3MK3450立式超精机定位筒改进

纪天虹，石庆娟

(瓦房店轴承集团有限责任公司，辽宁瓦房店 116300)

超精加工是对轴承套圈进行精加工的方法之一。其目的是为了改善滚道粗糙度、集合形状和表面压应力，从而提高轴承的实际使用寿命。3MK3450立式外滚道超精机床加工工件外径φ200～φ500，宽度20～200 mm，圆锥轴承滚道角度0°～30°，工件转速50～450 rpm(可无极调节)，油石振荡频率100～1 500 Hz，振幅0～8 mm，垂直超精工作台的最大行程515 mm。超精工作原理主要是调节水平方向上的两个偏心支点机构，再将工件放在定位筒上，工件大端面和定位筒接触，侧向机械压辊通过气缸的控制紧压在外圈的径向端面上。当定位筒和套圈定位完成后采用程序控制振荡机构和大往复机构循环工作。超精油石头由螺钉夹紧，可沿燕尾槽移动加工产品。油石接触滚道并在滚道母线做往复运动来完成超精过程。但是这种定位方式常出现定位筒频繁磨损，对轴承端面产生划伤，破坏了轴承的外观质量。需要经常的磨削端面返修来解决问题。增加了返修工序，严重降低了生产效率并增加了成本。

图1 超精机机构示意图

1 轴承套圈端面划伤的形态

1)周向线状划痕，连续或者不连续圆形线条，划痕线条较粗，深度较浅。利用细砂纸抛光很容易消除。

2)周向线状划痕，连续圆形线条，划痕线条较细，深度较深。需要重新返修端面修掉划痕。

以上两种划伤可以通过返修端面消除划痕，但是增加了很多不必要的返修量，影响了生产节拍和进度。

2 套圈端面划伤原因

2.1 垂直定位方向机械手臂压轮和套圈的间隙

垂直方向上的定位筒、套圈、机械压辊轮之间容易产生间隙，主要原因有以下几种情况。第一，定位筒端面平度不好，使得定位筒和套圈之间产生间隙，当油石超精头通过油石振荡系统上下往复超精时，水平分力容易使得定位筒和套圈接触表面产生相对滑动，定位筒尖锐部分会在套圈端面上造成周向划痕。第二，机械手臂的上升和下降是由气缸控制的，行程过程中都有行程开关控制位置，压紧力可调。当两边压紧力调节差异较大时机械手臂的压轮磨损不一致会使得两侧压轮和套圈的间隙不一样。垂直方向的固定能力减弱，工件旋转时会因为摩擦力产生旋转阻力距。使得轴承套圈产生轻微位移，增加了产生套圈划伤的风险。

2.2 水平方向上支点轮和定位筒产生的间隙

支点装置是由滚轮球轴承和支撑座组成的。当需要二次装夹工件时旋转螺钉松开压块，移动整体支撑座，移动到合适位置后固定通过调整紧定螺钉来调节偏心距，对支点进行微调。轴承座通过侧面的调整螺钉可以将镶嵌在底座内部的滑块上下移动将支撑座固定。由于整个支点装置精度不高并且滑轮有磨损，更换工件时需要调整或者微调支点，容易产生轴向跳动。另外定位筒长期使用容易出现部分外表面变形且垂直度不好，使得水平方向产生轻微震动，导致被固定物定位筒在圆周方向上产生位移，增加了端面划伤的隐患。严重时会磨损端面甚至划破端面如图2。

图2 定位筒位移

2.3 定位筒和套圈的相对运动

超精机没有电磁装置，定位仅靠外水平方向2个支点装置和垂直方向的机械手臂压辊来定位套圈和定位筒。没有磁力使得定位筒和套圈吸附在水平旋转表面上。机械压辊和支点滚轮都是角接触球轴承，滚轮使用时间长后，轴承等旋转部件易磨损，间隙增大。这时当设备工作时，超精油喷射在套圈与定位筒接触面上的残余很容易引起定位筒和套圈的相对运动，出现打滑现象造成端面周向的划伤。通过分析划痕类型和划痕的原因，定位筒的材料和结构对端面的划伤有很大的影响，因此改进定位筒可以大大降低端面划痕的产生。

图3 定位筒结构图前后对比

3 定位筒的改进

3.1 定位筒结构调整

在端面圆周均布4个引流槽，尺寸宽度为4～6 mm。即使套圈与定位筒接触面上存有一定量的超精油也可以通过调节机械压辊下压将超精油引流到引流槽中，减少机械装置精度不足引起的相对滑动。

3.2 定位筒材料更换

将原来的低碳钢10#更换为轴承钢GCr15，热处理方式为贝氏体淬火，HRC55～58。原来的低碳钢10#虽然成本低廉，但是在机械精度不高的前提下很容易磨损并在倒角处形成尖角，导致套圈接触端面产生划伤。当出现上述问题时需要重新车削定位筒端面和倒角，因而影响定位筒的高度，高度不足就不能使用做报废处理，整体使用周期不长，而且需要频繁修正。轴承钢GCr15贝氏体淬火虽然成本略高但是具有良好的机械性能。突出优点是冲击耐性、断裂韧性、耐磨性好。这就基本解决了因机械精度不高而产生定位筒的易磨损缺点。提高了定位筒的表面粗糙度，使得垂直方向上机械臂滚轮与套圈接触的平面度、轴向跳动得以保证。这样定位筒就难以划伤轴承套圈的端面。另外轴承钢GCr15硬度高、内部组织均匀性和尺寸稳定性好。定位筒的轴向外表面不容易产生变形，垂直度不容易受到外力的因素发生改变。这样定位筒的外表面和水分方向的支点轮上的间隙很难产生，极大的降低的定位筒的位移。这样因定位筒水平方向的位移而对套圈端面产生的相对摩擦也不会发生。

4 结 语

通过对定位筒结构和材料的改进和调整并测试使用了3个月后，端面划伤问题得到了解决，减少了调整机床和返修的频次，也减少了定位筒辅材消耗。提高了该工序的生产效率。具有很强的实用性和经济性。对各种超精机的定位筒改进都起到了参考作用。