机械毕业设计71四点接触球轴承的设计

河南科技大学毕业（论文） - 1 - 四点接触球轴承的设计、主要加工工艺分析及其对装配误差的影响 摘 要 四点接触球轴承为分离型轴承，是一套可以承受双向轴向字和的角接触球轴承。其内圈和外圈呈桃型截面，在无载荷和纯径向载荷作用时，钢球与套圈呈四点接触，在纯轴向载荷作用下，钢球与套圈为两点接触，可承受 双向轴向载荷。该种轴承还可以承受力矩载荷，兼有单列和双列交界处球 轴承的功能。此种轴承只有形成两点接触时才能保证正常工作。但一般适用于纯轴向载荷或轴向载荷大的合成载荷下呈两点接触的场合，这种轴承极限转速高，适合高速运转场合 。 四点接触球轴承的内圈 (或 外圈 )由两个半圈精确拼配而成，而其整体外围 (或内圈 )的沟曲率半径较小，使钢球与内、外圈在四个 “点 ”上接触，既加大了径向负荷能力，又能以紧凑的尺寸承受很 大 的两个方向的轴向负荷，并且有很好的两个方向的轴向限位能力，因为它的轴向游隙相对较小，而其接触角 (一般取为 35)又较大这种轴承的允许转速也很高，并且运转平稳，其双半圈又可从整套轴承中取下分别进行安装，这种轴承多用在发动机中，在较高的转速下承受很大的径向负荷和轴向负荷 。 轴承的装配与检验对轴承的性能影响很大，所以，本文对轴承装配的一般工艺过程、轴承零件的 检验方法和接触角的测量设备做了分析，并重点分析了接触角的变化对轴承性能的影响。 关键词 :设计 ， 加工 , 工艺， 装配 , 检验 河南科技大学毕业（论文） - 2 - Four contacts the ball bearing the design 、 the main processing craft analysis and to the installation error influence ABSTRACT Four contact ball bearings for the separation-bearing, is a two-way can withstand axial words and the angular contact ball bearings. Its inner and outer rings were peach-shaped, in the absence of pure radial loads and loads, and the ball was four Ring contacts in pure axial load, Ball and Ring of two contacts, affordable two-way axial load. Bearing the species can withstand torque load, both separate and double row ball bearings junction function. Bearing such contacts only form two am to ensure normal work. But generally applicable to the pure axial load or axial load of synthetic load was two contacts occasions, Bearing such high speed limits, suitable for high-speed operation occasions The circle (or the outside lane) matches for but becomes the inner contacting ball axle bearing at 4 oclock from two enclosing a precise partly being ready to risk selfs life, the ditch curvature radius that whose overall outer-ring (or inner marks with a circle) is less but , make steel ball get in touch with the inner , the outside lane in four on , now that have enlarged radial direction load ability, can bear with compact dimension very axial two direction load, and the axial