霍會(huì)民, 張紹群, 李 季

（1.中航工業(yè)哈爾濱軸承有限公司，黑龍江 哈爾濱 150025；2.中國(guó)人民解放軍駐一二〇廠軍事代表室，黑龍江 哈爾濱150000）

四點(diǎn)接觸球軸承溝道超精研方法研究

霍會(huì)民1, 張紹群1, 李 季2

（1.中航工業(yè)哈爾濱軸承有限公司，黑龍江 哈爾濱 150025；2.中國(guó)人民解放軍駐一二〇廠軍事代表室，黑龍江 哈爾濱150000）

通過(guò)對(duì)超精研機(jī)控制方法、支承方式、油石壓力點(diǎn)、油石材料等的調(diào)整和改進(jìn)，找出了四點(diǎn)接觸球軸承溝道超精研方法。

四點(diǎn)接觸球軸承；桃形溝；超精研;油石；支承方式

1 前言

近年來(lái)出現(xiàn)了幾次因四點(diǎn)接觸球軸承溝道剝落引起軸承失效，導(dǎo)致精密機(jī)械出現(xiàn)故障的情況，為此進(jìn)行了失效原因分析，并針對(duì)分析結(jié)論開(kāi)展了加工工藝研究。

2 失效的原因

根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1），四點(diǎn)接觸球軸承的溝道形狀是由兩段圓弧組成的桃形溝道組成，使用四頭精研機(jī)、3MZ3220等普通精研設(shè)備無(wú)法完成內(nèi)、外圈的溝道精研加工，一直采用拋光法去除磨削痕跡，使用毛氈輪與氧化鉻配合加工，此方法很好地改善了溝道表面光潔度。

通過(guò)分析四點(diǎn)接觸球軸承套圈的精研加工工藝，該拋光方法很難改善產(chǎn)品溝形差、磨削變質(zhì)層、波紋度等技術(shù)指標(biāo)，而磨削變質(zhì)層是導(dǎo)致軸承溝道表面剝落的主要原因，因此必須通過(guò)調(diào)整加工工藝，改善溝形差、去除磨削變質(zhì)層、降低波紋度值和表面粗糙度值。

圖1 四點(diǎn)接觸球軸承溝形

3 改進(jìn)的方法

軸承套圈生產(chǎn)中的溝道超精研加工是決定軸承產(chǎn)品精度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響軸承的使用壽命和旋轉(zhuǎn)精度。通常的油石超精研普遍采用油石壓力恒定、擺動(dòng)角度恒定的加工方法。針對(duì)桃形溝套圈，使用梯倫豪斯超精機(jī)，通過(guò)控制系統(tǒng)不斷調(diào)整油石壓力和擺動(dòng)角度，改變定位方式，選用合適的超精磨料，確保超精加工滿(mǎn)足工藝要求。精研位置示意圖見(jiàn)圖2。

3.1 控制方式

梯倫豪斯超精機(jī)在系統(tǒng)控制方面應(yīng)用Siemens可編程控制器，通過(guò)伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工件在兩個(gè)工位各三個(gè)精研階段中以不同的速度旋轉(zhuǎn)，油石實(shí)現(xiàn)不同的擺動(dòng)頻率，實(shí)現(xiàn)各階段不同的加工要求，即：第一階段工件高速旋轉(zhuǎn)、油石高頻擺動(dòng)去除磨削變質(zhì)層；第二階段工件中速旋轉(zhuǎn)、油石中頻擺動(dòng)提高軸承套圈幾何精度；第三階段工件中速旋轉(zhuǎn)、油石低頻擺動(dòng)降低套圈溝道表面粗糙度值并形成儲(chǔ)油紋路。通過(guò)伺服系統(tǒng)控制油石擺動(dòng)角度，進(jìn)行不對(duì)稱(chēng)控制，使溝底方向油石擺角小，溝頂方向油石擺角大（見(jiàn)圖3， α＞β），伴隨油石壓力調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)桃形溝的超精研加工。

圖2 精研位置示意圖

圖4 液壓定心示意圖

圖3 油石擺動(dòng)角度

3.2 定位方式

軸承內(nèi)圈在支承定位方式上進(jìn)行了重大改變，通過(guò)液壓定心實(shí)現(xiàn)徑向定位（見(jiàn)圖4），輔助以壓輥?zhàn)鬏S向夾緊。液壓定心是指壓力油通過(guò)心軸上的小孔在心軸和軸承套圈之間形成壓力油膜，壓力油膜支承軸承套圈。此方法從根本上解決了機(jī)械接觸式支承存在的問(wèn)題，例如固定式心軸復(fù)映軸承內(nèi)孔缺陷、旋轉(zhuǎn)式心軸復(fù)映旋轉(zhuǎn)體缺陷，而液壓定心沒(méi)有了軸承套圈與心軸之間的機(jī)械接觸，這樣軸承套圈與心軸之間就不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械摩擦，因此0.01mm以下的心軸缺陷不會(huì)復(fù)映到軸承套圈上，保證軸承內(nèi)圈精研加工質(zhì)量不受定位精度影響。

