多沟金刚滚轮设计与应用

　　摘　要：设计一种能修整多种可磨双沟道轴承套圈砂轮的金刚滚轮。滚轮外径表面设计成10条不同沟曲率与沟距和沟阶深的沟形。适应小批量、多品种的双沟道精密轴承套圈的磨削砂轮的修整。具有制造精度较高、使用成本较低、操作简便等特点。
　　关键词：金刚滚轮；结构设计；小批量；多品种应用
　　1　原有金刚滚轮使用情况
　　双列角接触球轴承和双列深沟球轴承内、外圈沟道精度的高低直接影响装配质量以至产品接触角和振动值大小。而沟道精度主要由沟心距、沟曲率、两沟底径圆度、两沟底径椭圆度、两沟底径相互差大小、两沟径向圆跳动和沟表面粗糙度决定，一般工艺要求沟心距偏差≤±0.005mm，两沟曲率偏差≤±0.006mm，两沟底直径相互差≤0.003mm，两沟径向圆跳动≤0.003mm，两沟曲率母线轮廓度△Cur≤0.003mm沟表面粗糙度Ra≤0.2μm。而在磨削3056和4000系列中小型轴承套圈的双沟道时，修整磨削双沟道轴承套圈砂轮的金刚滚轮大多为如图1示的双沟道金刚滚轮，不仅要求金刚滚轮的沟心距偏差≤±0.003mm，两沟曲率偏差≤±0.005mm，两沟底直径相互差≤0.002mm，两沟径向圆跳动≤0.002mm，两沟道曲率母线轮廓度△Cur≤0.002mm，沟表面粗糙度Ra≤0.4μm，同时还要求滚轮自身精度符合图1中规定。虽然用此金刚滚轮修整砂轮后磨削的套圈双沟各项精度均能达到工艺要求，生产效率也高，但是该结构每个金刚滚轮只能生产单一品种的产品，使用成本较高。无法适应小批量、多品种的双沟道精密轴承套圈的磨削砂轮的修整。 　　2　多沟道金刚滚轮设计
　　为了开发生产3800系列、3900系列和3000系列新产品，考虑到此系列产品壁薄和宽度窄，依据洛轴所ZYB3-89和ZYB28-98设计方法设计好各产品图后进行工艺设计中，认为内、外圈磨沟道须采用金刚滚轮修整砂轮一次成型磨削两沟道方能达到工艺要求，但由于此系列产品套圈沟心距和沟曲率均小，结合车间现有金刚滚轮的安装空间实际，故而设计出能修整多品种、低成本和制造精度较高的多沟道金刚滚轮结构如图2所示，修整磨内圈沟道用多沟道金刚滚轮，其外形尺寸还与原来的相同，即厚度55mm、外径Φ100mm、内孔Φ52mm。 　　如图3示为磨3800系列、3900系列、3000系列和4200系列内圈沟道用多沟道金刚滚轮沟心距、沟曲率大小要求与分布情况。 　　要求此多沟道金刚滚轮须用浓度为100%、粒度为140/170的天然金刚石并采用金属结合剂手置排列，表面金刚石分布应均匀，金刚石与不锈钢基体结合应紧密，牢固，不得松动，再经烧结后磨削修整而成。
　　加工中要求多沟道金刚滚轮基准端面对中心轴线的垂直度≤0.002mm，非基准端面对基准端面的平行度和平面度均≤0.002mm，外径和各沟道底径的圆度≤0.002mm，外径和各沟道底径对中心轴线的跳动≤0.002mm；外廓形要求各区的沟心距偏差≤±0.003，各区沟曲率偏差△R≤±0.005mm，同曲率两沟半径偏差Rimp1-Rimp2≤0.002mm，同曲率两沟道单一平面平均直径差Dimp1-Dimp2≤0.002mm，两沟径向圆跳动≤0.002mm，各区沟道曲率母线轮廓度△Cur≤0.002mm，两端面粗糙度Ra≤0.2μm，各沟道表面和外圆表面粗糙度Ra≤0.4μm。
　　图2中，在滚轮外表面设计了10条圆弧沟，相邻两条沟形大小、深浅相同，共五个工作区位，分为一区、二区、三区、四区和五区。
　　图3为图2中10条沟道在滚轮外径表面的五个工作区位分布情况示意图。
　　其中：
　　一区_a1=2±0.003，2-R1.24±0.005适合磨3800～3803内圈双沟砂轮的修整；
　　二区_a2=3.175±0.003，2-R1.665±0.005适合磨3804～3810、3900～3903内圈双沟砂轮的修整；
　　三区_a3=3.968±0.003，2-R2.075±0.005适合磨3811～3812、3000～3003内圈双沟砂轮的修整；