position-limit ability having very good two direction,Because of its axial end play is relatively less, but the person get in touch with piece (choose in general for 35), more, also very much, this the axle bearing permission rotation rate high, and works its pair of semicycle may get the installation being in progress respectively down from the package in axle bearing , this axle bearing uses very big radial 河南科技大学毕业（论文） - 3 - direction load and axial load more in the engine , bears under higher rotation rate stably. The axle bearing assembling comparing with checkout function effect to axle bearing has been very big , therefore, sort procedure , axle bearing part checkout method and the measurement equipment contacting an angle the main body of a book is assembled to axle bearing have done analysis , priority has analysed and an impact of the change contacting an angle over axle bearing function. Keywords Design , treating , handicraft , assembling , checkout 河南科技大学毕业（论文） - 4 - 目 录 前 言 . 5 第 1 章 四点接触球轴承的设计 . 6 1.1 主参数的确定 . 6 1.2 套圈的设计 . 7 1.3 实体保持架的设计 . 9 第 2 章 四点接触球轴承的 车磨 加工工艺 . 9 2.1 外圈 的 车 磨 加工 . 11 2.2 内圈 的 车 磨加工 . 13 2.3 桃形沟道的切入磨 . 23 2.4 保持架的加工 . 22 2.5 四点接触球轴承的保持架冲压工艺 . 23 第 3 章 游隙的计算、加工 误差对接触角的影响 . 24 3.1 轴向和径 向游隙的计算 . 25 3.2 加工误差对接触角的影响分析 . 27 第四章 轴承游隙的检验及装配与检验 . 30 4.1 轴承游隙的检验 . 30 4.2 装配与检验 . 32 结 论 . 38 参考文献 . 39 致谢 . 40 河南科技大学毕业（论文） - 5 - 前 言 四点接触球轴承与深沟球轴承相比，其承载能力更高，由于采用整体保持架，具有更高的速度特性。而与角接触球轴承相比，可承受双向轴向载荷，比成对双联角接触球轴承的极限转速高，同时还具有轴向窜动更小的优点。 而所谓的四点接触是指在纯 径向载荷下，钢球 与内外套圈成四点接触，而在纯轴向载荷下还是呈两点接触。但应说明的是，其在高度运转时是不允许出现四点接触的，而只允许两点接触。否则，将发生严重的滑动摩擦，在产生热量的同时，将会擦伤沟道和钢球表面。其可承受径向和轴向联合载荷，也可承受纯轴向载荷。但需 注意 ，轴向载荷一定要足够大才能保证两点接触。 四点接触轴承除承受双向轴向载荷和避免多点接触外，在正常的工作状态，与角接触球轴承的性能完全相同，因此可以根据轴承的轴向、径向载荷和工作转速等进行角接触球轴承设计分析，确定一合适的接触角，或参照角接触球轴承规定的接触角（ 15、 25和 40）来选用。这样的设计。以角接触球轴承丰富的试验和应用数据为依据，可以确保产品的性能与可靠性，而且容易拓宽设计思路，掌握这一类轴承设计特点。 河南科技大学毕业（论文） - 6 - 第 1章 四点接触球轴承的设计 1.1 主参数的确定 1 轴承的外型尺寸： d、 D、 B、sminr 应符合 GB273.3 的规定，sminr 应符合GB274 的规定 。 