CN105414980A - 一种回转支承的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回转支承的制造方法，属于回转支承生产领域，其解决了现有回转支承使用寿命短、质量稳定性较差、加工生产效率不高的问题。本发明包括粗加工步骤、划线步骤、镗孔步骤、半精车步骤、调质步骤、精加工步骤、滚道精加工步骤以及装配步骤，其中滚道内表面的调质步骤利用喷头对准滚道内表面喷射淬火液，并且旋转360°-n时立即停止喷射；滚道精加工步骤采用以车代磨对滚道内表面进行磨削加工。本发明能有效提高生产效率，制造出质量稳定、精度高、使用寿命长的回转支承。

Description

一种回转支承的制造方法

技术领域

本发明属于回转支承生产领域，具体地说，涉及一种回转支承的制造方法。

背景技术

回转支承作为重要的运动构件，处于结构承上启下的关键部位，回转支承在现实工业中应用非常广泛，被人们称为：“机器的关节”，现用于实际生产中的主要结构型式有单排四点接触球式、双排球式、多排滚柱式等。被广泛应用于汽车起重机、港口起重机、铁路起重机、船用起重机、集装箱起重机、冶金起重机、挖掘机、灌装机、航海仪，以及高、精、尖端领域如CT机驻波治疗仪、雷达天线座、导弹发射架、坦克、机器人以及旋转餐厅等方面。回转支承受力情况复杂，对性能指标提出较高的要求。而国内绝大多数回转支承制造企业的技术和生产设备暂时不能满足要求，高端回转支承主要依靠进口，价格高昂。有些产品比国外同类产品重50％之多，造成资源的大量浪费，且产品的性能指标远低于国际上领先的品牌。

目前国内高端回转支承的性能指标较差的原因涉及结构设计、材料、热处理、机械加工、装配、检测等多个方面。在回转支承零部件热处理、机械加工上下料，零部件及成品检测、测试等阶段大量采用人工或者半自动操作，对产品质量的稳定性的不易保证，生产效率较低，工资成本较高。需要引入机器人技术，提高产品的质量和生产效率，拓宽产品的应用领域，增加的经济效益，增强的竞争力，实现企业的可持续发展，可提高生产能力和降低生产成本，同时改善劳动条件，可解决行业招工难，用人难的问题。

中国专利申请号201410493260.7，公开日2014年12月17日的专利申请文件，公开了一种风电用回转支承内圈加工方法，首先进行粗加工，先对回转支承内圈进行粗加工，加工出回转支承内圈的内齿以及内圈侧面滚道，并保留余量0.62-0.78mm；然后热处理，对完成粗加工的回转支承内圈进行热处理，热处理依次包括淬火加热、回火和局部淬火；最后精加工，首先用合金刀具进行车削，当余量为0.02mm-0.03mm时，用砂轮进行磨削至尺寸要求时，最后用抛光砂进行研磨，使尺寸和粗糙度达到技术要求。该发明的优点在于：本发明的风电用回转支撑内圈加工方法简单，通过特定的热处理工艺，使得加工的回转支撑内圈硬度高，提高了回转支撑内圈的合格率以及使用寿命。

中国专利申请号200910116844.1，公开日2009年10月14日的专利申请文件，一种不对称滚道的球式回转支承及其加工方法。该回转支承的滚道为不对称型滚道，滚道上下不对称，内外圈滚道不对称，其具体结构参数是：曲率比K(滚道与钢球曲率半径的比值，R/R)的取值范围为：1.02～1.08，接触角Α取值范围为55°～65°，交角Β取值范围为10°～20°。根据上述具体结构参数，先采用数控车床对滚道进行半精加工，然后滚道淬火采用中频感应淬火，淬火硬度为57～62HRC；最后应用数控滚道专用磨床对不对称滚道进行成形磨削道。该回转支承能够改善钢球和滚道的接触应力状态，承载能力可提高35％。

上述两份发明申请文件公开的回转支承制造方法对高性能回转支承均存在生产效率低、质量稳定性差、滚道寿命短、高精度合格成品率不高的问题。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有回转支承使用寿命短、质量稳定性较差、加工生产效率不高的问题，本发明提供一种回转支承的制造方法，能有效提高生产效率，制造出质量稳定、精度高、使用寿命长的回转支承。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种回转支承的制造方法，包括以下步骤：

1)粗加工，将齿圈毛坯进行粗加工，首先用夹具将齿圈毛坯固定在机床工作台上，采用车床进行齿圈毛坯表面处理，去除表面锈蚀层，留余量2～3mm；

2)划线，沿步骤1)中粗加工后齿圈的一个侧壁划滚道中心线，同时在齿圈另一个侧壁与中心线相应处预置1～2个堵头孔位置点；

3)镗孔，采用镗床在步骤2)中堵头孔位置点加工堵头孔，堵头孔的直径为D，D的大小与滚道直径大小d满足D＝d+(5～10mm)；

4)半精车，以齿圈侧壁所划滚道中心线所在平面与齿圈轴线交点为中心加工滚道，滚道面留余量2～3mm；

5)在步骤4)中加工滾道时，以齿圈侧壁所划滚道中心线所在平面与齿圈轴线交点为中心不变，沿齿圈轴向退刀至距离齿圈端面5mm处加工一个校正圆柱面；

6)调质，对步骤4)中加工的滚道进行调质处理，首先将步骤4)中半精车后的齿圈采用多点支承方式固定，再将其滚道表面加热至700～900℃，然后使喷头对准滚道内表面并与齿圈相对旋转喷射淬火液，使滚道内表面冷却至150～200℃后再进行回火，回火温度为300～350℃，喷头与齿圈相对旋转运动的速度为120～180mm/s，旋转360°-n时立即停止喷射，其中n＝180l/(πR)，R为齿圈半径，l＝2D，D为滚道公称直径；

