圆柱滚子轴承套圈越程槽的加工改进

李红，方芳，张军，江瑾蓉

(⒈洛阳轴研科技股份有限公司，河南 洛阳 471039；2.四川大学，成都 610065)

圆柱滚子轴承应用范围广泛，其滚子、滚道的加工技术已十分成熟，但对带挡边套圈越程槽的加工还有一些需要改进的地方。越程槽尺寸和形状的设计，对越程槽的加工工艺性及套圈的质量产生较大影响。下文以NU1006型圆柱滚子轴承外圈越程槽为例，分析相同坐标尺寸、不同形状的越程槽在加工时的优缺点，得出较好的设计方法，并推广至其他型号轴承的加工中。

1 越程槽形状对套圈的影响

NU1006型圆柱滚子轴承外圈带双挡边，内圈不带挡边，轴承设计使用Φ6 mm×6 mm的圆柱滚子。图1为外圈越程槽的成品图，依《加强型圆柱滚子轴承设计方法》,越程槽只给出M2max，Mmax和M1max尺寸，没有规定槽底圆角的曲率半径及圆越程槽是在车加工过程中用成形车刀切入加工的，越程槽的形状、尺寸主要取决于车刀的形状和尺寸。越程槽车加工用图，不仅要按照成品图中所标的具体尺寸加上车加工留量计算出车加工越程槽的坐标尺寸，还要给出圆弧曲率半径R和圆弧两侧切线的角度，为越程槽的加工、检查提供依据。

图1 NU1006轴承外圈越程槽成品图

为了保证越程槽的有效尺寸，工艺中均取坐标最大值，越程槽车加工尺寸如图2所示。作图过程为：按照图1中查得的尺寸坐标值做成品零件越程槽图，滚道与挡边的交点为越程槽圆弧的中心。依滚道、挡边的车加工留量做相应的平行线，该平行线与挡边延长线的交点为C，与外滚道延长线的交点为D；在加工中为了增强刀具刀头的强度，取C，D两点间过渡圆角R为0.5 mm；连接AC及BD，得到外圈的越程槽形状和尺寸。

由图可知，OA，AC间夹角为43°21′52″，OB，BD间夹角为32°0′19″，AC，BD间夹角为14°37′48″。同时，过A点做BD的垂线，由作图测得垂线段长度为0.9 mm；过点B做圆角R(0.5 mm)切线的垂线段，测得垂线段长度为1.34 mm。

图2 NU1006轴承外圈越程槽车加工尺寸图

从图2可知，在加工过程中，C，D点受力大，刀头易磨损。在车加工时，因为加上了留量，刀头的长度增加，容易脆断，导致越程槽的加工质量不易保证，加工效率低；OA，AC间夹角和OB，BD间夹角越小，挡边与滚道的加工留量的偏差对成品越程槽的尺寸影响越大；过深的越程槽也会影响套圈的强度。

2 越程槽形状改进方法对比

为了改进C，D两点的切削状态，改变越程槽的过渡圆角曲率和圆弧两侧斜边的角度。如图3所示，作L1，L3的过渡圆角R=0.35 mm，分别过A，B两点做圆角的切线，切点分别为C，D，连接AC及BD，得到外圈的越程槽形状和尺寸。

图3 NU1006滚子轴承外圈改进的越程槽形状

改变过渡圆角后，刀头的长度相对原方法变短，C，D两点没有尖角，圆角与斜边相切，刀具强度增加。但破坏了原有刀具的形状，刀尖圆弧太小不好刃磨，且刀尖易损坏(如崩刃)，在加工过程中容易在越程槽处形成尖点造成应力集中，导致套圈淬火后出现裂纹。因此，需对越程槽的尺寸和形状再次进行改进。

取刀尖圆弧R=0.45 mm， 与图3作图方法相同，得到如图4所示的越程槽形状。在加工过程中，C，D点与过渡圆弧相切，可改善切点的刀具强度，越程槽深度略微减小。

图4 R0.45的改进越程槽形状

又进一步作出M=0.3 mm，R=0.3 mm和M=0.3 mm，R=0.4 mm时的越程槽形状，分别如图5、图6所示。

图5 M=0.3时R0.3的越程槽尺寸和形状

图6 M=0.3时R0.4的越程槽尺寸和形状

越程槽深度M和刀尖圆弧曲率半径R不同值下的刀宽、刀深及角度的对比见表1。作图对比如图7、图8所示。

由表1及图7、图8可知：当M=0.5 mm时，方法3的刀宽最大，且OA，AC和OB，BD间夹角最大，因此，滚道和挡边留量偏差对成品越程槽的影响最小，不容易造成“留边”现象，成品越程槽的尺寸比较统一；当M=0.3 mm时，方法5比方法4的刀宽大，OA，AC和OB，BD间夹角也大，可有效提高刀具强度，刀具耐用度较好。

表1 原方法及改进方法的刀宽、刀深及角度对比

图7 方法1，2，3的作图对比

图8 方法3，4，5的作图对比

当M1，M2确定时，M在满足加工工艺需要的前提下其值越小，刀具的深度越小，强度越高。由此可知，方法5相对较好。

当M，M1，M2确定时，由于M2

3 结束语

通过改进，刀尖磨损(侧磨)减小，散热好，刀具根部强度增大，避免了越程槽过深或过浅对套圈的影响，工件加工质量稳定，效率提高。NU1006型圆柱滚子轴承外圈越程槽的加工中，方法5比原始的砂轮越程槽设计方法加工效率提高了30%～50%，刀具的使用寿命也得到了成倍的提高。

改进后的越程槽设计方法在较小的尺寸段有较大的优势，而在大尺寸段与原有的设计方案差别不大，这是因为大尺寸段的刀具强度较大，在结构尺寸改变时强度变化不是十分明显，但总体仍有所提高。另外，越程槽加工改进方法中，增大成形刀两切削刃间的角度、减小刀具的长度、刀具圆弧与斜边光滑过渡、避免尖角切削等设计思路，不仅可以应用在小尺寸砂轮越程槽，而且也可以应用在其他小结构的成形车加工工序中，如轴承的密封槽、油沟等结构设计中。