3.3 磨料材料

梯倫豪斯超精研機(jī)配置的油石品牌是MICROTOOL，和眾多歐美磨料品牌一樣，MICROTOOL油石的使用針對(duì)性較強(qiáng)，特別適合特殊材料、特殊熱處理工藝條件下，具有特殊工作表面紋理要求和預(yù)定壓力要求的軸承超精研加工。國(guó)內(nèi)軸承企業(yè)目前大量使用的還有日本油石，對(duì)于通用材料軸承套圈的超精研加工來(lái)說(shuō)，改善效果比較明顯。

CBN油石已成為油石超精加工的主要磨料，對(duì)于國(guó)產(chǎn)磨料還是進(jìn)口磨料的選擇，取決于軸承加工工藝及工藝裝備的水平，配合合適才能發(fā)揮理想的精研效果。

對(duì)于四點(diǎn)接觸球軸承的內(nèi)、外溝道超精加工，梯倫豪斯超精研機(jī)將整個(gè)超精研過(guò)程分為粗超和精超二個(gè)工位，分別選用不同性能的CBN油石。粗超階段選用比較鋒利的油石磨料，油石壓力相對(duì)較高，精研切削能力較強(qiáng)，通過(guò)粗超的三個(gè)精研階段去除工件表面砂輪花，初步統(tǒng)一尺寸，為精超加工打好基礎(chǔ)；精超階段選用相對(duì)鈍化的油石磨料，油石壓力相對(duì)較低，切削能力減弱，拋光作用加強(qiáng)，改善溝形差，降低波紋度值和表面粗糙度值。

4 超精研加工的優(yōu)點(diǎn)

通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)和批量加工驗(yàn)證，超精加工有以下優(yōu)點(diǎn)。

（1）超精研加工能夠有效改善圓形偏差，降低波紋度值，有效去除磨削變質(zhì)層，降低表面粗糙度值，通過(guò)改善圓形偏差，提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度，降低軸承使用時(shí)的振動(dòng)和噪音。

（2）超精加工能夠在溝道表面形成對(duì)軸承使用有益的殘余壓應(yīng)力。

（3）超精研加工能夠提高軸承承載能力。套圈溝道表面的實(shí)際支撐面積經(jīng)超精加工后有較大增加，為提高整套軸承的承載能力創(chuàng)造了良好的條件。

（4）超精研加工提高了軸承潤(rùn)滑效果。超精研加工后溝道表面形成紋理均勻細(xì)膩的交叉網(wǎng)紋，對(duì)潤(rùn)滑非常有利，使溝道表面易于存儲(chǔ)潤(rùn)滑油，在軸承工作時(shí)套圈與鋼球接觸表面保持一層油膜，從而避免或減小磨損。

（5）超精加工的綜合效果反應(yīng)為軸承工作時(shí)減少發(fā)熱。

5 結(jié)束語(yǔ)

該精研方法已經(jīng)推廣到所有內(nèi)徑在10mm以上的四點(diǎn)接觸球軸承、三點(diǎn)接觸球軸承、各種接觸角（60°、40°、25°、15°）球軸承及深溝球軸承的超精研加工中。經(jīng)過(guò)一年半的推廣使用效果良好，溝形差、磨削變質(zhì)層、波紋度和表面粗糙度等技術(shù)指標(biāo)100%滿(mǎn)足工藝要求，圓度、波紋度優(yōu)于工藝要求60%以上。經(jīng)過(guò)事實(shí)驗(yàn)證，各類(lèi)型特殊溝形球軸承完全可以應(yīng)用油石超精研方法進(jìn)行加工。

（編輯：王立新）

Research method of four point contact ball bearing channel super-finishing

Huo Huimin1,Zhang Shaoqun1,Li Ji2
(1.AVIC Harbin Bearing Co.,Ltd.,Harbin 150025,China;2.Military Delegrate Office of PLA Residing No.120 Factory,Harbin 150000,China)

By adjusting and improving the control method , the support mode, whetstone pressure points, whetstone material of the super-finisher, a method of four-point contact ball bearing channel superfinishing was found.

four point contact ball bearing;peach shaped groove;super-finishing;whetstone; supporting way

TH133.33+1

B

1672-4852（2015）04-0018-02

2015-12-03.

霍會(huì)民（1982-），男，工程師.