3MK2220数控圆锥滚子轴承挡边磨床的研制
发布时间：2013-08-28贾梦帮 何春艳
（瓦轴集团技术中心，辽宁大连 116300）
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铁路货车的全线提速，对我公司铁路货车轴承的生产提出了更高的要求。圆锥滚子轴承352226应用于高速的铁路货车，它依靠内圈大挡边引导滚子在滚道内转动，从而保证滚动体母线与内外圈滚道母线的良好接触。内圈大档边不仅直接影响轴承的转速、轴承合套后的运动精度以及使用寿命，而且引导作用发挥不好会使轴承内外圈“抱死”，使货车在行驶过程中出现“切轴”现象。因此说，实现铁路货车的提速，首先是圆锥滚子轴承的提速。圆锥滚子轴承的提速首先要提高其内圈大挡边的表面粗糙度及其各项形状、位置公差。根据铁道部对产品的要求，结合我公司的生产实际，我们研制开发了3MK2220数控圆锥滚子轴承挡边磨床。目前该机已投入生产，其产品得到了铁道部相关部门的认可和好评。本文对该机的具体结构作简单介绍。
1 机床简介
该机床采用无心布局形式，用于外径Ø50-200mm、幅高100mm范围内的圆锥滚子轴承内圈挡边的磨削加工。机床由床身、工件轴、机械手、电磁无心夹具、X/Z轴伺服进给系统、砂轮轴、修整器、液压系统、气动系统、润滑系统、冷却过滤系统、吸油雾系统、防护罩、电气系统等14部分构成。
机床床体采用焊接式。用16mm厚的板Q235A焊接而成。床体里面筋板对称布置，筋板、床体四壁、上台面之间采用合理焊接形式，保证床体的刚性和减振性，减小焊接变形。经过两次人工时效，消除焊接内应力，保证床身在长期使用过程中不发生变形。
磨削过程中，工件轴主要受轴向力。根据工件轴的受力情况和被加工工件的具体情况，工件轴与电磁无心夹具的结构形式如图1所示：前后两端均采用配对角接触球轴承，前端轴承固定，后端轴承浮动。加工过程中主轴受热向后伸长，减少热变形对被加工工件的影响。变频电动机通过大小带轮和齿形带带动工件轴旋转，其转速由电气控制。
1 机床简介
该机床采用无心布局形式，用于外径Ø50-200mm、幅高100mm范围内的圆锥滚子轴承内圈挡边的磨削加工。机床由床身、工件轴、机械手、电磁无心夹具、X/Z轴伺服进给系统、砂轮轴、修整器、液压系统、气动系统、润滑系统、冷却过滤系统、吸油雾系统、防护罩、电气系统等14部分构成。
机床床体采用焊接式。用16mm厚的板Q235A焊接而成。床体里面筋板对称布置，筋板、床体四壁、上台面之间采用合理焊接形式，保证床体的刚性和减振性，减小焊接变形。经过两次人工时效，消除焊接内应力，保证床身在长期使用过程中不发生变形。
磨削过程中，工件轴主要受轴向力。根据工件轴的受力情况和被加工工件的具体情况，工件轴与电磁无心夹具的结构形式如图1所示：前后两端均采用配对角接触球轴承，前端轴承固定，后端轴承浮动。加工过程中主轴受热向后伸长，减少热变形对被加工工件的影响。变频电动机通过大小带轮和齿形带带动工件轴旋转，其转速由电气控制。
砂轮轴采用高速、高精度砂轮轴，砂轮线速度可达50m/s。砂轮轴具有很高的支承刚度和良好的减振性，有效地提高了砂轮轴的回转精度。砂轮轴由变频电动机通过齿形带传动，以减小电动机振动对砂轮轴的影响。并由单独的油雾润滑系统保证砂轮轴的润滑。