取 d=80mm D=125mm B=22mm s minr 1.1mm2 钢球中心圆直径的计算 (取值精度： 0.01) P=0.5(D+d) P = 0 . 5 ( D + d ) = 0 . 5 ( 8 0 + 1 2 5 ) = 1 0 2 . 5 m m 3 钢球直径 DW 的计算 (取值精度： 0.001) 查表 查 Q/LZA006-91 知 wKD=0.31 wwD = K D (D -d )wwD = K D ( D - d ) = 0 . 3 1 7 ( 1 2 5 - 8 0 ) = 1 4 . 2 6 5 m m4 钢球数量 Z 的计算 (取值精度： 1) P Z=KzDwP 3 . 1 4Z = 2 0K z D w 1 . 1 1 5 5 额定动负荷rC的计算 当wD 25.4 m m 0 . 7 1 . 8r 2 3cwC f i c o s Dz有 Q/LZ A00159 查得cf 57.9 2 30 . 7 1 . 8r c wC f i c o s D 8 2 2 . 6z 4 8 N 当 0 . 7 1 . 4wc 2 3 wD 3 . 6 7 4 f i c o s Dzcf Q LZ值 见A001 表 59 选取 6 额定静负荷 0rC 的计算 20 r W1 2 . 3 i zC D c o s20 r WC D c o s 1 2 . 31 2 . 3 i z c o s 2 5 河南科技大学毕业（论文） - 7 - 7 套圈滚道曲率半径的计算 内圈滚道曲率半径的iR计 算：i w =0.525DRwi = 0 . 5 2 5 D 0 5 2 5 1 4 . 2 6 5 7 . 9 mR 4m 外圈滚道曲率半径的eR计 算： weR 0.54Dwe D 0 . 5 4 1 4 .R0 2 6 5 7 . 7 0.5 m4 m ieRR公 差的确定应满足径向游隙与轴向游隙的匹配 8 垫片角 的计算 为了避免轴承工作时言声多点接触，应 保证轴承的制造游隙大于临界游隙。 临界游隙值： 0 e m a x w e m i n i m a xD c o sg 2 R c o s 0 e m a x i m a x e m iw ng 2 R s i nD s i n 校核条件： 径向游隙 g: 0gg轴向游隙 s: 0ss由上两式得出imax、emin的范围。 垫片角 应该在imax、emin的范围内。 滚道曲率半径中心至滚道中心的距离的计算 内圈ix： ii wR R 0 . n5 D s i 外圈ex： e e wR R 0 . 5 D s i n ix、ex公差的确定应满足径向游戏的匹配 1.2 套圈的设计 1 外圈滚道接触点间的距离 2 1a 的计算 1w2 a D sin1w2 a D s i n 1 4 . 2 6 5 s i n 2 5 6 . 0 2 9 m m 2 双半内圈滚道曲率半径中心圆直径iP的计算 ii wP 2 R 0 . 5 DP c o s ii wP 2 R 0 . 5 D c o s 1 0 2 . 5 ( 7 . 4 9 0 . 5 1 4 . 2 6 5 ) c o s 2 5 1 0 3 . 1 48mP m 3 双半内圈滚道直径id的计算 22i i i id P 2 R X 河南科技大学毕业（论文） - 8 - 22i i i id P 2 R X 8 8 . 1 7 1 m m 4 双半内圈滚道接触点直径sd的计算 swd P D c o s swd P D c o s 8 9 . 5 7 2 m m 5 钢球外接圆直径wE的计算 wwE P DwwE P D 1 1 6 . 7 6 5 m m 6 双半内圈挡边直径2d的计算 2wd P 0 .5 D2wd P 0 . 5 D 9 5 . 4 m m 7 外圈滚道曲率半径中心圆直径eP的计算 e e wP P 2 R D c o s e e wP P 2 R D c o s 1 0 1 . 4 7 1 m m 8 外圈滚道直径eD的计算 22e e e eD P 2 R X 22e e e eD P 2 R X 1 1 6 . 8 6 4 m m 9 外圈滚道接触点直径5D的计算 225 e eD P 2 R X 225 e eD P 2 R X 1 1 5 . 4 2 8 m m 10 钢球内接圆直径wF的计算 wwF P DwwF P D 8 8 . 2 3 5 m m 11 外圈挡边直径2D的计算 2wD P 0 .5 D2wD P 0 . 5 D 1 0 9 . 