CN102639286A - 加工方法及轴承 - Google Patents

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Abstract

提供一种无需进行超精(镜面磨削)加工就能够实现前导时间的缩短的加工方法及利用该加工方法制造的轴承。利用夹紧装置(10)夹紧轴承的结构部件而对该结构部件进行精加工。在不解除由夹紧装置(10)进行的夹紧的情况下，以保持对结构部件夹紧的状态进行淬火钢切削和磨削加工。

Description

加工方法及轴承
技术领域
本发明涉及对例如深沟球轴承、角接触球轴承、圆锥滚子轴承等的结构部件进行加工的加工方法及使用通过这种加工方法加工而成的结构部件的轴承。
背景技术
作为制造轴承的轨道圈(内圈和外圈)的方法，如专利文献1记载的那样，进行切削加工和磨削加工。例如，作为制造(加工)外圈的方法，依次进行图4所示的工序。
首先，如图4A所示，通过冷轧等锻造获得大致形成为外圈的形状的原始形状的外圈坯料W1。如图4B所示，在利用加热炉52将该坯料W1淬火而使其表面硬化后，进行图4C所示的宽度磨削及图4D所示的外径磨削。接下来，对该外径磨削的坯料W1进行车削，如图4E所示，将滚道面51a及密封槽51b加工成期望的形状。最后，如图4F所示，利用磨石53对滚道面51a进行超精加工，从而将坯料W1加工成外圈51。
在制造(加工)内圈的情况下也是同样。即，通过冷轧等锻造获得大致形成为内圈的形状的原始形状的内圈坯料。通过加热炉将该坯料淬火而使其表面硬化后，进行宽度磨削。接下来，对该宽度磨削后的坯料进行车削，将滚道面及密封槽加工成期望的形状。通过对该切削后的坯料进行内径磨削及利用磨石对滚道面的超精加工，从而加工成内圈。
【在先技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开平6-246546号公报
发明内容
即，在图4所示的方法中，热处理后的前导时间如下所示。热处理→宽度磨削→切削加工→磨削加工。这是因为，要制造的轴承(bearing)是大型(内径尺寸为180mm以上的轴承)的轴承，热处理后的变形大，从而需要进行精加工的加工余量多。
因此，造成加工工序多，从而导致作业时间的长时间化。另外，在切削加工后，暂时解除工件的夹紧状态，再次进行为了磨削加工的夹紧。如此一来，暂时解除夹紧而再次进行夹紧时，需要再度进行对心，从而在作业性方面存在问题。因此，存在引起工件偏心的情况，为了吸收该偏心，需要为磨削加工留出多余的加工余量。
另外，在需要通过磨削加工加工较多的加工余量时，利用效率高的粗磨石进行加工。然而，若利用粗磨石进行加工，则无法获得所需的表面性质，需要对滚道面进行超精(镜面磨削)加工。
进一步而言，在切削加工中，由于在工件中产生被称为白层、热影响层的数10μm的加工变质层，因此无法对轴承的传送面等承受高应力的承受部位进行精加工。
因此，鉴于这些实际情况，本发明的目的在于提供无需进行超精(镜面磨削)加工而能够缩短前导时间(lead time)的加工方法及利用该加工方法制造的轴承。
在本发明的加工方法中，利用夹紧装置夹紧轴承的结构部件而对该结构部件进行精加工，其中，在不解除由夹紧装置进行的夹紧的情况下，以保持对结构部件夹紧的状态进行淬火钢切削和磨削加工。淬火钢切削只是切削，但是由于切削通常对未热处理状态下的坯料进行，所以为了明确是热处理后(淬火后)的切削，所以称之为淬火钢切削。
