曲轴铣床用偏心轴承的开发

　　偏心轴承是曲轴铣床的心脏，其结构和精度直接影响着机床的性能。因此该轴承开发成功也标志着曲轴铣床的开发成功。
　　一、轴承设计
　　该轴承用于某机床厂生产的曲轴铣床，轴承的外形尺寸为：内径470mm，外径990mm，高度220mm，轴承的公差等级为P5级、齿的精度为7-7C级且具有偏心等功能。根据轴承的工作原理、受力情况和转速等进行研究、分析。回转结构单元在铣削加工时，既承受径向力也承受轴向力。联合作用产生一倾覆力矩，还要适应较高速旋转，要求轴承具有较高的刚性。根据这些条件，我们认为采用双列角接触球轴承可以适应较高的转速及承受联合载荷的作用，采用较小的轴向游隙，在工作中由于温度的升高使轴承具有较小的过盈，这样的设计满足了载荷、转速的要求，保证了轴承的刚性。为达到加工的目的，设计的偏心中圈与内圈和外圈组合起来成为一体—即双层双列双齿偏心角接触球轴承。偏心轴承的偏心量由被加工工件的要求确定。
　　由于结构要求轴承的外形尺寸较大，实际工作载荷相对轴承的额定载荷来讲小的很，设计时侧重考虑轴承的寿命。加工工件时，内圈转速远远高于外圈，其转速比约为33:1，所以内圈沟道和偏心中圈内沟道的循环次数相对外圈来说要高得多。为了尽可能使轴承的内层沟道和外层沟道有相等疲劳寿命，设计时使内层钢球直径大于外层钢球直径，以减小内层钢球的个数，内层采用黄铜实体保持架，外层采用尼龙隔离块。主机要求轴承有较长的寿命，为保证轴承的刚性及游隙处于较小的过盈，采用双半内圈和双半中圈加调整垫结构，以便沟道磨损时调整轴承的游隙。该轴承共由5件套圈，2件调整垫圈组成。
　　由于主机结构要求，在轴承的套圈上铣削出铣刀盘安装键及连接孔、安装孔和齿等，用常用的全淬火显然不可能，我们采用对沟进行表面中频感应淬火，其硬度在57HRC以上，淬硬层深度不低于3.5mm，根据载荷条件，轴承的计算寿命在20年以上。轴承的结构如图1所示。
　　二、曲轴铣床的工作原理
　　将外圈固定在机座上，利用偏心中圈和内圈上的齿与传动机构相连实现回转运动，内圈内径上开有键槽使铣刀刀盘直接固定在轴承内圈上，利用该轴承系统，在刀具（内圈）旋转的同时，通过偏心中圈的回转，走出进刀Z大行程77mm，同时利用偏心中圈外层 回转360°，完成对工件的加工。工件的加工精度为±0.1mm并可以铣代粗磨。工作原理如图2。
　　三、套圈的加工
　　1、偏心圈的加工
　　该轴承套圈加工的难点在于偏心中圈，目前尚无专用设备及测量手段。为保证偏心套圈的偏心量。我们设计制造了偏心夹具，加工原理如图3。
　　先加工好偏心套圈的内孔及内沟道，然后装上偏心夹具，顶尖顶住偏心顶尖孔，对外径及外沟道进行加工。
　　2、沟道的磨加工
　　该轴承共有5个套圈8条沟道，即使单件加工的尺寸精度再好，组合后的累计误差也很大，难以保证成品的旋转精度要求，我们采用单个零件加工后再组合磨的方法来消除累计误差。装配磨的轴承成品旋转精度满足了使用要求，如图4。先磨一沟道，然后调整砂轮轴角度再磨另一沟道。
　　四、装配
　　偏心轴承由两个双列角接触球轴承组合而成，它有两个半内圈，两个半中圈和一个外套圈。它的装配方式不同一般的角接触球轴承，我们设计了装配模具。如图5，它由两个板和夹紧螺栓组成，装配过程如下：将下夹板置于平台上，然后将外圈、外层一列的钢球、隔离块、偏心中圈、内层一列的钢球、保持架和第二内圈依次放入，将上夹板盖在第二内圈上，用夹紧螺栓将上、下夹板连接夹紧轴承，然后吊起翻身（注意：此时应垫铁块将上夹板顶着，以便将螺钉松掉拿走下夹板）。再依次放入另一列内层钢球、保持架、第二调整垫和半内圈，拧入联结螺钉。放入另一列内层钢球、保持架、调整垫和内圈，拧入联结螺钉。Z后将轴承吊起，去掉上夹板，将轴承置于平台上，固定中圈，分别测量内、外圈的旋转精度及轴向游隙。
　　我厂首批试制两套。经加载荷测量内、外圈的旋转精度均在国家标准P5级以上，其中一套内圈的轴向跳动为0.007mm，达到P2级精度。