长径比大于1的高精度圆柱滚子加工

杨会超，何 萌，靳明月

（洛阳LYC轴承有限公司，河南 洛阳 471039）

1 前言

高精度圆柱滚子产品多数为“Ⅰ”级滚子，甚至为“0”级，要求较高，端面跳动要求不大于 2μm、粗糙度不大于 0.125μm[1-3]。目前通用终磨设备双端面机床 M775Z1、M775B1 加工精度无法满足产品要求，其可实现精度为, 加工端面跳动 SDw：3μm、粗糙度 Ra：0.18μm。精磨端面机床 3816 加工长径比大于 1 的产品出现倾斜反倒，致使无法加工。经分析，此规格滚子（φ6×7.5mm）外径尺寸较小，高度相对较高，加工中端面与砂轮接触面积小，重心高，承受较大的离心力，产品产生倾斜反倒，造成无法加工。文中从投料成型车制滚子加工、外径加工工艺、端面精磨方法、滚动面超精参数选择等方面进行分析，对长径比大于 1 的高精度滚子进行工艺研究。

2 国标及设计要求

GB/T4661—1989 滚动轴承圆柱滚子规定, 各公差等级滚子圆柱外表面的凸度或修形量按制造厂主管部门的规定执行，而此滚子设计部门要求为半凸滚子，凸度 3 ～7μm、中间直线段长4.7±0.5mm。国标各项要求见表 1。

表1 圆柱滚子各项指标要求

3 工艺路线的确定

传统选择的工艺路线：车加工（按正常尺寸加工）→ 窜油 → 软磨端面 → 热处理 → 窜氧化皮 → 粗磨（1）→ 酸洗 → 窜软点 → 探伤 → 附加回火（1）、除氢 → 粗磨（2）→ 附加回火（2）→ 窜油 → 终磨端面 → 细磨滚动面 → 精磨端面 → 终磨滚动面 → 超精滚动面及弧坡 → 清洗、擦净 → 终检选别 → 涂油、包装[4]。

加工后存在的问题：由于此滚子是非等高圆柱滚子，加工后端面技术要求 SDw：3μm，实测 3 ～ 6μm 达不到产品设计要求。

改进后的工艺方案：采取“先增肥、后瘦身”，制定工艺路线、编制加工工艺，确定合适的加工参数。

工艺流程：车加工（先增肥即增加外径尺寸，与滚子高度一致）→ 窜油 → 软磨端面 → 热处理 → 窜氧化皮 → 粗磨滚动面（1）→ 酸洗 → 窜软点 → 探伤 → 附加回火（1）、除氢 → 粗磨滚动面（2）→ 附加回火（2）→ 窜油 → 终磨端面 → 细磨滚动面 → 精磨端面 → 终磨滚动面（后瘦身，多遍少进给）→ 超精滚动面及弧坡 → 清洗、擦净 → 终检选别 → 涂油、包装。

3.1 外径加工方案选择

“先增肥”，加大投料外径尺寸。车加工选择在 XKNC—100G 高精度数控车床上完成。计算出所需节点坐标，为避免外径磨削时倒角出现白点，在保证成品倒角的同时将折线设计成与水平直线成 75°的斜线， 计算留量尺寸，确保终磨滚动面不留台阶，再利用程序代码进行编程。选择在高精度数控车床加工，可以保证滚子的统一性、一致性，尺寸散差较集中，几何精度高[5]。

3.2 端面磨床的确定

先将滚子外径尺寸加工至与高度相等，待精磨端面结束后再去除外径余量，直至达到产品设计要求。经反复试验，对精磨端面 3816 机床作如下调整：（1）将磨削砂轮压力调整至 3 个压力值；（2）将机床主轴转速调整到 80 ～ 100r/min；（3）调整好机床主轴的偏心量，减小滚子离心力；（4）将滚子外径尺寸磨削留量进行修改，即精磨端面前将外径尺寸磨至与高度尺寸一致，强制保证为等高（L / D = 1）圆柱滚子，保证滚子之间的间隙；（5）对修整过的砂轮进行表面光整处理，最大限度减少摩擦阻力，以取得合理的磨削轨迹。

3.3 外径加工方案的再确定

精磨端面后，由于外径尺寸为工艺加大尺寸，实际外径尺寸未达到产品要求，需要进一步实施“瘦身”计划，为保证产品加工质量，避免出现烧伤等情况，采取每遍 3 ～5μm 小磨量、多遍磨削加工的方式，在 MK10100 高精度数控无心外圆磨床上多次磨削至终磨尺寸，然后进行超精加工。

3.4 超精滚动面的工艺研究

超精滚动面时，由于该滚子几何精度要求相对较高，且有型线要求，通过反复更换、试加工，φ7.5×7.5mm 规格的专用超精辊棒可以满足产品带弧度的半凸型线设计要求，所以最终选用了该超精辊棒。

油石粒度对粗糙度的影响较大，通过多次试验对比，选用 W10、W7 的油石分别作为粗超、精超的磨料，粒度为 W10 的油石用于修形、去除磨量，粒度为 W7 的油石用于提高产品的光洁度[6]，参见表 2。

表2 油石粒度对工件表面粗糙度的影响表

在超精过程中，根据产品的特性要求和机床的性能，从切削角、油石的振动频率、振幅、压力、油石及工件转速等五个方面进行试验调整，选择了合适的加工参数保证产品加工精度，具体参数见表 3。

表3 超精加工参数选择

3.5 数据对比验证

选取加工后的滚子，用专用检测仪器粗糙度仪、轮廓仪、圆度仪按照产品要求进行检测，各项数据要求均满足产品技术要求。见表 4、表 5。

表4 滚子端面工序检测结果 μm

表5 滚子外径工序检测结果 μm

各项数据要求均满足产品技术要求，除滚动面粗糙度外，其余项均已达到“0”级滚子国家标准。

4 结论

通过工艺路线的改变，选择合适的加工设备、科学的加工参数，解决了长径比大于 1（L / D ＞1）高精度圆柱滚子的端面磨削加工，采用特殊超精辊棒实现滚动面带凸度型线要求的超精加工，为今后（L / D ＞1）高精度圆柱滚子加工摸索出一条切实可行的加工工艺路线并积累了大量关于设备、参数等数据。 虽然实现了长径比大于1（L / D ＞1）高精度圆柱滚子的加工，但是由于需要增加棒料外径尺寸，造成耗材增加，经济性略有降低。