根据本发明的加工方法，由于在保持对结构部件夹紧的状态下进行淬火钢切削和磨削加工，所以在淬火钢切削与磨削加工之间无需进行工件(结构部件)的拆装。因此，无需进行再次夹紧时的对心作业，能够防止产生偏心，从而能够减少磨削加工的加工余量。
优选：所述结构部件具有滚道面，同时进行该滚道面的精加工磨削和除滚道面以外的其他部位的切削。在这种情况下，可以留有单边壁厚100μm以内的加工余量作为滚道面的精加工磨削量而进行切削加工(淬火钢切削)。
所述结构部件为在外径面具有滚道面的内圈，或者所述结构部件为在内径面具有滚道面的外圈。
本发明的第一轴承使用了利用所述加工方法加工成的内圈。另外，本发明的第二轴承使用了利用所述加工方法加工成的外圈。
【发明效果】
根据本发明的加工方法，能够减小加工余量，磨削的磨石可以选择相比于效率更重视精度的磨石。其结果是，能够获得作为产品所需的表面性质，从而能够省略滚道面等的超精(镜面磨削)加工。因此，能够缩短前导时间，从而能够实现生产效率的提高。尤其是，本发明通过减小加工余量，成为适合热处理后的变形大的大型轴承(例如内径尺寸为180mm以上的轴承)的结构部件的加工方法。另外，由于淬火钢切削为干式加工，所以无需磨削冷却剂。因此，淬火钢切削具有环保且精加工成精度良好的尺寸的优点。
通过同时进行滚道面的精加工磨削和除滚道面以外的其他部位的切削，能够进行更为高效的加工。另外，留有单边壁厚100μm以内的加工余量作为滚道面的精加工磨削量而进行切削加工(淬火钢切削)，由此，能够在产品上不残留加工变质层，从而能够提供高品质的产品。
通过所述加工方法能够利用缩短了前导时间的加工成形各结构部件，若使用这种部件组装轴承，则能够实现生产效率的提高。
附图说明
图1是表示利用本发明的加工方法加工的轴承内圈的剖视图。
图2是表示利用本发明的加工方法加工的轴承外圈的剖视图。
图3是利用本发明的加工方法加工的轴承的剖视图。
图4A是现有的轴承外圈的加工方法的外圈坯料加工图。
图4B是现有的轴承外圈的加工方法的表面加工图。
图4C是现有的轴承外圈的加工方法的宽度磨削加工图。
图4D是现有的轴承外圈的加工方法的外径磨削加工图。
图4E是现有的轴承外圈的加工方法的形状加工图。
图4F是现有的轴承外圈的加工方法的精加工图。
具体实施方式
以下，根据图1～图3说明本发明的实施方式。
图3是表示使用了利用本发明的加工方法加工的成部件的轴承(圆锥滚子轴承)的剖视图。该轴承具备：在外径面具有圆锥状的滚道面2a的内圈2、在内径面具有圆锥状的滚道面3a的外圈3、设置在内圈2的滚道面2a与外圈3的滚道面3a之间的圆锥滚子4、保持该圆锥滚子4的保持器5。内圈2在滚道面2a的小径侧具有小凸缘部2b，在滚道面2a的大径侧具有大凸缘部2c。需要说明的是，利用本加工方法加工的结构部件为内圈2和外圈3等。
对于本发明的加工方法，首先说明内圈2的情况。在该加工方法中，对内圈形成坯料(加工成大致产品的形状)2A(参照图1)进行加热处理。作为加热处理，例如，可以利用加热炉进行淬火。然后，进行宽度磨削，如图1所示那样进行切削加工和磨削加工。内圈形成坯料2A在外径面具有圆锥状的滚道面形成面2Aa，在该滚道面形成面2Aa的小径侧具有小凸缘部2Ab，在形成面滚道面2Aa的大径侧具有大凸缘部2Ac。
切削加工和磨削加工不解除利用夹紧装置10进行的夹紧，而是在将结构部件即内圈2的坯料2A夹紧的状态下直接进行。夹紧装置10例如可以通过磁性夹紧来构成。
