在双端面磨床上磨削轴承套圈.pdf

0 v0、，0 、工艺与装备 、，、，、，在双端面磨床上磨削轴承套 圈 啥尔滨轴承厂刘玉 民 一前 言 双端 面磨 床在 轴 承加工行 业 中 已 普 遍 采 用，主要应用 双端面磨 床 同时 加工轴 承套圈 的 两个端 面，并 且它 的使用范 围越来越 广泛，其加 工原理 如图 1所 示。图 1贯穿 式 双 端面 磨床 唐 削原 理 双端 面磨 床 的主要特点是 效 率 高，以 3 0 8 轴承外 圈为例，在双端 面磨床 上软磨两个 端面，班产 可达 2 4万件 以上；另一个 特点 是 质 量 好，以3 0 6轴承内圈为例，它的两个端面的平行 差和弯 曲度，可达 0 0 0 3 0 O o 4 mm 之 内，并 且相 互尺寸 差可 控制在 0 0 2 mm 之 内。再 加 上采 用 自动测 量 自动上 料等装置 可 实现 磨削 的全 自动 化，这 也就大大 地减轻 了劳动强度。从 磨削精度来看，被磨 削表 面就是 定 位面，并 且一 次 同时 磨削两 个靖 面，这就避 免了定位 误差和 加工 误差 的迭 加。它 适用于大批 量生产 和连续 加 工 作 业。二 切 削 力 的 分 折 在加 工产 品的过程 中，为 了使砂 轮从工件 表 面磨下磨 屑，砂 轮必须 与工件接 触 并 切入工 66 件 表面，此 时磨 料与工件 之间分别 作用大小 栩 等、方 向相 反 的力，也就是 由于 砂 轮的高速 旋 转，磨 掉 了工件的 留量，砂轮相对工件 必 然妥 遇 到磨 削 阻力，阻止砂轮磨 掉工件 的 留量，这种磨 削 阻力，就是我 们所 说 的切削力。为 了实际需要 和便于分 析，通常 将磨削 力 P分解 为三个 相 互垂直 的分力，即 尸、P。切 削力 P 的公式 一般形式 如下：P：6 式 中 P 切 削力；d 决定：砂轮 特性、工件 材料 等的 系数、磨除 量厚度；一纵进 给；一切 削 速 度；一被加 工零件在 圆 周 平 面 上 的 宽 度；在垂直 于送进运 动 的方 向测 量；m、一一 指 数。切 削分力 为：P 婀 7 b 0 螂 b 只 0_ 0 9 8，切削力 P(P I、P。)的大小 与工件冒最，进 给速度和 切削速度 的大 小 的关 系是 非常密 切 的。凰 2表 明切 削力 P 和 被 切 除 留 量 之 间 维普资讯 http:/ 6 O 善 5 g D-40 3 0 喜却 f。D 口|靛切豫 t M，圈 2切 前力 千 被 切除 督 近间 芰 景 匀 关系。切 削力 和每 次被切 除的 留量之 间近 似 地成正 比关 系，每次被蘑 掉 的留量越 大 其 切削 分力、P、_ P，就越大，从而总 的切削力 _P就 越 大。图 3表 明切削力 P 和切削 速 度 之 间 的 关 系。由曲线 可知 切 削力 P 和 P 与切 削速 度 的关系并 不大，而 切削分 力 随着 切 削 速 度 的减 步而 急剧 地增大，也就是 砂 轮的转速 越 高，切 削分力 就越小。督 毋 托躐 毛废 (砷”圈 3切 削力 和 切 削遗 崖 间 的关 系 图 4表 明切削力 P 和纵 向 进 给 量 4的 大 小 之间 的关 系。进 给速度越快，单 位时 间内磨 掉的金属量 就越大 因而切 削分力 P、P、P 就越 大 切削力 P 就 越大。奎 L 翱盥精 嘎 at 蚶 罔 4 力和缴向进碧量 问的关系 在 磨削轴 承套 圈时，我们 将砂 轮在 水平方 向上调 成一 个微小 的角度，使工 件 的进 口小、出 口大 这种调整 方法与通 常介绍 的正 好相 反，但 这种谓整方法是有一定根据的，其 目的就蔷 产 工 件磨 削时 在砂 轮进 口处磨 去较 多的余 量 逐 渐 磨 到所要 求 的尺寸。这 是 完全 符台一般 机械 加工 过程 的。也 就是 首先粗 磨，然后精磨 最 后 光 磨，磨 削完毕 后 =件离开 磨削 区域。这种 调整方 法，从磨 削机理上 分析，在加 工 中 砂 轮和轴承 套 圈的接触面 上产生 三种不 同 的加 工工过程 如 图 5所示。臣 5三 种 不 同 的加 1：过 埕 切削过程：工 f 牛进入 磨削 区以后 在 砂轮 磨 粒 的作用下，表层 发生破 裂而 形 成切 得 i 相 当 高的余量切 黯率 这个 阶段就是 粗磨 阶：。