一種超精簡(jiǎn)易定心軸的開發(fā)

寧晉，馮紀(jì)偉，薛文方

(1.洛陽(yáng)軸研科技股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039；2.河南省高性能軸承技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽(yáng) 471039；3.滾動(dòng)軸承產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，河南 洛陽(yáng) 471039)

軸承內(nèi)圈滾道超精研主要有以外徑面或內(nèi)徑面為定位基準(zhǔn)這2種超精方式。以內(nèi)徑面為基準(zhǔn)超精的主要工裝為定心軸，定心軸的加工質(zhì)量直接決定超精質(zhì)量，定心軸裝夾超精方式的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與檢測(cè)基準(zhǔn)統(tǒng)一，適用于所有磨削工藝方法；而以外徑面為基準(zhǔn)超精的主要工裝為無心夾具，主要適用于以外徑面為基準(zhǔn)的磨削工藝[1]。若以定心軸裝夾方式超精，需要嚴(yán)格保證定心軸等工裝與所加工軸承型號(hào)匹配，如果定心軸缺少相應(yīng)型號(hào)且在處理緊急、小批量以及非標(biāo)型號(hào)等需要快速反應(yīng)的訂單時(shí)，定心軸等工裝的制作周期勢(shì)必延誤訂單的交付。若以外徑面為基準(zhǔn)超精進(jìn)行替代，采用無心夾具或滾輪裝夾方式超精，一方面必須有配套的相應(yīng)設(shè)備，另一方面由于該超精方式加工基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不統(tǒng)一，要實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的精度要求，需要保證外徑與滾道的同軸度精度指標(biāo)達(dá)到較高要求，必定需要增加工序，進(jìn)而增加生產(chǎn)成本，延長(zhǎng)生產(chǎn)周期。因此，在定心軸裝夾方式下超精，且需要快速反應(yīng)、嚴(yán)格控制成本時(shí)，設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且便于就地取材的定心軸非常必要。

1 定心軸裝夾超精研原理

定心軸結(jié)構(gòu)根據(jù)軸承內(nèi)圈內(nèi)徑是否有角度，可以分為錐度心軸和圓柱心軸。定心軸的關(guān)鍵是保證定心軸作用表面與機(jī)床安裝孔之間的同軸度要求，一般設(shè)計(jì)理論認(rèn)為同軸度保持在0.012 mm以內(nèi)是合格的。定心軸裝夾超精研原理如圖1所示[2]。

超精內(nèi)圈滾道的定位夾緊過程為：工件上料到位→定心軸頸伸入內(nèi)孔，實(shí)現(xiàn)定心→壓輪端面壓上，實(shí)現(xiàn)端面定位壓緊→工件主軸帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)→油石壓上，開始超精[3]。為了進(jìn)一步提高定位精度,在設(shè)備條件允許的情形下也可以在定心軸上加設(shè)注油孔實(shí)現(xiàn)液壓定位。

圖1 定心軸裝夾超精原理圖

2 簡(jiǎn)易定心軸的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)分析

1)定心軸需要實(shí)現(xiàn)與加工軸承內(nèi)圈內(nèi)徑的基本尺寸一致，配合方式為間隙配合，最佳配合間隙控制為0.05～0.08 mm。因?yàn)殚g隙過小，工件偏斜容易造成軸承與定心軸之間難以自動(dòng)脫離，甚至造成內(nèi)徑面的劃傷；間隙過大，由于徑向竄動(dòng)量而容易造成超精精度指標(biāo)不合格。

2)原定心軸加工精度高，簡(jiǎn)易定心軸設(shè)計(jì)最好是建立在原定心軸的基礎(chǔ)上，一方面減少材料的利用，另一方面簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，降低加工難度和成本。

3)定心軸的材料最好與原有定心軸4個(gè)陶瓷塊一樣具有一定的自潤(rùn)滑性能，或者定心軸與加工件內(nèi)徑面之間能夠形成比較好的潤(rùn)滑油膜，避免干摩擦狀態(tài)。