7)精加工，该步骤包括工件表面精车、滚道精加工、钻孔以及插齿；

精车，以步骤5)中校正圆柱面为基准，对步骤6)中调质后的半成品工件表面进行精加工，精车到工艺要求的尺寸；

钻孔，采用数控钻床在齿圈轴向平面进行轴向安装孔加工；

插齿，采用插齿机对齿圈轮齿进行加工；

8)滚道精加工，以步骤5)中校正圆柱面为基准，采用以车代磨对滚道内表面进行磨削加工，先用陶瓷刀片对滚道进行磨削加工，磨削时每次进刀0.10～0.20mm，待尺寸余量到达0.02mm时再用抛光砂进行研磨；

9)装配。

优选地，所述的步骤1)粗加工前还包括选料、锻造步骤。

优选地，所述的选料步骤，选择材质为50Mn钢的原材料；所述的锻造步骤为将原材料锻造成齿圈毛坯。

优选地，所述的步骤6)中淬火液采用聚醚类水溶液。

优选地，所述的步骤6)中喷头与齿圈相对旋转运动的中心轴线为步骤5)中校正圆柱面轴线。

优选地，所述的步骤7)中工件表面精车利用吊装总成起吊安装至机床工作台，该吊装总成采用3个大吸力电磁铁，沿圆周以120度角度等距分布，通过PLC控制吸合与脱开；吊至工作台的半成品采用液压卡盘对工件进行固定，精加工后与伺服电机连接的液压卡盘自动松开，通过与吊装总成连接的机器手吊至规定的位置，码放整齐。

优选地，精加工过程中通过非接触式传感器测量步骤5)中校正圆柱面的三个等分点确定圆的大小，通过PLC的函数运算与实际所需圆的大小比较，控制各伺服电机进行校圆程序对校正圆进行精度测量，超出公差范围，PLC将修正误差，重新进行二次车加工，直至精加工完成。

优选地，还包括检验步骤，即对产品进行尺寸检验。

优选地，还包括包装步骤，具体为先对检验合格的产品涂抹防锈油，再用塑料薄膜进行包装，然后用蛇皮袋包装带进行包装，最后码放整齐。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明能有效提高回转支承的生产效率，制造出质量稳定、精度高、使用寿命长的回转支承；

(2)本发明根据滚道直径大小精确计算堵头孔大小，在满足后续滚道内钢珠置入要求前提下，一方面可以降低生产成本，提高生产效率，减少不必要的劳动，另一方面可以提高齿圈结构的稳定性，降低漏油风险；

(3)本发明滚道加工采用先淬火后精加工的方式，可以有效避免淬火过程中滚道表面变形超差产生工件报废的现象，并且通过控制喷头旋转运动规律，使得滚道内表面硬度达到标准硬度和标准淬硬层厚度，同时通过采用多点支承方式进行淬火，确保变形量最小，多措并举，使得精加工后的滚道既满足变形精度要求，提高了滚道耐磨性和耐热性，提高了回转支承的整体质量；

(4)本发明通过电磁体来吊装齿圈，实现快速安全吊装，同时把吊装对齿圈变形的影响减小到最低。

(5)本发明通过液压卡盘可实现自动化控制打开与夹紧，同时有自定心的优势，减少装夹的时间，提高效率。

(6)本发明精车后对工件进行自动测量：采用非接触式传感器测量拾取圆表面的三个等分点确定圆的大小，通过PLC的函数运算与实际所需圆的大小比较，控制各伺服电机进行校圆程序；对齿圈轴向面的精度测量：采用非接触式测头，检测齿圈轴向面，数据通过PLC链接，在公差范围内则执行工件拆卸等后续动作，超出公差范围，PLC将修正误差，重新进行二次车加工，直至测量符合公差；

(7)用以车代磨工艺对精车对回转支承内外圈硬车加工时，与磨削相比，避免了磨削烧伤，而且，硬车削回转支承可选择干式切削方式，经济环保；而且相比磨削加工，硬车削下来的铁屑可以很方便处理，作为资源回收利用成本低，减少对环境污染；

(8)本发明采用以上的方法使得高性能回转支承加工余量小，节省原材料，降低成本、稳定产品质量、提高工作效率；本发明结构简单，设计合理，易于制造。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