耕犁 过程：磨粒使工 件材 料 向磨粒 猾动方 向做塑性 流动 材 料被挤压而 堆起和 断裂，得到 较 低 的余 量切 除率，这就是精 磨 阶段。摩擦过程：砂 轮 的磨粒 在工件 上摩擦，使 工件材料产生弹性和塑性变形 其本质上无材 料 切 除，这就是 光磨 阶段。轴承套 圈在磨 削时 由于进给 的不均 匀性 和 圆形工件 通过机 床 引起 的砂轮 周期 性 振 动，另一方 面机床 的各 部件 耍产生 弹性变形，套 圈 是在 可变切 削力的 作用 力，所 以套 圈的 留量切 除不是 常量，不是 等量 切 除的，是 脉动的。因 此，切 削力 P 随着工件进 入磨削 区，以一 定的 周期而 连续变 化，此周 期 等于 一个套 圈完全进 入磨 削区的时 间。砂轮 在加工 过 一 些 套 圈 以 后，砂轮截面 的形状 会改变，在 砂轮端 面靠近外 圈部分 形成塌 边。实 践证 明套 圈 的大 部分 留量 都是 在 进 口处 磨除，不到 砂轮直径 的三分 之一 长度 内，约 磨去 余 量的三分 之二，而其余 的三分 之一留量是 在 其它 长度 内磨 削 的。如果 砂轮 直径 为 7 5 0 ram，那 么 套 圈 的 大 部 分 留 量 是 在 工 件 进 口 处 2 0 0 mm 上磨 削区域 内 切除的。67 维普资讯 http:/ 三 轴承套的双端面磨削每个工步的寓 削 深度 由于双 端面 磨肖 1j 是 用两 个旋 转方 向相 反 的 砂 轮，同时J i N x 妻 罔的两个端 面，因此 它产生 了 特殊 的磨 削条件。当套 罔沿着 磨削 区域 贯穿 进 绐时，两 侧砂 轮沿着 相 反方向旋 转，其 力和 力矩 分布情 况如 图 6所示。在双 端面磨 削时，工件 两端面所产 生 的 和 P 切 削分力，其 方 向刚 好 相反，切 向力 P 和 P !产 生了作 用力 矩 或 称 倾 转力矩 一(只 +)h，这个 力 矩 使 工 件 沿着垂 直于磨 削平 面的方 向转动，直至此 时 建 立 起 的法 向力 P t和 P 他们 以，为 力臂，形成一平衡反作 用 力 矩 P 一(只d+P )，在一般 情况 下，皿，使 工件 沿力矩 Ma方 向转动，直至法向力 只 和 P 因工件偏转而 增 大，使M 一 工件 处于 平衡状态。嚣 幽 孝 日 图 6 端面砂轮磨 削套蹰时力和力矩的分布情况 因为切 削力与单 位时 间内所切下 的金属量 成正 比，而 切下 的金属量是 磨削深 度，磨削宽度 和进 给速度 的乘积。在其它条 件都不变 的情 况 下，切 削深度 越 大，切 削力越大，产生 的热量 越大，越容 易使 端面产 生烧 伤。为了保 证产 品 质量 和提 高生产 效率，在 不产 生 烧伤和保 证质 量 的前提 下，磨 削深度 应尽 量大些，这样才 能 提 高磨削 效率。为此，双端面 磨削时，必须 台理 分 配每个 工步 的加 工余量。每个 工步磨去 的余 量过 大，会 使砂轮 工作面 过快磨损，磨 削力使 工 件产生 过大 的磨削 热造成烧 伤，不能保 证产 品 质量；磨量 过小，生产效率 低。所 台理 选择 每个 工步 的磨削量是很 重要 的。下面 以我J 一 常 加工 的部分单 列 向心球轴承 的套匿为例，讨论 每一工步磨 削深度 的台理 数 值。加 工套 圈时，若 每一端 面 的有 效面 积为 每一工 步 的最 太磨膝 体积为 则 每一工步 T，的最大磨削深 度、一 一 罟 。u 对 于加 工外套 圈，我 厂的 实戏经验是；当 1 2 0 0 m V 一2 6 0 mm 当 1 2 0 0 i a n l 2 5 0 0 m 皿|，厂 m 一2 8 0 ramu；当 2 5 O 0 I o z n j 3 8 0 0 mm V 一3 1 0 i z l m；当 3 8 0 0 mi D 5 0 0 0 mmz，=3 5 0 rams；当 5 0 0 0 mn 6 2 0 0i z l m V 一3 8 0mm。