X/Z轴伺服进给系统由上下两层导轨交叉布置构成，如图2所示。交流伺服电动机通过联轴器与滚珠丝杠直联。X/Z轴的上滑板均由直线滚动导轨支承。在磨削时，其快跳速度与磨削时的进给速度和光磨时间由数控系统设定。
X/Z轴伺服进给系统由上下两层导轨交叉布置构成，如图2所示。交流伺服电动机通过联轴器与滚珠丝杠直联。X/Z轴的上滑板均由直线滚动导轨支承。在磨削时，其快跳速度与磨削时的进给速度和光磨时间由数控系统设定。
磨削过程采用大流量冷却液冷却，使被加工工件处于局部恒温状态下完成磨削加工，保证尺寸的稳定性，防止工件烧伤。砂轮修整过程中也采用大流量冷却液冲洗砂轮表面，防止破碎磨粒进入磨削区划伤工件表面。冷却液经过三级过滤，保证洁净。机械手由电气系统和液压系统共同控制，它把待加工工件从料仓送到磨削区并把加工完成的工件运回。
机床外形与防护罩经过工业造型设计，整体外观设计美观实用、操作方便、人机适宜性好。
2 加工方法
根据工件形状和结构的要求，以圆锥滚子轴承352226为例，在加工过程中工件轴绕回转中心与X轴的夹角为7°59′，使内圈大挡边与Z轴保持平行。同时砂轮轴旋转15°，以保证砂轮进出磨削区时，不与内圈小挡边发生碰撞（图3）。在每个工件精磨前进行砂轮修整，以保证磨削质量与尺寸的稳定性。同时，在精磨和光磨过程中，电气系统控制Z轴伺服电动机通过滚珠丝杠带动砂轮轴沿Z轴方向进行20次/min的微小振荡，以减小被磨工件的表面粗糙度值。
机床外形与防护罩经过工业造型设计，整体外观设计美观实用、操作方便、人机适宜性好。
2 加工方法
根据工件形状和结构的要求，以圆锥滚子轴承352226为例，在加工过程中工件轴绕回转中心与X轴的夹角为7°59′，使内圈大挡边与Z轴保持平行。同时砂轮轴旋转15°，以保证砂轮进出磨削区时，不与内圈小挡边发生碰撞（图3）。在每个工件精磨前进行砂轮修整，以保证磨削质量与尺寸的稳定性。同时，在精磨和光磨过程中，电气系统控制Z轴伺服电动机通过滚珠丝杠带动砂轮轴沿Z轴方向进行20次/min的微小振荡，以减小被磨工件的表面粗糙度值。
3 电气系统
本机床控制系统选用法国NUM公司生产的1040数控系统。该系统用户编程容易、界面友好、接口灵活、操作简单，而且可靠性好，稳定性高。控制系统结构简图如图4所示。
本机床控制系统选用法国NUM公司生产的1040数控系统。该系统用户编程容易、界面友好、接口灵活、操作简单，而且可靠性好，稳定性高。控制系统结构简图如图4所示。
4 结语
3MK2220在我公司已投入生产，满足了加工高精度圆锥滚子轴承挡边的需要，而且加工的产品质量好、精度高。以加工352226轴承内圈挡边为例，尺寸精度在0.015mm之内，表面粗糙度达到Ra0.2μm以下，挡边与定位面的平行度误差控制在0.008mm之内。该机床总体布局合理，各项技术指标都达到当前国内先进水平，适合在轴承行业推广使用。
3MK2220在我公司已投入生产，满足了加工高精度圆锥滚子轴承挡边的需要，而且加工的产品质量好、精度高。以加工352226轴承内圈挡边为例，尺寸精度在0.015mm之内，表面粗糙度达到Ra0.2μm以下，挡边与定位面的平行度误差控制在0.008mm之内。该机床总体布局合理，各项技术指标都达到当前国内先进水平，适合在轴承行业推广使用。
来源：《制造技术与机床》2005年09期