6 m m 12 外圈滚道中心至基准端面的距离ea的计算 ea 0.5Cea 0 .5 C 1 1 m m13 双半内圈宽度，滚道中心 至基准端面的距离 ia 的计算 ia 0.5B半内圈宽度尺寸的允差为总宽度的一半，滚道中心 至基准端面的距离的 允差同整套滚道中心 至基准端面的距离的 允差。 14 套圈标志尺寸的计算 外圈标志圆平均直径ekD 2s m a x m a x 3 m a xekD 2 r D 2 rD2 河南科技大学毕业（论文） - 9 - 外圈标志面有效宽度eh 2s m a x m a x 3 m a xeD 2 r D 2 rh2 半内圈标志圆平均直径ikd s m a x 2 m i n 3 m a xikd 2 r d 2 rd2 半内圈标志面有效宽度ih s m a x 2 m i n 3 m a xid 2 r d 2 rh2 标志字高度根据ih、eh，按 QLZ A001 表 44 选取 1.3 实体保持架的设计 1.3.1 保持架内径 Dci 及外径 Dc 的计算 由表 4 cK1由表 18 i 0.3e 0.5(1)保持架旋转以内圈挡边引导时 : c 2 iDd c 2 iD d 9 5 . 7 m m c i c c wD D K Dc i c c wD D K D 1 0 9 . 4 m m cK值见表 4 (2)保持架旋转以外圈挡边引导时 : c 2 eDD c i c c wD D K DcK值见表 4 i、e值按 QLZ A001 中表 18 选取 1.3.2 保持架兜孔直径 C 的计算 可以根据 C=1.004Dw+0.12 计算 C = 1 . 0 0 4 D w + 0 . 1 2 = 1 4 . 5 m m 1.3.3 保持架宽度 Bc 的计算 (取值精度： 0.1) Bc=1.14+1.2Dw B c = 1 . 1 4 + 1 . 2 D w = 9 . 1 5 m m 河南科技大学毕业（论文） - 10 - 1.3.4 保持架兜孔中心至基准端面的距离 Bc 的计算 (取值精度： 0.01) Bc=0.5Bc B c 2 = 0 . 5 B c = 9 . 1 5 m m 1.3.5 保持架兜孔间最小宽度 S 的计算 (取值精度： 0.1) S=DciSin(180 Z)-Sin-1( C Dci) S=DciSin(180 Z)-Sin-1( C Dci)=2.0mm 对于金属实体保持架 S 必须满足 :S 0.1Dw 1mm 1.3.6 保持架中心圆直径 Dcp 的计算 Dcp=P Dcp=P=102.5mm Dcp 允差为 0.05mm 1.3.7 保持架两球兜孔中心间的距离 C 的计算 (取值精度： 0.001) 采用球形兜孔 180C = D c p S inZ 180C = D c p S inZ =16.035mm C 允差为 0.1 mm 1.3.8 保持家球形兜底与内圈柱面相交的选长的计算 22J C ( D c p - D c i ) 22J C ( D c p - D c i ) =12.69mm 1.3.9 实体保持架内、外圆柱面与端面倒角的确定 按 Q/LZA001 取 河南科技大学毕业（论文） - 11 - 第 2 章 四点接触球轴承的车磨加工工艺 轴承套圈是滚动轴承的重要零件 ,其重量一般占轴承总重量的 60 70 。由于本论文设计的是四 点接触球轴承，所以轴承外圈的加工同深沟球轴承的外圈相同 ,其一般的加工工艺过程如下所示 : 棒料 锻造 车削 热处理 磨削 超精 清洗 检查 涂油 包装。 磨削、超精是外圈加 工的终极加工环节，其机械加工的好坏直接影响到产品的质量和性能。在轴承生产中，套圈的磨超加工是决定套圈零件乃至整个轴承精度的重要环节，其中滚动表面的磨超加工，则又是影响轴承寿命以及轴承减振降噪的 主要环节。 所以下面我重点探讨以下磨加工和超精。 2.1 外圈 的 车 磨 加工 毛坯经锻造获得，其具体形状和尺寸祥见工艺附图。 工序 1 车套圈内径 车端面及外圆角 定位基准：以一端面和外圆柱面为定位基准 河南科技大学毕业（论文） - 12 - 夹具：三爪卡盘 用前刀架车出一端面和外圆角，用后刀架车内径。 工序 2 翻转，车外圆 车端面和外倒角 定位基准：车过的端面和内径 夹具：三爪卡盘 工序 3 软磨端面 注释：因为在下步的工序中加工沟道，要靠端面来定位，双列角接触球轴承的双滚道位置精度非常重要，要保证其精度，加工时定位基准非常重要，要用端面定位，那么首先端面的表面质量要高。所以在安排沟道车削时先安排软磨端面这道工序。 