例 如 轴 承 3 1 1的外 套 圈，平 面名义 留量 为 0 2 0mm，每一 端 面 的有 效面 积 1 7 9 8 5m 每一 工步 的 最 大磨踪体 积 一2 8 0mm 则 每一工步 的 最 大磨 削深 度 一孚；_ o _1 6 2 m m 0 1 6 m 磨 削 工 步 致 为 n、n 一 等一 1 2 5，尉 整 成 整 数，取 一2。对于 加工 内套 圈时，由于 内套 国外 径较小，在两砂轮间工件较多，易产生烧伤和磨伤，因此 在磨 削内套 圈而 当每一端 面 的有 效面积 与外套 圈相 同时，每一 工步 的最 大磨 剐体积 比外套 圈 小。对 内套两加 工，我 厂 的 实 践 经 验 是：当 S 1 2 0 0mm，厂 m I=2 3 0ramS；当 1 2 0 0 mm 2 5 o o m V一q,5 0 mm,当 2 5 O O mm B B S O Omm J =2 8 0 ram。；当 3 8 0 0 h a m 81 2 0m 或 内径 d 6 0ram 以上)，经过双端面磨 床磨 削 以后，在套 圈端 面上 很容 易产生烧 伤，如 图 l u 所 示。圈 如套 圈端 面烧 伤 示 意图 这是 因为 中，大型套 圈的端面 面积 较 太 幅 面较 宽 磨 削时套 圈的端 面紧紧地贴在砂 轮 的 端 面上，尽管冷 却 液的流量加 大，砂 轮在高速 旋 转时 冷却渡在磨削的瞬间 无法进入砂轮端面：+牵 维普资讯 http:/ 和套网 端面之 间。套圈端 6 j 在 切削力 的作用 套 圈端 面 的温度 剧 烈升 高 到临界温度 以上，使 金相组 织发生 改变，这种组 织经 过酸 洗后，显示 出不 同的尺 寸和形状 的烧 伤，这 就是 中、大型套 罔端 面烧 伤 的根本原 因 消除烧 伤的根本 办法，就是 采用 开槽砂轮，如 图 l l所示。这 是 因为开楮砂 轮 的端 面上，开 有 6 8条流水槽，冷却液一方面喷射到套圈外 径 上，另一方 耐又沿着砂 轮 的槽 喷射 到套 圈端 面一 冷 却液 从套 图外径 和两 个端 面同时冷 却，肼削 时套圈端面 上产生 的高温，直 接被冷 却液 带 走，因而 工件端 面不会产 生烧伤。冒 n开槽 砂 轮 示 意 图 4 端面磨 伤 由于 工件进 给的不均 匀性，所 以磨削轴承 套 圈时，经常在 套 圈端面上产 生各种 各样的磨 伤。轻微 时套 圈端 面边缘产生 深度较 浅的扫 伤 痕迹 严重 时呈现 刀削形 磨伤。按照 通常介 绍 的方法调整 机床工件进 口大、出 口小，使 工 件逐 渐磨 削 这 种调整 方 法，恰恰是 套 圈端面产 生磨 伤 的根 源。出 口小，工件在离 开砂 轮之前，还在 被磨 削，没有光磨 时 间，工件在 离开砂 轮 时，很容 易产生 划伤、扫伤等 各种类 型 的磨伤，如 图 1 2所示。牵 牵()三角(直线 r )刀削形 形划 拓 彤 剧伤 刘伤：一 _(靠 内任扫仿)靠 径扫仿 臣 1 2 工 件 昀各 种磨 伤 为 使 套圈有较 高 的磨削精 度，磨 削 以后 必须有 一段修 磨时 间，为此，按磨 削留量 的大 小，将砂轮 在水 乎方 向的投 影，调整成 一个 角 度，即工件进 口小，而 出口大 些 工件 在进 口 处，首 先磨 去较多 的留量 当1件接 近出 口时，磨量较 小，起到 了光磨作用，因而 光洁 寝较 商。实践 征明，这 种凋整方 法，很 少产 生磨伤 现象。五，特 殊产品 的双端面 磨削 上 面分析 的是轴承 套 圈两个 端 面面积相对 称 的产 品，下面分 析一下 套圈 的两 个端 面面积 不相 等 的产 品的双 端面磨 削方法。6 0 0 0 0 系 列(包 括 6 0 2 0 0系 列 产 品 和 6 0 3 0 0系列产 品的内、外套 圈)由于套 圈的端 面一面带有牙口(或台阶)，另一面不带牙口，套 圈 的二个端面 的面积大 小不等，两个端 面：对 称，因而套 圈的=个 端面 的有 效磨 削 j 税也 是 不 等的，如 图 1 3所示。鼠 图 轴承 6 0 2 0 9嗣 外 套 圈 图 根据 国外资料介 绍，当磨 削两个端面 不对 称 的轴承 套 圈时 即套 圈 的一个 端 面面积 犬，而 另一 个端面 面积小 时，也是 在职端面 磨床上 髫 削的。