3MZ0130/1轴承内圈外球面磨床粗精进给机构的改进

黄文雄

（福建龙溪轴承股份有限公司，福建漳州　363000）

　　摘　要：对现用3MZ0130/1轴承内圈外球面磨床粗精进给机构中进给丝杠容易磨损及螺纹副容易出现爬行现象的原因进行分析，认为原来机构中的滚动体与丝杠副为点接触和螺纹副螺纹为普通螺纹是导致其故障产生的主要因素，选用了滚针轴承代替原有的滚珠套和钢球，用梯形螺纹代替普通螺纹，改进了原有进给机构。经过使用证明，改进后的进给机构寿命和稳定性得到提高。

　　关键词：滚针轴承；梯形螺纹；进给机构；改进

　　1　存在的问题

　　3MZ0130/1轴承内圈外球面磨床是一种全自动切入式专用轴承设备磨床，用于磨削关节轴承内圈外球面。它采用控力、控速相结合的控制方式，适应力强，我公司使用3MZ0130/1轴承内圈外球面磨床进行中小型号关节轴承（Φ20～Φ80mm）内圈外球面的批量磨削加工，要求的尺寸公差为0.03mm，椭圆为0.004mm，不允许有烧伤、振纹现象。内圈外球面的质量好坏直接影响到内圈内孔加工的质量，这就要求机床必须有较好的加工能力和持续的稳定性，而这些都与切入式磨床中进给机构运转的质量有直接关系。在实际生产中，由于大批量长时间地进行生产，发现3MZ0130/1轴承内圈外球面磨床进给机构的使用寿命不长，即使是全新的进给机构，使用一段时间后就会出现异常磨损或转动不正常现象，影响到加工产品的质量稳定性，反复地维修既增加了维护成本，又影响到生产进度要求。

　　2　原因分析

　　该机床的一个进给运动循环包括快速进给、粗精进给、无进给和快速退出，我们先来看一下进给循环的各个阶段的动作实现及其对磨削作用的影响：快速进给是在快进油缸的带动下拖板实现快速移动，使工件快速接近砂轮，此时的工件还未接触到砂轮，砂轮对工件不产生切削作用。粗精进给是在进给丝杠副和节流阀的共同作用下，先以较快的速度对工件进行粗磨，然后速度逐渐降低，Z后以一个较低速度对工件进行精磨，此过程砂轮始终没有离开工件，持续地对工件进行切削，是磨削的关键阶段。无进给运动是在粗精进给结束后通过可编程序控制器延时做无进给磨削，主要是清除磨削时的残余变形。快速退出运动是随着快进油缸的回油，带动拖板快速退回原位，使工件迅速地离开砂轮，砂轮对工件也不产生切削作用。因此在一个进给运动循环中起关键作用的是粗精进给。3MZ0130/1轴承内圈外球面磨床的粗精进给是由一个控力与控速相结合的进给机构完成，即为本文研究的进给机构，它由齿轮、齿条进给活塞、进给丝杠、进给螺母和铜套滚珠副组成，其工作原理是在快进结束后，液压油进入进给机构的齿条油缸，在压力的作用下，齿条在油缸中移动，带动齿轮旋转，齿轮带动进给丝杠旋转，进给丝杠前面锁有凸轮板，凸轮板跟着转动，压缩行程节流阀，控制进给速度，达到控力与控速相结合的粗精磨削进给。经过对损坏的进给机构进行拆卸解体，分析其内部结构，发现产生问题的原因如下：

　　（1）粗精进给机构中进给丝杠与进给螺母之间的滚动体采用无内外圈但带铜套的滚珠，由于滚珠与丝杠副表面的接触为点接触，滚动体在丝杠副的接触表面上产生较大的压强，在加工中，进给是一个反复的运动过程，滚动体持续地对丝杠副的接触表面进行摩擦，从而加快了丝杠副表面的破坏，主要表现为在丝杠副表面上产生压痕、拉毛或拉沟，一旦破坏产生，便会影响到进给运动的稳定性，如产生抖动、卡死等现象，且由于破坏的存在，对滚动体产生较大的阻力，使破坏速度进一步加快，破坏面积进一步加大，从而进入恶性循环，当破坏达到一定程度就会影响到加工质量。

　　（2）原进给丝杠副采用普通螺纹配合，其牙型角为60°，这种螺纹的传动效率低，主要是用于机件间的紧固和连接，当用于传力机构时，在重载或加工速度放慢的情况下，会产生较严重的阻滞现象，从而出现转动不正常现象。

　　（3）改进过程。根据以上对产生问题的原因进行分析，并查阅了《机械设备维修基础》和《机械设计标准应用手册》等资料，我做了如下改进：

　　，改变并选用合适的滚动体。首先，为了减小滚动体对丝杠副表面的压强，滚动体与丝杠副之间必须有比较大的接触面积。其次，此滚动体必须适应进给丝杠副的运动特点。该进给丝杠副的运动机理是：进给运动是通过进给丝杠和丝杠螺母之间的螺纹配合做相对圆周运动来带动拖板做直线进给运动的。由此可见，进给丝杠副的运动特点是运动组件不仅做相对圆周运动，而且还做相对轴向运动。因此，滚动体也必须相应在径向和轴向两个方向上是自由的。

　　第二，对进给丝杠副的螺纹配合进行改进。由于普通螺纹存在着前面所述缺点，本人重新对螺纹副进行了改进，考虑到梯形螺纹的牙型角а=30°，其效率将比普通螺纹高，而且螺纹副的内径和外径处有相等的间隙，螺纹副对中性好，由于存在着润滑油膜、抗冲击性强、运转时无噪声等优点的存在，本人决定将原来的普通螺纹配合改为梯形螺纹配合，但保留进给丝杠及进给螺母的其他所有尺寸。原来的普通螺纹为M40×3，因保留了原来的螺纹大径和螺距，即选用梯形螺纹Tr40×3，其基本尺寸如下：

　　梯形螺纹的小径d₃=36.5mm，中径D₂=d₂=38.5mm，内螺纹大径D₄=40.5mm，内螺纹小径D₁=37mm。

　　原来普通螺纹的中径d_2M=38.0515mm，设原来材料的许用压强为[P_M]，P_M为原来普通螺纹的工作压强，P为现在梯形螺纹的工作压强。

　　改进前后螺纹的工作压强比为：

　　故改进后的螺纹工作压强P是原来的螺纹工作压强P_M的0.99倍，能满足同等条件下的使用要求。配合精度的选择：内螺纹选用Tr40×3-7H，外螺纹选用Tr40×3-7e，中等配合精度。与改进前不同的是铜套滚珠副改成了滚针轴承，由原来的点接触变为线接触，减少了接触处的压强，延长了丝杠副的使用寿命，且滚针轴承为通用标准件，其维修、更换较为方便。丝杠副螺纹由普通螺纹改成了梯形螺纹，提高了传动效率，运转更平稳。

　　3　应用情况

　　改进前每副丝杠的平均寿命为6个月，改进后每副丝杠的平均寿命为1.5年，寿命提高了3倍；改进前每台机床丝杠的故障率平均2次/月，改进后每台机床丝杠的故障率平均0.5次/月，减少了4倍，维修成本及维修次数明显下降。改进前用此机床做大型号速度放慢时易产生烧伤、振纹，改进后速度放慢时进给平稳，加工出的产品满足技术要求。

　　参考文献

　　[1]汪恺.机械设计标准应用手册[M].北京：机械工业出版社，1997.

　　[2]闫嘉琪.机械设备维修基础[M].北京：冶金工业出版社，2009.

来源：《中国高新技术企业》2013年12期