工序 4 用成型车刀车密封小径和油沟 倒内圆角 工步 1 用成型车刀车密封小径和油沟 倒内圆角 定位基准：外圆和一端面定位 夹具：三爪卡盘 设备： C7220 用前刀架车密封小径，后刀架车内圆角 工步 2 翻转用成型车刀车另一密封小径和油沟 倒另一内圆角 定位基准：外圆和一端面定位 夹具：三爪卡盘 设备： C7220 工序 5 用成型车刀车两沟道 定位基准：外圆和一端面 夹具：三爪卡盘 设备： C7220 另外，由于在前面安排了端面软磨工序，所以这里不用安排粗车和精车，一次车削即可。 工序 6 打印 河南科技大学毕业（论文） - 13 - 外 圈磨加工工艺 工序 1 磨两端面 定位基准：双端面互为定位基准 设备： MZ7650 砂轮性质： PL500*60*20 采用直线贯穿式双端面磨削，这是一种高效且容易实现自动化的最好的磨削方式。 工序 2 磨外圆 定位基准：外圆自身定位 设备： M1080 夹具：无 砂轮性质： PSA300*150*12 工序 3 磨密封内径 定位基准：一端面和外圆 设备： 3MK203B 夹具：电磁无心夹具 砂轮性质： P50*20*20 工步 1 磨一端装密封圈处 的内径 工步 2 翻转磨另一端同一位置装密封圈处的内径 注释：中间较小部分的内径不再安排磨加工工序，因为其表面质量对轴承的加工、安装、工作影响不大。 工序 4 磨双沟道 定位基准：一端面和外圆 设备： 3MK2147B 夹具：电磁无心夹具 砂轮性质： PG50*20*10 粒度 70# 注释：用双砂轮切入法磨削。因为前面采用成型车刀对双沟道进行了一次同时完成双沟道的车削，为此道工序做了准备，这样不至于加工时因两沟道车削的质量不同而出现一砂轮在切削，而一砂轮未切削；或者，两砂轮都在切河南科技大学毕业（论文） - 14 - 削，但受力差异很大，影响后面的 加工。双砂轮切入磨削时，砂轮的修整是非常重要的一环。如何能保证砂轮修整器的准确定位，决定着砂轮的修整质量。为确保砂轮修整器准确定位，本人设计了一个实现双沟道一次切入磨削的双砂轮修整器的定位机构。 2.2 内圈 的 车 磨 加工 内圈毛坯由锻造获得，其形状及具体尺寸详见工艺附图 工序 1 车内径及内圆角 车小端面及外圆角 定位基准：以大端面和大外径为定位基准 夹具：三爪卡盘 用前刀架车出小端面和外圆角，用后刀架车出内径和内圆角 工序 2 车大端面和外圆角 车大外径和内圆角 定位基准：以小端面和内径为定位 基准 夹具：三爪卡盘 用前刀架车出大外径和内圆角 ，用后刀架车出大端面和外圆角 工序 3 用成型车刀车沟道 小外径和保持架引导槽 车沟道边上圆角 定位基准：以小端面和内径为定位基准 夹具：三爪卡盘 前刀架安装成形车刀车出小外径 沟道和保持架引导槽，车沟道边上圆角 注释：因为此轴承安装时是以小端面相靠把两个半内圈安装在一起，在安装中是靠小端面来定位的，双列 角接触球轴承对沟位置要求很高，所以在加工沟道时要以小端面为定位基准，这样才能保证沟位置的精度 。 工序 4 软磨端面 工序 5 精车沟道 工序 6 打印 2.2.1 内圈磨削工艺路线 工序 1 磨两端面 定位基准：两端面互为定位基准 设备： MZ7650 河南科技大学毕业（论文） - 15 - 砂轮： 500*60*20GW80Lv20 注释：采用直线贯穿式双端面磨削，这是一种高效且容易实现自动化的最好的磨削方式。因两端面面积大小不同，若用同样的两片砂轮磨削，很难得到自己想要获得的尺寸。所以两边要选择不同粒度的砂轮，小端面选择粒度较小的砂轮，打断端面选择粒度较大的砂轮。具体的粒度选 择要靠试验获得。或者，两边可以选择性质相同的砂轮，但两个端面的加工留量应不同，小端面应留的大些，留量的大小应有试验获得。 工序 2 磨大外圆 定位基准：以大端面和内外径为定位基准 夹具：电磁无心夹具 设备： 3MK216B 砂轮性质： PSA200*75*20 粒度： 46# 工序 3 磨内圆 定位基准：以大端面和内外径为定位基准 夹具：电磁无心夹具 设备： 3MK203B（ MZ208） 砂轮性质： PDA13*6*30GW80Lv80 注释： MZ208型内圆磨床的进给是靠液压缸推动斜楔杠杆机构，使工件箱实现横向移动的。这种机构其一是液压系统的稳定性；其二是杠杆的刚度及杠杆与斜面的摩擦；其三是杠杆与工件箱接触处的摩擦及工件箱很乡进给精度。还有补偿机构是靠三滚轮摩擦机构。这种机构有磨损会影响补偿精度。进给和补偿又分为两条路线，又增加了一套丝杠丝母系统。由于传动系统环节的复杂性导致了 MZ208型内圆磨床对磨削效率和磨削精度产生了影响。 3MK203B专门针对上述缺点所制造的。 所以有条件的话还是应用 3MK203B加工。 