其 磨 削方 法如 下：一种方法是，二个砂轮 的 转速是 不等 的，都 是 采 用无级变 速来实 现的。套 圈端面 面积大 的 采用 高转速 砂转磨 削 端面 面积小 的采用 的是 低 转速砂 轮磨 削，使两个 端面 的磨 削深度 相等 来 达剐所要 求 的去除量。另一种方 法，也是 在 双端面磨 床上磨 削 的。二个砂 轮 的特性是 不 同的，砂轮 的材质也是 同的。大 的端面采用较 软 的砂 轮 即磨 削能 力 较强的 砂轮：小的端 面采 用的是 较硬 的砂轮 来 实现二个 端面 的磨 削深度楣 间，保 证淘遭 的位 置在要 求的范 围内。以上耐种 加工方法，对我们 所使用 的双端 面磨床是 不适 用的。因为我们 所采用 的双端面 磨 床，二个砂 轮 的转速是 固定 的，只有 一 种 转 】维普资讯 http:/ 表 2 6 D 0 0 0系刊轴承内外套 匿小端面磨削深度 内 外 套 臣士 端 套 髑小 内 夕 套 圈端面 内 外 套 匿小 轴晕型号 面 面 积岛 端 丽面 粤 岛 磨 削留 量 灞(m(瑚m)r mm、0：0”30 8 8 5 502 20 2 41 8 2 3 0 10 0 11 C OC O7 。坦S 0 4；5 1 4 4 9l 5 8 04 6 3 0 1 li 1 2 0 O g 7 9，6 88 GO 37 2 9 I1 53 2 53 f；0 09 43 8 53 (,8 9 8 8 3 9 6 0 0 5 56 6 5 6 c 1 Ll O 46 7 25 731 87 ；0 0 4 2 i 5,t-3 0 8 O l1 OJ1I 5 2 6 7 1，7 8 2 9 0 4 蚰4 7 7 1 0 3 5 O 21 46 7 3 1 6 45 21 8 8 85 1虬 l 6 7 0 1 i 0 1 1 6O 3 06 477 5 j 船 2 0 6 3 7 2 S 4 68 0 12 r。c 7 441 42,6 4e o o 35 ，08 6 05 8 0 0=【窖。0：1 e5 57 0 32 8 3 51，8 g 7 0 O l 6 03 0 9 73 5 1 5 147 5 盯 58S e，1 1 143 5 4 0 l 1 速 即转速均 为7 5 0 r,mi，不能 变速；二个 砂 轮 的材厦 是完 全一样 的。要想 在这 样 的双端 面磨 床 上磨 削轴 承套圈 的二个端 面 的 有 救 面 积 不 等，即一面带牙 口(或 台 阶)的端 面面积 小，另一 端 蕊面豫 大的套 圈，在 正常情况 下，磨 削两个 端 面 的磨削深 度是 不 同的，带 牙 口端 面磨削深 度 较深，沟道 的位置较低，这样造成淘道位置偏 移，满 足不 了生产 的需要 为了提 高 生产 效率，保 证产 品加 工 质 量，6 0 0 0 0系 列套 圈的二个 端 面，仍 然采 用 双 端 面 磨 床麝削，那就 是在车 加工 时，预先 留 出一定量 的留量，经 过双端面磨 床磨 削 以后，有意 淡轴承 套 圈端面 一面多磨，另一 面少 磨，磨完 以后，使 套 圈符台 工艺 要求。实践 证明：切削力 与单位 时间 内所 切下 的 金属量成正比。在其它条件都不变的情 况 下，每个端面的磨削深度 与套圄端面的有效面积 7 曹 成 反 比，还取 决于一 系列 的参 数，其 中有两个 砂 轮的特性，两个 主轴 的转速，以及两 个端 面 的留 量。实践证 明：当同一个 套 圈的二个端面 有效 磨 削面积 之比，即 1 3时 为犬端殖f 面积，为小端面 面积)，也就是 二个端面 的有 效磨削面积相差不太悬殊时，两个端而的 磐削 深 度 种 屯，与套 圈的两 个端 面 的有 效面强 成 反 比，即 缸：屯一：。如果 被 磨 削套 圈端 西 的面积大 小相 等，两 个 端面是 对称 的，那么两 个 端 面 的磨 削深 度是相 等的，即 一 如果 套 圈 的二个端 面面积 不相 等，面积 大 的一端，磨削深 度虹较小，端 面面积小 的一端，其磨 削深度 如较 大 即 轴承 内外 套 圈具体 的经验数 据列 于 袭 2。经过实践证明，这种加工方法是能够保证 产 品质量 的，也 是切 实可行 的办 法。维普资讯 http:/