4)加工不同型號(hào)軸承內(nèi)圈時(shí)，端面壓輪及壓桿需隨之相應(yīng)調(diào)整，一般端面壓輪和壓桿為每個(gè)型號(hào)單獨(dú)配置，在沒有相應(yīng)型號(hào)配置時(shí)，可采用臨近型號(hào)加調(diào)整墊片等措施實(shí)現(xiàn)端面定位。

2.2 改進(jìn)后結(jié)構(gòu)

改進(jìn)后定心軸裝夾超精如圖2所示，此簡(jiǎn)易定心軸裝夾工裝由軸套和原定心軸組合而成。

圖2 簡(jiǎn)易定心軸裝夾超精原理圖

根據(jù)原定心軸結(jié)構(gòu)及所超精軸承內(nèi)圈內(nèi)徑的形狀，設(shè)計(jì)的定心軸套結(jié)構(gòu)如圖3所示。4種定心軸套結(jié)構(gòu)分別適用于不同的場(chǎng)合：內(nèi)直外直式適用于原定心軸為圓柱形、所加工內(nèi)圈內(nèi)徑為直孔的情形；內(nèi)直外錐式適用于原定心軸為圓柱形、所加工內(nèi)圈內(nèi)徑為錐孔的情形；內(nèi)錐外直式適用于原定心軸為錐形、所加工內(nèi)圈內(nèi)徑為直孔的情形；內(nèi)錐外錐式適用于原定心軸為錐形、所加工內(nèi)圈內(nèi)徑為錐孔的情形。

圖3 4種定心軸套結(jié)構(gòu)

2.3 定心軸套參數(shù)分析

改進(jìn)后簡(jiǎn)易定心軸裝夾超精的關(guān)鍵是定心軸套的設(shè)計(jì)制造。

1)定心軸套內(nèi)徑與原定心軸形狀完全一致，兩者為輕微過盈配合，過盈量為0.015～0.035 mm。

2)定心軸套外徑與加工內(nèi)圈內(nèi)徑形狀完全一致，兩者之間為輕微間隙配合，配合間隙為0.05～0.08 mm。

3)為保證內(nèi)圈內(nèi)徑面的外觀質(zhì)量要求，將定心軸套進(jìn)行特殊處理，如磷化處理，實(shí)現(xiàn)自潤(rùn)滑性能；或者在設(shè)備允許的條件下，簡(jiǎn)易定心軸開設(shè)注油孔實(shí)現(xiàn)液壓定位。

4)嚴(yán)格控制定心軸套的各項(xiàng)加工精度，尤其是外徑和內(nèi)徑之間的厚度變動(dòng)量，最好控制在3 μm以內(nèi)。

5)定心軸套材料硬度選擇與所超精工件接近，由于潤(rùn)滑和超精加工作用力較小，1～2年內(nèi)無需考慮定心軸套磨損導(dǎo)致的間隙變化問題。

3 應(yīng)用效果

設(shè)計(jì)加工了5個(gè)產(chǎn)品型號(hào)的簡(jiǎn)易定心軸，在超精實(shí)踐中取得了理想的超精效果。以超精圓錐滾子軸承31315直孔內(nèi)圈為例分析，通過設(shè)計(jì)、加工定心軸套，其結(jié)構(gòu)如圖4所示，安裝使用后，500件內(nèi)圈超精后各項(xiàng)精度滿足工藝要求的合格率達(dá)到100%。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)軸承內(nèi)圈定心軸裝夾超精研的工藝特點(diǎn)，開發(fā)了一種簡(jiǎn)易定心軸系列超精工裝，實(shí)現(xiàn)了對(duì)定心軸的范圍補(bǔ)充，對(duì)相應(yīng)定心軸缺少且處理緊急、小批量以及非標(biāo)型號(hào)等需要快速反應(yīng)的訂單時(shí)具有一定參考意義。

圖4 錐孔心軸改制為直孔心軸定心軸套結(jié)構(gòu)圖