工序 4 磨小外圆 定位基准：以大端面和内外径为定位基准 夹具：电磁无心夹具 设备： 3MK216B 砂轮性质： PSA 200*75*20 河南科技大学毕业（论文） - 16 - 工序 5 粗磨内沟道 定位基准：以小端面和内外径为定位基准 夹具：电磁无心夹具 端面压紧滚轮 设备： 3MK133B 砂轮性质：特制 工序 6 细磨内沟道 定位基准： 以小端面和内外径为定位基准 夹具：电磁无心夹具 端面压紧滚轮 设备： 3MK133B 砂轮性质：特制 2.2.2 作为整个工业基础的机械制造业，正在朝着高精度、高效率、智能化和柔性化的方向发展。磨削、超精研加工（简称 “ 磨超加工 ” ）往往是机械产品的终极加工环节，其品质直接影响到产品的质量和性能。机械工业基础件的轴承生产中，套圈的磨超加工决定了轴承精度，而滚动表面的磨超加工则是影响轴承寿命及减振降噪的关键环节，因此，套圈的磨超加工历来都被视为轴承制造技术领域的关 键技术和核心技术。 回顾国内外轴承工业的发展， 60 年代就已形成从双端面磨削、无心外圆磨削、滚道切入无心磨削到滚道超精研加工的稳定套圈磨超加工工艺流程和方法，截至今日，工艺流程未曾出现根本性的变化，但是轴承制造技术的发展却在发生日新月异的变化： 60 年代，诞生了成系列的切入无心磨床和超精研机床，零件加工精度达到 3 5um，单件加工时间 13 18s（中小型尺寸）； 70 年代，大量新技术被采用： 60m/s 高速磨削、控制力磨削技术、以集成电路为特征的电子控制技术、数字控制技术，零件加工精度提升到 13um，加工 时间缩短到 10 12s。 80 年代以来，在稳定质量的前提下，追求设备的高精、高效，高稳定性以及制造系统的数控化、柔性化和工厂自动化。 在轴承生产中，磨削加工量约占总加工量的 60 ，所用的磨床量也占全部切学机床的 60 左右，磨削加工的成本也占整个轴承成本的 15 以上，对于高精度轴承，磨削加工比例更大。另外，磨削加工又是整个加工过程中最复杂，至今对其了解仍是最不充分的一个环节。这个复杂性表现在：所要求的性能指标更多、精度更高；加工成型机理更复杂，影响加工精度的因素众河南科技大学毕业（论文） - 17 - 多；加工参数在线检查困难。因此，作为轴承加工的关 键工序之一，如何采用新工艺、新技术，高精度、高效率、低成本地完成磨削过程，成为磨削加工的主要任务。 2.2.3 高速磨削技术 1.高速磨削技术 高速磨削技术能实现现代制造技术追求的两大目标：提高产品质量和劳动。 实践证明：若将磨削速度从 35m/s 提高到 50 60m/s 时 ,一般生产效率可提高 30 60 ，砂轮的耐用度可提高 0.7 1 倍，工件表面粗糙度值可降低50 。 一般的磨削速度达到 45m/s 以上称为高速磨削。国内以洛阳轴承研究所上世纪 80 年代研制的 ZYS-811 全自动内圆磨床为代表，率先在国内轴承行业 套圈磨削加工中用高速磨削技术，成功研制了高刚度、高转速、大功率电主轴及高速砂轮。而国外高速磨削早已广泛使用，并随着广泛采用高磨削比、高耐用度的超硬磨料如 CBN，砂轮磨削线速度已达到 80 120m/s,甚至更高。如：德国 Mikrosa、日本 KOYO 公司的无心磨床、日本 TOYO 公司的内圆磨床等，外表面磨削线速度达 120m/s，内表面磨削线速度达 60 80m/s。 增大砂轮驱动系统的和提高机床的刚性，是实现高速磨削的重要措施，而其中高速主轴单元是高速磨床最为关键的部件，俗称机床的“心脏”。洛阳轴承研究所研制的 DZ、 GDZ、 2GDZ 系列电主轴在行业大面积应用证明了这一点。 在高速磨削中，砂轮除具有足够的强度外，还需要具有良好的磨削性能，另外主轴润滑装置和冷却装置也是实现高速磨削不可缺少的装置。 2. 恒线速磨削技术 在磨削中砂轮的线速度随着砂轮的消耗降低 ,其开始与终末的线速度之比约为 3:2。目前，在砂轮磨削领域已采用高线速度磨削，为了提高磨削效率，保证磨削质量一至性，采用可编程控制器在每次修整砂轮后计算出砂轮半径，进而计算出保持砂轮恒线速度的变频器输入频率，并传送给交流变频器，从而保证砂轮线速度不变。 3 外表面磨削 砂轮自动动平衡技术 河南科技大学毕业（论文） - 18 - 对于外表面磨削 ,由于砂轮较大并且为非均质组织体 ,砂轮系统重心总是偏离主轴中心 ,高速旋转时必然引起砂轮系统及其整个机床的振动 ,直接影响机床的加工精度 ,易导致工件表面产生磨削振纹 ,波纹度增大。 砂轮上直接安装机械或其他方式的自动动平衡装置，开机后能快速直接逼近最平衡位置，自动平衡较为完善且还可省略砂轮静平衡。该项目技术的突破推动了磨削技术的发展，同时能够极大地延长砂轮、修正器用金刚石及主轴轴承寿命，减小机床振动，长期保持机床的原有精度。 