轴承内圈大圆弧沟道的一种新型磨削方法

王文龙，张合军

(1.浙江大学 机械工程学系，杭州 310058；2.无锡市普森精密机床制造有限公司，江苏 无锡 214151)

轴承内圈圆弧沟道磨削加工中，砂轮的修整是一道很重要的工序，砂轮修整精度直接影响工件的磨削质量。

1 内圈沟道传统磨削方法

轴承内圈沟道磨削中，一般采用传统的切入法磨削加工，如图1所示。磨削砂轮采用金刚笔圆弧摆动修整，被修整的砂轮圆弧质量直接影响待磨工件的质量。砂轮外缘的圆弧半径即轴承内圈沟道的圆弧半径，如果沟道的圆弧半径增大，修整砂轮时，就需要砂轮外缘的圆弧半径相应地增大，那么修整器(图2)弓形架的旋转中心与金刚笔之间的距离H0也要增大。当H0超出一定范围后，修整器结构将变得非常复杂，有时甚至无法使用。如果改用双伺服数控插补修整，一方面成本高，操作复杂；另一方面插补修整的圆弧精度较差，难以满足高精度的生产需要。

图1 传统切入磨削法

1—修整器;2—弓形架；3—金刚笔；4—砂轮

2 大圆弧沟道磨削砂轮的复合修整法

鉴于大圆弧沟道传统切入磨削砂轮修整时存在的问题，改变砂轮修整方式，采用复合修整法，如图3所示。

图3 砂轮复合修整法加工原理图

用筒形砂轮替代传统的砂轮结构形式。筒形砂轮旋转的同时，在其旋转中心线的高度上，金刚笔旋转且与筒形砂轮的一侧外端面相切，范成修整出一个球环面。使用此球环面砂轮磨削轴承内圈的大圆弧沟道。

2.1 筒形砂轮旋转机构

筒形砂轮外圆半径为R1，内孔半径为R2，宽度为H(图3a)。采用传统的电主轴(或皮带轴)驱动旋转。

2.2 金刚笔旋转机构

金刚笔放置在砂轮一侧前端，在与砂轮旋转中心线成α角的切平面内以d为直径旋转。将砂轮前缘修整(范成法)成半径为R的球环面。球环面的中心点在砂轮的旋转中心线与金刚笔旋转中心线的交点O上。

3 参数及精度的调整

3.1 粗调圆弧半径

如图3b所示，金刚笔旋转中心线与砂轮旋转中心线的交点为O。

为方便计算，将金刚笔旋转中心点与O点的距离用RX表示；金刚笔修整点(与砂轮的接触点)与O点的距离为R，即所要得到的砂轮端面球环半径。

由图3可知

(1)

式中：L为金刚笔旋转中心点与砂轮旋转中心线的垂直距离，mm；α为金刚笔的旋转中心线与砂轮的旋转中心线的角度，(°)。

调节L或α，均可以改变RX的大小。因为α<90°，则sinα<1,所以调节L(或α的角度)可以大幅度地调节RX，在实际操作过程中可以定为粗调。

3.2 微调圆弧半径

在保证L，α不变的情况下，RX是一个定值。这时，球环半径R、金刚笔的旋转直径d与RX的关系为

(2)

调节金刚笔旋转直径d，则R将随着变化，但R的变化量非常微小，在实际操作中可以定为微调。

3.3 机床布局

机床布局如图4所示。工件与修整器安装在同一拖板(工件拖板)上，由伺服电动机按图4所示方向驱动。筒形砂轮安装在砂轮拖板上，同样由伺服电动机驱动。2台拖板成T形布置。

图4 机床布局简图

工作时，在伺服电动机的驱动下筒形砂轮向左侧运动，工件拖板向上运动，修整器旋转，完成砂轮的修整。然后，工件拖板向下运动，砂轮的另一侧与工件沟道接触进行磨削。工件的磨削依靠砂轮的进给与补偿完成。

4 复合修整法的优缺点

4.1 优点

1)修整器结构简单，与传统的1∶1砂轮修整方法相比，此方案用较小的金刚笔旋转半径，就可以控制数倍于金刚笔旋转半径的砂轮球环半径。

2)砂轮球环半径在实际操作中可由粗调与微调2个环节调节控制，精度更高，操作更加容易。

3)与传统的插补修整相比，此为几何法成形，精度更高，成本更低。

4)砂轮前缘球环由金刚笔与砂轮的旋转范成磨削加工，可以磨削出交叉网纹，球环的几何精度更高，避免了传统切入磨削时工件磨痕始终在同一轨迹上，影响工件表面粗糙度，因而提高了磨削加工精度。

5)砂轮的补偿与进给为同一方向，不需要其他辅助结构。

6)砂轮使用前端面的球环磨削，磨削速度不会随着砂轮的修整而改变。

4.2 缺点

1)砂轮磨削时各个磨削点的速度不一致，导致磨削后套圈各点的表面粗糙度会有细微的差别。

2)磨削不同的套圈时，砂轮形状会受到一定的限制。如果型号差别太大，需要采用不同型号的磨削砂轮。

5 结束语

复合修整法为中小型轴承制造企业提供了一种简便、实用、高效且易操作的轴承内圈大圆弧沟道磨削方法。当沟道半径大于100 mm时，此方案效果较佳。实践中，在磨削孔径为90 mm、高度为46 mm、内圈沟道半径为180 mm的内圈大圆弧沟道时，选择的砂轮直径为180 mm，金刚笔的旋转中心线与砂轮的旋转中心线夹角α为21°46″，金刚笔的旋转半径为25.75 mm，仅为沟道半径的1/7，磨削后沟道表面粗糙度Ra可达0.15 μm。