　　四区_a4=4.766±0.003，2-R2.485±0.005适合磨3814～3816、3904～3906、4200～4202内圈双沟砂轮的修整；
　　五区_a5=5.16±0.003，2-R2.695±0.005适合磨390/32、3907～3908、3813内圈双沟砂轮的修整；
　　使用时，可根据被加工套圈沟道工艺要求，选用金刚滚轮的合适沟道，当选用一区至三区滚轮沟道时，按图2示基准面正对机床磁极安装进滚轮轴；当选用四区、五区沟道时，将滚轮返过来非基准面正对机床磁极装进滚轮轴。值得注意的是安装滚轮时应用85°C左右的热水浸泡滚轮使内孔胀大，以便于安装。滚轮装进滚轮轴后须拧紧背帽，再通过调整滚轮座轴向位置使选中滚轮的两沟道正对砂轮，拧紧固定滚轮座锁紧螺钉后就可以切入式修整砂轮了。修整砂轮时，滚轮线速度大约为被修整砂轮线速度的0.40～0.65倍，滚轮切入量以砂轮每转切入0.5～1μm为宜，每次修整砂轮的总量应为0.02～0.04mm，光修时间尽量短。修整砂轮时还必须遵守快进（不能碰上砂轮）→慢进（按需要的切入速度进给）→光修→退出的动作程序，不得错步，否则滚轮寿命难以保证。修整好砂轮后，可直接切入磨削套圈沟道。从而实现一个金刚滚轮能够适应多品种套圈沟砂轮的修整与磨削。
　　图4是已做好的3800.02内圈多沟道金刚滚轮廓形及沟心距、沟曲率及沟深检测报告附图。 　　3　多沟道金刚滚轮实施应用
　　图5为多沟道金刚滚轮与双沟道砂轮及3811～3812、3000～3003内圈双沟磨削工作区位剖面示意图。也就是调整砂轮到滚轮第三工作区位a3、R3沟道修整砂轮示例。 　　通过安装使用，磨出的3811～3812内圈两沟道沟心距、沟位置和沟曲率半径经XZ150轮廓仪和VMS-3020F影像仪检验后均合格，内圈两沟道刮色检验大小范均合格，内圈两沟道沟底径及沟底径相互差经仪器检测均合格，内圈两沟道圆度经Y9025C圆度仪检测△Cir=1.22～1.38μm（工艺规定：△Cir≤1.2μm），沟道表面粗糙度经2205型粗糙度仪检测Ra=0.165～0.195μm（工艺规定：Ra≤0.16μm）；同样，磨出的3000～3003内圈两沟道沟心距、沟位置和沟曲率半径经XZ150轮廓仪和VMS-3020F影像仪检验后均合格，内圈两沟道刮色检验大小范均合格，内圈两沟道沟底径及沟底径相互差经仪器检测都均合格，内圈两沟道圆度经Y9025C圆度仪检测沟道圆度△Cir=0.83～0.95μm（工艺规定：△Cir≤0.85μm），沟道表面粗糙度经2205型粗糙度仪检测Ra=0.12～0.16μm（工艺规定：Ra≤0.125μm）。增加光磨时间3S后，磨出的3811～3812内圈沟道圆度△Cir=1.08～1.18μm，沟道表面粗糙度Ra0.152～0.158μm；磨出的3000～3003内圈沟道圆度△Cir=0.72～0.81μm，沟道表面粗糙度Ra0.092～0.123μm。
　　使用滚轮其余各区位修整砂轮后磨削内圈两沟道沟心距、沟位置和沟曲率半径经XZ150轮廓仪和VMS-3020F影像仪检验后均合格，内圈两沟道刮色检验大小范均合格，内圈两沟道沟底径及沟底径相互差经仪器检测都均合格，用Y9025C圆度仪和2205型粗糙度仪检测两沟道圆度△Cir和沟道表面粗糙度Ra数据和结果见表1。 　　经过两年多生产实践验证：在双列角接触球轴承3800、3900、3000系列内、外圈在磨削双沟时使用多沟道金刚滚轮修整砂轮，效果较好。
　　随后又推广到4000和5000系列产品双沟道磨削砂轮的修整，分别设计制做有4沟道金刚滚轮和6沟道金刚滚轮，都取得了满意的效果。
　　4　结束语
　　实践证明，多沟道金刚滚轮适合小批量、多品种的双沟道产品的生产，特别适用于沟曲率≤8mm、沟间距≤16mm的双列球轴承套圈磨削双沟道时砂轮的修整。实现一个金刚滚轮可磨多种双沟道轴承套圈的设想，能加快新产品的开发速度，有效地节约金刚滚轮的购买费和其总使用费，降低生产成本。