4 CBN 砂轮磨削技术 立方氮化硼磨料简称 CBN 磨料 ,有其制成的砂轮成为 CBN 砂轮 ,主要具有以下特点 : (1)硬度高 ,导热率高 ,热稳定性好 ,可承受 1300 1500 高温 ; (2) 耐用度高 ,磨耗小 ,磨削比可达 4000 10000(磨削比是指磨削过程去除工件材料量与砂轮磨损量的比值 ),而普通钢玉砂轮仅为 50 80; (3) 磨削力小 ,磨削热小 ,加工工件应力小 ,表面应力层薄或没有 ; (4) 辅助时间 (休整砂轮、更换砂轮 )大大减少。 对我国轴承行业来说，利用 CBN 进行套圈磨削加工的应用前景非常广阔，但需要研究解决以下技术： CBN 砂轮的制造技术、休整技术、专用轴承磨 床和磨削冷却液等。 由于 CBN 砂轮具有良好的加工特点，国外早已进行了研制并应用与轴承套圈磨削生产中，还称为“生产加工技术的一场大革命”。从 1982 年以来，CBN 砂轮在日本已大批应用，并且高速增长。 5 快速消除内表面磨削空程的技术 在所有轴承磨加工设备中，内表面磨床的水平具有象征的意义，这主要是磨削孔径限制了砂轮尺寸及相应的系统机构集合参数，从根本上限制了工艺系统的刚性，而其加工精度要求较高。这样就要求我们在对内表面磨削的工艺过程进行深入研究时候，除最大限度地发挥机床与砂轮的切削能力外，还要减小辅助 磨削时间，这也是提高磨削效率的关键，因为磨削空程占整个磨削时间的 10左右。 目前，国内外应用较为广泛的快速消除磨削空程的技术有以下几种：控制力磨削技术，恒功率磨削技术，利用主动测量仪技术和测量电主轴电流技术。 河南科技大学毕业（论文） - 19 - 6 CNC 数控技术及交流伺服技术 交流伺服电机与 PLC 可编程序控制器的定位模块，伺服放大器相连即可构成伺服系统，伺服电机本身带有光学旋转编码器，将其输出的信号反馈到伺服放大器即可构成半闭环控制系统。在高转速（ 3000rpm）及低速运转都能保证定位精度，使用伺服系统可以完成快跳、快趋、修整补偿 、粗精磨削，使机床进给机构大大简化，性能可靠性大大提高。 7 交流变频调速技术 在磨削中砂轮的线速度随着砂轮的消耗逐渐降低，其开始与终末的线速度之比约为 3： 2。目前，在砂轮磨削领域已采用高线速度磨削，为了提高磨削效率、保证磨削质量一致性，采用可编程控制器计算功能在每次修整砂轮后计算出砂轮半径，进而计算出保持砂轮恒线速度的变频器输入频率，并传送给交流变频器，从而保证砂轮线速度不变。 2.2.4 轴承套圈的超精研加工 超精研加工方法是从 30 年代中期开始发展起来的，其创立就是针对轴承滚动表面加工的，它是一种 精密的、经济的加工工艺，随着机械加工零件精密度及表面质量要求的不断提高，超精研加工得到愈来愈广泛的应用。 超精研加工，简称 “ 超精加工 ” ，一般是指在良好的润滑条件下，被加工工件按一定的速度旋转，油石按一定的压力弹性地压工件加工表面上，并在垂直于工件旋转方向按一定规律作往复振荡运动的一种能够自动完结的光整加工方法。具有有效的减小圆形偏差（主要是波纹度）、改善滚道母线的直线性或加工成所需要的凸度形状、去除磨削变质层，降低表面粗糙度值、增加表面残余压应力、在加工表面形成纹理均匀细腻的、较理想的交叉纹路等工艺 优点，可提高轴承的旋转精度，减低轴承的振动和噪声、提高轴承的承载能力、提高轴承的润滑效果，减小磨损、减小轴承工作时的发热。为此，超精加工工艺在轴承制造的光整加工（抛光、砂布带研磨、超精磨和超精研）中占据重要地位。 河南科技大学毕业（论文） - 20 - 2.2.5 超精加工工艺技术 超精加工工艺上将整个超精研过程分为粗超和精超二个阶段。粗超阶段中油石磨料比较锋利，油石压力较高，工件转速较低，摆头频率较高，因而切削能力强，是去除工件加工量的主要阶段。精超阶段中油石磨料相对钝化，油石压力较低，工件转速较高，摆头频率较低，因而切削能力减弱，对工 件表面的抛光作用加强，大大降低表面粗糙度值。其中，一序二段法，一序二步法，油石自动补偿技术，油石自动供给技术，粗、精超油石自动变换技术和高频小振荡加低频大往复技术等都能在日发设备上一一得到体现。 目前滚道超精研机常用的工件定位方式有端面滚轮机械压紧式无心夹紧，液压定心端面滚轮机械压紧式夹紧，双滚轮驱动端面压紧式无心夹紧等几种。 2.2.6 润滑冷却技术 超精加工对润滑冷却液的过滤精度有严格的要求，要保证适当的粘度，防锈功能，挥发性小，重复使用，同时超精润滑液还起到了冲洗冷却，润滑，形成吸附油膜的功用。 1） 超精研加工的优点 1 能有效的减小圆形偏差（主要是波纹度）。 2 能有效地改善滚道母线的直线性或加工成所需要的凸度形状。 3 能去除磨削变质层，降低表面粗糙度值。 