式有所不同。

圖2 全凸?jié)L子示意圖

全凸?jié)L子貫穿磨削原理是將砂輪修整成凹形，導(dǎo)輪螺旋槽修整成鼓形，近似于靠模法貫穿加工出全凸?jié)L子。這種方法加工難度較大，滾子沿曲線軌跡貫穿，螺旋工作面以曲線展開，修磨導(dǎo)輪須采用復(fù)雜程度較高的專用導(dǎo)輪磨床。因此，螺旋導(dǎo)輪的修磨質(zhì)量是加工全凸?jié)L子的關(guān)鍵。

2 螺旋導(dǎo)輪的修磨

受條件限制，帶凸度螺旋導(dǎo)輪普遍采用傳統(tǒng)導(dǎo)輪磨床，使用靠模板修磨。由于存在靠模板制作誤差，安裝靠模板到導(dǎo)輪磨床的裝配誤差，以及導(dǎo)輪磨床自身的誤差，可能導(dǎo)致誤差積累,使導(dǎo)輪修磨的最終結(jié)果與設(shè)計存在較大偏差。

近年來，隨著國內(nèi)裝備制造業(yè)水平的不斷提高，已經(jīng)研制出能夠滿足要求的高精度專用導(dǎo)輪磨床M9050CNC，其采用西門子數(shù)控系統(tǒng)，機床實現(xiàn)了五軸聯(lián)動，能滿足螺旋導(dǎo)輪和圓柱、圓錐滾子超精輥等復(fù)雜曲面輪廓的修磨。

修磨前需測量導(dǎo)輪長度和砂輪寬度，保證砂輪寬度的中心與導(dǎo)輪曲面最高點重合。導(dǎo)輪修磨單個循環(huán)動作為：數(shù)控程序驅(qū)動砂輪軸旋轉(zhuǎn)到導(dǎo)輪滾道面需要修磨的角度；成形砂輪進給到磨削位；導(dǎo)輪旋轉(zhuǎn)并橫向移動，同時砂輪軸按照程序的設(shè)定不斷沿弧面擺動，實現(xiàn)變角度磨削；導(dǎo)輪橫向移動到終點，砂輪退出磨削位，返回起點，完成單個磨削循環(huán)。多個循環(huán)和砂輪多次進給后最終完成導(dǎo)輪的修磨。

全凸?jié)L子凸度導(dǎo)輪的曲率計算公式[1]為

(1)

式中：R為凸度導(dǎo)輪曲率；h為滾子凸度量；l為滾子凸度檢測距離。根據(jù)已知加工滾子要求的h和l值求出凸度導(dǎo)輪的曲率R，并依據(jù)導(dǎo)輪曲率編制導(dǎo)輪修磨的數(shù)控程序，最終修磨成如圖3所示的螺旋導(dǎo)輪。

圖3 螺旋導(dǎo)輪修磨示意圖

3 裝機試車驗證

將修磨好的螺旋導(dǎo)輪重新裝在無心磨床上，然后根據(jù)螺旋導(dǎo)輪的曲率修改砂輪的修整程序，砂輪需修整成與導(dǎo)輪相反的凹度，所需曲率值略大于螺旋導(dǎo)輪曲率值，以加工某型號滾子滾動面的砂輪修整為例，砂輪寬度為300 mm，滾動面凸出量要求不小于2 μm。砂輪修整程序為：

N0001 G00 G90 G64 X2=0 Z2=0 /修整進口倒角

N0005 G01 X2=-1 Z2=0

N0010 X2=-0.5 Z2=-20

N0015 X2=-0.06 Z2=-50

N0020 X2=-0.5 Z2=-70 /修整砂輪圓弧部分

N0025 G02 X2=0 Z2=-260 CR=155 000

N0030 G01 X2=-0.01 Z2=-280 /修整出口倒角

N0035 X2=-0.04 Z2=-300

N0040 X2=1 Z2=-320

N9999 M17

調(diào)整完成后試車，導(dǎo)輪修磨前、后所加工滾子滾動面素線直線性對比如圖4所示，各項參數(shù)見表1，導(dǎo)輪修磨前所加工滾子滾動面直線性為波浪形，有凸點及凹點；導(dǎo)輪修磨后所加工滾子滾動面呈現(xiàn)出對稱性較好的凸度形式。

圖4 導(dǎo)輪修磨前、后滾子滾動面直線性對比

表1 導(dǎo)輪修磨前、后某型號滾子滾動面參數(shù)對比

導(dǎo)輪未采用專用磨床修磨前，終磨滾子的直線性不理想，超精加工后影響滾子的輪廓，超精滾子輪廓中心線偏移量要求為-4.8～4.8 mm,超精加工后滾子輪廓中心線偏移量超差。而采用導(dǎo)輪磨床修整導(dǎo)輪后，終磨滾子滾動面直線性合格，經(jīng)過超精加工后輪廓中心偏移量穩(wěn)定的落在合格區(qū)間內(nèi)。優(yōu)化前、后滾子超精輪廓對比如圖5所示，各項參數(shù)見表2。

圖5 導(dǎo)輪優(yōu)化前、后超精滾子輪廓

表2 超精滾子各項參數(shù)對比

4 結(jié)束語

采用數(shù)控導(dǎo)輪磨床修磨導(dǎo)輪，同時配合使用數(shù)控?zé)o心磨床,使砂輪通過編程精確地被修整為所需要的形狀，最后終磨工序滾子滾動面得到理想的直線性形狀，有效改善了滾子超精輪廓，避免了個別滾子因滾動面直線性不理想導(dǎo)致的超精對數(shù)曲線圖形不合格，提高了滾子質(zhì)量的穩(wěn)定性。