扩大精密微型轴承套圈磨床加工范围的实用方法

　　摘　要：分析了影响精密微型轴承磨床加工范围的因素，论述了扩大磨床加工范围的技术可行性，并通过技术改造的实例，介绍了在不改变机床现有配置的前提下，扩大其加工范围，为品种较多、批量不大、精度较高而设备条件相对不足的精密微型轴承生产单元提供了一种经济实用的解决方法。
　　关键词：精密轴承；微型轴承；磨床；加工范围；改进
　　随着科技的不断发展，主机对轴承产品需求日益多样化，导致轴承尺寸划分的界限愈来愈不明显，这使历史形成的加工资源配置不适应变化了的要求。例如：某专用轴承产品，其外径为47mm，内径为35mm，而高度只有4mm，沟曲率半径仅有1.16mm。从尺寸上看，它的沟曲率半径R和高度属于微型轴承的加工范围，而它的外径和内径则属于小型轴承的加工范围。诸如此类的轴承型号很多，如何经济有效地解决外径、内径、高度和沟曲半径在生产组织中的矛盾，有必要在这方面进行一些探索，现介绍如下。
　　1　影响精密微型轴承套圈磨床加工范围的因素
　　由于轴承套圈的平面和外径精加工设备具有较大的加工范围和较强的适应能力，所以我们将重点放在内径磨床（外沟磨床类似）和内沟磨床上，通过分析认为，影响加工范围的主要因素有以下几个方面。
　　1.1 装夹范围
　　在微型轴承套圈内径磨床、外沟磨床和内沟磨床上，目前主要采用滚轮夹具和电磁无心夹具这两种装夹定位方式，它们分别具有不同的特点：
　　（1）滚轮夹具。装夹范围小，特别适合于10mm以下的内径和外沟的磨削加工。如果要使滚轮夹具的装夹范围扩大，则会使功能部件的体积庞大、结构复杂，与机床的比例失调。既不美观又不经济，实不可取。
　　（2）电磁无心夹具。装夹范围大，适应能力强，应用范围广。要扩大现有电磁无心夹具的装夹范围，只需重新设计加工少数相关零件即可，实现起来较为方便。
　　1.2 进给部件
　　进给机构与控制方式对机床的加工范围有很大的影响。进给方式一般包括快跳、快速趋进、粗进给磨削、精进给磨削、无进给光磨和修整、补偿、延时等。要实现这些进给方式，采用的进给机构和控制方式为：
　　（1）进给机构。目前进给导轨大多采用可预紧的十字交叉短圆柱滚子导轨，刚性好、运行灵敏度高；驱动单元采用交流伺服电机经过弹性联轴器驱动高精度滚珠丝杠组件，进而带动拖板精密移动，进给刚性好、分辨率高、重复定位精度高。这种结构的进给单元，进给行程大、精度高、可适应较大的加工范围。
　　（2）控制方式。目前大多数机床的控制系统都是通过PLC可编程控制器对伺服驱动器进行控制，进而控制进给机构的精密进给运动。通过控制程序的改变和磨削参数设置的改变，很容易满足加工范围扩大的需要。
　　1.3 砂轮轴部件
　　目前内径磨削和外沟磨削都是采用高精度、高刚性、大功率的电主轴，电主轴的技术参数和砂轮接杆的刚度对加工范围有很大的影响。为了满足加工范围扩大的需要，可以采用较大功率的电主轴。大功率电主轴的安装尺寸较大，通过更换电主轴座很容易实现。内沟磨削目前都是采用高精度、高刚度的动静压主轴，由三相电动机经皮带驱动，使用的砂轮大，砂轮线速度达到60m/s，所以此部件影响不大。
　　1.4 机床刚性
　　扩大机床的加工范围，机床刚性满足使用要求，是技术改造成功的先决条件。
　　2　扩大精密微型轴承套圈磨床加工范围的实例
　　通过对影响精密微型轴承套圈加工范围因素的分析，按照上述思路，对3MZ201全自动微型轴承套圈内径磨床和3MZl31全自动微型轴承套圈内沟磨床进行了技术改造。具体介绍如下。
　　2.1 3MZ201精密微型轴承套圈内径磨床
　　机床原加工内径范围5～10mm；改造后机床的加工范围扩大到内径5～50mm。改动的主要内容如下。
　　（1）拆除原滚轮夹具，改为电磁无心夹具。
　　滚轮夹具及其驱动装置，作为一个功能部件予以整体拆除，防锈保存。借用现有GTMl01磨床上的高精度工件轴和电磁无心夹具，利用机床原有的空间和安装基准，重新设计制造了连接零件组成新的功能部件，满足等中心高、轴线平行度等精度要求。
　　电磁无心夹具的装夹范围达到外径60mm，加工范围扩大到内径5-50mm。
　　（2）拆除原上下料机构，改为手动上下料。
　　上下料机构适合于大批量生产，但是容易造成工件的磕碰伤，不适宜高精度轴承套圈的多品种、中小批量的生产。
　　（3）拆除原电主轴座并防锈保存，更换成可安装外径120mm，电主轴的主轴座。
　　原电主轴安装座孔径80mm，可安装GDZ90的电主轴；新电主轴安装座的孔径120mm，可安装GDZ36和GDZ48这两种电主轴，如果在新座内孔中加个内径100mm过渡套，则可安装GDZ60的电主轴。GDZ36、GDZ48、GDZ60这3种电主轴的速度、功率和刚性能满足扩大加工范围后的磨削需要。
　　（4）修改控制程序，扩展控制功能，增加半自动循环，调整限位块和行程开关的设置，满足扩大加工范围和提高加工控制精度的需要。
　　通过以上改动，使加工范围得以有效扩充，满足了生产的需要。经生产验证，机床各项加工精度均达到设计要求，结果见表1。
　　2.2 3MZ131精密微型轴承套圈内沟磨床
　　机床原加工范围：工件Z大外径18mm，工件Z大沟曲率半径为3.5mm。改造后机床的加工范围：工件Z大外径55mm，工件Z大沟曲率半径为10mm。
　　2.2.1 机床的总体布局
　　机床采用无心磨床布局及切入磨削方式。砂轮架固定，工件进给，工件和修整器布置在砂轮两边。在机床的中后部装有砂轮架。 　　在机床床身右侧的工件拖板上安装有工件箱，工件箱前部安装有电磁无心夹具，工件箱的右前部安装有单臂强迫式上下料机构。
　　在机床床身左部的修整拖板上安装有圆弧砂轮修整器和端面砂轮修整器，用于根据沟曲率半径修薄砂轮。
　　2.2.2 机床改动的主要内容（表2）
　　通过以上改动，使加工范围得以有效扩充，满足了生产需求。经生产验证，各项加工精度均达到设计要求，结果见表3。
　　3　结束语
　　在不改变机床核心功能部件和关键配置的前提下，通过改变某些功能部件和电气控制系统，很方便地达到扩大精密微型轴承套圈磨床加工范围的目的，经济有效地解决了生产组织中的矛盾，收到了事半功倍的效果。