切削加工利用切削工具11进行，磨削加工利用磨削工具12进行。切削工具11进行淬火钢切削。为此，切削工具11具有能够进行淬火钢切削的刀头15。作为能够进行淬火钢切削的刀头15，例如，可以由向CBN(立方晶碳化硼)添加了特殊陶瓷结合材料的烧结体工具等构成。这种刀头15在市面上有所销售。该刀头15由支承体14支承，通过省略图示的移动机构至少能够在与内圈2的轴心平行的方向即箭头A、B方向上移动。淬火钢切削仅为切削，由于切削通常对未热处理状态下的坯料进行，所以为了明确是在热处理后(淬火后)进行的切削而称之为淬火钢切削。
磨削工具12具备圆盘状的磨石16和使该磨石16围绕其轴心旋转的驱动机构17。驱动机构17例如具备驱动用电动机18和使该驱动用电动机18的旋转驱动力传递到磨石16的传递轴19。该磨削工具12以其轴心与内圈2的滚道面2a的倾斜角度对应的方式倾斜。并且，能够进行这种倾斜状态下沿箭头C、D方向移动。
夹紧装置10具备吸附内圈形成坯料2A的基座20，该基座20能够被旋转驱动。在这种情况下，在基座20上载置固定内圈形成坯料2A的厚壁侧的端面2Ad。为此，吸附在基座20上的内圈形成坯料2A被驱动为围绕其轴心O旋转。例如，通过将基座20载置固定在公知公用的已知旋转工作台上，从而能够使该基座20围绕其轴心O旋转。
因此，在使基座20围绕其轴心O如箭头E那样旋转的同时，如图1所示，使切削工具11的刀头15位于内圈形成坯料2A的内径侧即基座相反侧，从而使其向箭头A方向移动。由此，能够对内圈形成坯料2A的内径面进行切削(淬火钢切削)，从而能够对内圈2的内径面进行精加工。在这种情况下，留有单边壁厚为100μm以内的加工余量作为滚道面2a的精加工磨削量而进行切削加工。
当进行该切削加工时，通过磨削工具12进行磨削加工。此时，如图1所示，其轴心Oa在与滚道面形成面2Aa的倾斜角度对应地倾斜的状态下，配置在内圈形成坯料2A的外径侧。此外，在该状态下，使磨削工具12维持该倾斜角度，且使磨石16围绕其轴心Oa旋转，如箭头C所示那样使其接近内圈形成坯料2A，从而使该磨石16的外周面与滚道面形成面2Aa接触。由此，能够进行滚道面形成面2Aa的磨削加工，从而能够对内圈2的滚道面2a进行精加工。
接下来，说明外圈3的加工方法。在这种情况下，也是在形成外圈形成坯料(加工成大致产品的形状)3A后，对该坯料3A进行加热处理。作为加热处理，例如也是可以利用加热炉进行淬火。然后，进行宽度磨削，进行切削加工(淬火钢切削)和磨削加工。外圈形成坯料3A在内径面具有圆锥状的滚道面形成面3Aa。夹紧装置10的基座30在上表面外周部具有环状的支承部30a，在该支承部30a上载置固定有外圈形成坯料3A的壁厚侧的端面3Ab。
因此，在使基座30围绕其轴心O1如箭头F所示那样旋转的同时，如图2所示，使切削工具11的刀头15位于外圈形成坯料3A的外径侧即基座相反侧，使其向箭头A1方向移动。由此，能够对外圈形成坯料3A的外径面进行切削(淬火钢切削)，从而能够对外圈3的外径面进行精加工。
当进行该切削加工时，通过磨削工具12进行磨削加工。此时如图2所示，该轴心Oa在与滚道面形成面3Aa的倾斜角度对应地倾斜的状态下，配置在外圈形成坯料3A的内径侧。此外，在该状态下，使磨削工具12维持该倾斜角度，且使磨石16围绕其轴心Oa旋转，从而如箭头D1所示那样接近外圈形成坯料3A的内径面，使该磨石16的外周面与滚道面形成面3Aa接触。由此，能够进行滚道面形成面3Aa的磨削加工，从而能够对外圈3的滚道面3a进行精加工。作为滚道面3a的精加工磨削量，留有单边壁厚100μm以内的加工余量来进行切削加工。