4 能使表面具有残余的压应力。 5 能够在加工表面形成纹理均匀细腻的、较理想的交叉纹路。 6 能使工作接触支承面积增大。 2） 超精加工对滚动轴承工作性能的影响 1 提高轴承的旋转精度 ，减低轴承的振动和噪声。 2 提高轴承的承载能力。 3 提高轴承的润滑效果，减小磨损。 4 减小轴承工作时的发热。 2.2.7 超精研加工技术 1 油石制造技术 它决定油石的使用性能，是超精研技术存在的前提，使用上要求：油河南科技大学毕业（论文） - 21 - 石切削性能要好，损耗要慢，又要有足够的强度。 其中陶瓷结合 CBN 超精油石，能够保持连续不变的高切削率，同时磨损量非常小 ， 临界压力高，可大大提高工件加工的整体质量和统一性。金刚石超精油石，能够 获得最高的切削率，最小的磨损率和最佳的表面精研效果。立方体碳化硅油石，类似于金 刚石立方体氮化硼，切削力和加工质量仅次于前两者，比一般的碳化硅高。 2 超精加工工艺技术 超精加工工艺上将整个超精研过程分为粗超和精超二个阶段。粗超阶段中油石磨料比较锋利，油石压力较高，工件转速较低，摆头频率较高，因而切削能力强，是去除 工件加工量的主要阶段。精超阶段中油石磨料相对钝化，油石压力较低，工件转速较高，摆头频率较低，因而切削能力减弱，对工件表面的抛光作用加强，大大降低 表面粗糙度值。 其中，一序二段法，一序二步法，油石自动补偿技术，油石自动供给技术，粗、精超油石自动变换技术和高频小振荡加 低频大往复技术等都在国内或国外设备上有所应用。 3 工件定位技术 目前滚道超精研机常用的工件定位方式有下列几种：端面滚轮机械压紧式无心夹紧，液压定心端面滚轮机械压紧式夹紧，双滚轮驱动端面压紧式无心夹紧。 4 润滑冷却技术 超精加工时润滑液主要三个作用：冲洗冷却，润滑，形成吸附油膜。 超精加工对润滑冷却的要求：适当的粘度，防锈功能，挥发性小，重复使用。超精加工对润滑冷却液的过滤精度有严格的要求，因此必须有高精度的过滤装置来保证。 2.3 桃形沟道的切入磨 目前，四点接触球轴承桃形沟道（整桃形）只能在切如式磨床上进行加工。 QJ 型轴承外沟道在 3MB1430A 型切入式轴承外圈沟磨床上磨削。 QJF型内沟道在 3MZ1210A 切入式球轴承内圈沟磨床上磨削。 3.3.1 桃形沟道成型原理 其形成原理 如 下图所示。 河南科技大学毕业（论文） - 22 - 如图示 ，将圆弧 AC 以 0 为基点向右移偏心 量 e 的距离至 O1 处， 形成新弧 ; 再将 圆 弧 CB以 0 为基点向左平移偏心 量 O 处 ,形成 新 弧 DB,交 弧 A D 于 D点 ,则圆 弧 A D 与 DC 形 成的新的几何形状即为四点接触球轴承整桃形 沟道素 线 。 在切入磨床上加工沟道时，将砂轮修整成桃形，进行一次成形磨削 。 3.3.2 在 3MB1430A型外沟磨床上修整 砂 轮 3MB1430A磨床纵 向往复工作台侧面 T型槽 内 砂轮修整 器定位块调整适当后固定 ,修整器定 位块下面的螺栓对正床身上百分表定位表架上 的 百分表零位 , 先把砂轮修整成 半 径 为 R 的 圆 弧 型 。 修整完 毕后 ,将修整器定位块下面的螺栓拧 进 ,使百分表针 向 方向转动偏心量 e的大小 后 停止 ,第二次修整砂轮 ,这时只出现半桃形 ,修整完之后 ,将螺栓反方向拧退 , 百分表指 针返回 “ o” 位后再继续反 转 , 向 “ -” 方向转动偏心 量 e的 大小后停 止 ,第三次修整砂 轮 ,修整后的砂轮便 呈 现完整的桃 形 ,即可进行切入式磨 削 。 3.3.3 在 3MZ1310A内沟磨床上修整砂轮 3MZ1310A没有 3MB1430A外沟磨床 自 带 的 定 位表 架 ,不能直接测出偏心量 e。 修整呈桃形 砂 轮时需自 备磁力表架 ,将磁力表架固定在床身 ,百分表表尖打在砂轮修整器底座 上 ,靠砂轮 修 整器底座上的螺 栓拧进或拧退偏心量 e的距离 ,修整砂轮同外沟磨床上一样需修整三 次 。 外 沟磨床 上砂轮修整器位置不变 ,调整砂 轮 的 相对位置 来改变砂轮偏心量 ,而在内沟磨床上 砂 轮位置不 变 ,调整修整器的相对位置改变砂轮 偏 心量 ,都可将砂轮修成桃形 。我们在 3ME2150磨床上改进休整器加工球轴承， 磨削中 大 型四点接 触球轴承内沟时 ,也是用磁力表架固 定 在床体 上 ,百分表表尖打在修整器座上测量修 整 器的偏移 量 ,将砂轮修整成桃形后再进行切入 式磨 削 。 河南科技大学毕业（论文） - 23 - DCB BA ARRoee o1o 2图 1 2.4.保持架的加工 滚动轴承有带和不带保持架的两种结构。大型轴承一般要求承受较大的负荷，