另外，磨削磨石由三个要素(磨粒·结合剂·气孔)及五个因素(磨粒的种类、粒度、结合度、组织、结合剂)确立。在此，三个要素表示构成磨石的要素，五个因素表示这些要素的性质。磨粒是指，发挥作为磨石的功能的高硬度的粒状或粉末的物质。结合材料是指作为将磨粒和磨粒结合·保持的粘结剂的材料即结合物。气孔是指，存在于磨削磨石中的空间，具有贮存切屑的作用。
作为工业上使用的通常的磨粒，在JIS R6111-2002(人造磨削材料)具有关于其性质的规定，磨粒的种类大致分为氧化铝系和碳化硅系。关于与适用加工物的对应方面，氧化铝系一般适合铁钢·工具钢等金属，碳化硅系适合铝·铜·超硬合金等非铁、非金属。粒度是指磨粒的大小，其由筛的网眼表示。在数值上，到220为止为粗粒，其以上为微粉。数值越小越粗，另外越粗则强度越弱。要根据磨削面的精加工精度来选定磨粒大小。然而，精加工面粗糙度和粒度没有关系，精加工面粗糙度因修整(dressing)条件而变化。结合度为保持磨粒与结合剂的保持力的指标，由字母A～Z表示。越接近A则越软。通常，对于硬的加工物使用较软的磨石，而对于软的加工物使用较硬的磨石。另外，结合度越大的磨石强度越大，越软的磨石强度越小。组织为根据磨石单位容积中磨粒所占的比例(磨粒率)确定的指标，将磨粒率从62％到34％分为0～14的15个级别，将磨粒率62％作为组织0。结合剂是指将磨粒彼此结合的材料。
因此，对于所述磨削工具12的磨石16，可以根据要磨削的内圈2和外圈3的材质等，根据所述的三个要素及五个因素来选择。
根据本发明的加工方法，由于在夹紧结构部件的情况下直接进行淬火钢切削和磨削加工，因此，在切削加工(淬火钢切削)与磨削加工之间无需进行工件(结构部件)的拆装。因此，无需进行再次夹紧时的对心作业，从而能够防止产生偏心，因此能够减小磨削加工的加工余量。由此，磨削的磨石可以选择相比效率更重视精度的磨石。其结果是，能够获得作为产品所需的表面性质，能够省去对滚道面等的超精(镜面磨削)加工。因此，能够缩短前导时间，从而能够实现生产效率的提高。尤其是，本发明通过减小加工余量，成为适合热处理后的变形大的大型轴承(例如内径尺寸为180mm以上的轴承)的结构部件的加工方法。另外，淬火钢切削为干式加工，因此需要磨削冷却剂。因此，淬火钢切削具有环保且能够精加工成精度良好的尺寸的优点。
通过同时进行滚道面2a、3a的精加工磨削和除滚道面2a、3a以外的其他部位的切削，能够进行更有效率的加工。另外，通过将滚道面2a、3a的精加工磨削量留有单边壁厚为100μm以内的加工余量而进行切削加工(淬火钢切削)，可以不在产品上残留加工变质层，从而能够提供高品质的产品。
可以利用所述加工方法而缩短前导时间的加工来进行各结构部件的成形，若使用这种部件组装轴承，则能够实现生产效率的提高。
另外，在所述实施方式中，作为轴承存在有圆锥滚子轴承，但是可以为深沟球轴承、角接触球轴承等其他轴承。在此，对于深沟球轴承而言，设置于内圈·外圈上的轨道的槽形成为半径比滚动的滚珠的半径稍大的圆弧形的横截面。除了径向载荷之外，还能够承受两个方向的轴向载荷。从而适合摩擦转矩小、高速旋转的部位或要求低噪音、低振动的用途。角接触球轴承是滚珠与内圈·外圈的轨道相对于径向方向成某一角度地接触的轴承。轴向载荷不限于一个方向，也适合承受轴向载荷与径向载荷的合成载荷。由于该轴承带有接触角，所以当径向载荷作用时产生轴向分力，因此可以两个对置使用或者多个组合使用。在相邻地安装两个轴承的情况下，预先调整缝隙而成为设定好的组合角接触球轴承。需要说明的是，圆锥滚子轴承设置成如下方式，即，圆锥状的滚子与轨道圈线接触，内圈滚道面、外圈滚道面及滚子的圆锥顶点与轴承的旋转中心线上的一点对齐。因此，滚子在滚道面上因从内圈滚道面和外圈滚道面受到的合成力而被向内圈大凸缘按压，在这种状态下被引导的同时滚动。另外，能够承受径向载荷和一个方向的轴向载荷，接触角越大则轴向载荷的负载能力变得越大。即使在单纯承受径向载荷的情况下也产生轴向方向的分力，因此通常两个对置使用。
以上，虽然说明了本发明的实施方式，但是本发明不局限于所述实施方式而可以进行各种变形，例如，作为切削加工及磨削加工前的热处理，可根据坯料的材质等采用渗碳淬火、整体淬火等各种方法。另外，可以对内圈形成坯料2A和外圈形成坯料3A的切削加工及磨削加工的旋转速度、切削工具11的切削时的刀头15的移动速度、及磨削工具12的磨石16的旋转速度等进行各种变更。另外，作为夹紧装置10。由于只要能够夹紧要加工的工件(结构部件)并在维持该夹紧状态下直接进行淬火钢切削和磨削加工即可，因此不局限于磁性夹紧，还可以采用其他公知公用的已知夹紧装置。
在所述图1及图2所示的加工工序中，结构部件虽然是圆锥滚子轴承的结构部件，但是结构部件若为图4所示那样的滚动轴承，则切削工具11、磨削工具12的结构和移动方向等有所不同。然而，这种情况下的切削工具11、磨削工具12的结构和移动机构等可以采用公知公用的已知结构和机构。
【产业上的可利用性】
能够进行超精(镜面磨削)加工。由加工方法加工的部件为深沟球轴承、角接触球轴承、圆锥滚子轴承等的内圈和外圈。对于进行切削加工和磨削加工时保持工件(结构部件)的夹紧装置，可以使用利用磁性吸引并固定磁性材料的磁性夹具。对于磁性夹具，存在有使用永久磁铁的夹具、使用电磁铁的夹具和将双方配合使用的混合型夹具。
【符号说明】
2内圈
2a滚道面
3外圈
3a滚道面
10夹紧装置

Claims (7)

1.一种加工方法，该方法利用夹紧装置夹紧轴承的结构部件而对该结构部件进行精加工，其特征在于，
在不解除由夹紧装置进行的夹紧的情况下，以保持对结构部件夹紧的状态进行淬火钢切削和磨削加工。
2.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，
所述结构部件具有滚道面，同时进行该滚道面的精加工磨削和除滚道面以外的其他部位的切削。
3.根据权利要求1所述的加工方法，其特征在于，
所述结构部件具有滚道面，留有单边壁厚100μm以内的加工余量作为该滚道面的精加工磨削量而进行淬火钢切削。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的加工方法，其特征在于，
所述结构部件为在外径面具有滚道面的内圈。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的加工方法，其特征在于，
所述结构部件为在内径面具有滚道面的外圈。
6.一种轴承，其特征在于，使用了通过所述权利要求4记载的加工方法加工成的内圈。
7.一种轴承，其特征在于，使用了通过所述权利要求5记载的加工方法加工成的外圈。
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