一种回转支承的制造方法，包括以下步骤：

1)选料，选择材质为50Mn钢的原材料；

2)锻造，将步骤1)中原材料锻造成齿圈毛坯；

3)粗加工，将步骤2)中锻造得到的齿圈毛坯进行粗加工，首先用夹具将齿圈毛坯固定在机床工作台上，采用车床进行齿圈毛坯表面处理，去除表面锈蚀层，留余量2～3mm；

4)划线，沿步骤2)中粗加工后齿圈内壁划滚道中心线，同时在齿圈外壁与中心线相应处预置2个堵头孔位置点；

5)镗孔，采用镗床在步骤4)中堵头孔位置点加工堵头孔，滚道直径大小d＝25.4mm，则堵头孔的直径为D＝d+6.6mm＝32mm；在滚道直径的基础上，满足后续滚道内钢珠置入要求前提下，选择如此堵头孔直径一方面方便方便加工，降低生产成本，提高生产效率，减少不必要的劳动，另一方面可以提高齿圈结构的稳定性，降低漏油风险；

6)半精车，以齿圈内壁所划滚道中心线所在平面与齿圈轴线交点为中心加工滚道，滚道面留余量2mm；

7)在步骤6)中加工滾道时，以齿圈内壁所划滚道中心线所在平面与齿圈轴线交点为中心不变，沿齿圈轴向退刀至距离齿圈端面5mm处加工一个沿齿圈径向深度为1～2mm的校正圆柱面；该校正圆柱面与步骤6)中加工的滚道同轴，为后续精加工校正同轴度的基础；

8)调质，对步骤6)中加工的滚道进行调质处理，首先将步骤6)中半精车后的齿圈采用多点支承方式固定，再将其滚道表面加热至800℃，然后使喷头对准滚道内表面并与齿圈相对旋转喷射淬火液，使滚道表面冷却至200℃后再进行回火，回火温度为350℃，淬火液采用聚醚类水溶液，喷头以120mm/s的速度，绕步骤7)中校正圆柱面轴线自转，可以确保淬火均匀，提高精度；旋转360°-n＝356.4°时立即停止喷射，并在滚道表面标记喷头停止位置，其中n＝180l/πR＝(180×2×25.4)÷(3.14×800)≈3.6°，R为齿圈半径800mm，l＝2d，d为滚道公称直径25.4mm；使得淬火厚度达到7mm；预留圆心角为n＝3.6°的未淬火区，能够有效避免后续滚道回火产生张力，导致齿圈开裂，质量降低，甚至齿圈断裂报废；

8)精加工，该步骤包括工件表面精车、滚道精加工、钻孔以及插齿；

精车，将步骤7)中调质后的半成品利用吊装总成起吊安装至机床工作台，该吊装总成采用3个大吸力电磁铁，沿圆周以120°角度等距分布，通过PLC控制吸合与脱开；吊至工作台的半成品采用液压卡盘对工件进行固定，通过非接触式传感器测量步骤7)中校正圆柱面的三个等分点确定圆的大小，通过PLC的函数运算与实际所需圆的大小比较，控制各伺服电机进行校圆程序对校正圆柱面进行精度测量，运行车床程序对工件表面进行精加工，精车到工艺要求的尺寸；

精车后对工件进行自动测量：采用非接触式传感器测量拾取校正圆柱面的三个等分点确定圆的大小，通过PLC的函数运算与实际所需圆的大小比较，控制各伺服电机进行校圆程序；对齿圈轴向面的精度测量：采用非接触式测头，检测齿圈轴向面，数据通过PLC链接，在公差范围内则执行工件拆卸等后续动作，超出公差范围，PLC将修正误差，重新进行二次车加工，直至测量符合公差；

加工合格后与伺服电机连接的液压卡盘自动松开，通过与吊装总成连接的机器手吊至规定的位置，码放整齐；减少吊装过程中产生的形变；

钻孔，采用数控钻床在齿圈轴向平面进行轴向安装孔加工；

插齿，采用插齿机对外圈外齿进行加工；

9)滚道精加工，以步骤7)中校正圆柱面为基准，采用以车代磨对滚道内表面进行磨削加工，先用陶瓷刀片对滚道进行磨削加工，磨削时每次进刀0.20mm，待尺寸余量到达0.02mm时再用抛光砂进行研磨，使尺寸和粗糙度达到技术要求；用以车代磨工艺对精车对回转支承内外圈硬车加工时，与磨削相比，避免了磨削烧伤，而且，硬车削回转支承可选择干式切削方式，经济环保；而且相比磨削加工，硬车削下来的铁屑可以很方便处理，作为资源回收利用成本低，减少对环境污染；

10)装配，根据客户的技术要求进行装配；

11)检验，按产品检验标准进行检验；

12)包装，对检验合格的产品进行包装；涂抹防锈油；用塑料薄膜进行包装；用蛇皮袋包装带进行包装；码放整齐。

本发明方法中滚道加工采用先淬火后精加工的方式，可以有效避免淬火过程中滚道表面变形超差产生工件报废的现象，并且通过步骤8)中控制喷头旋转速度，使得滚道内表面硬度达到HRC60，淬硬层厚为7mm，同时通过采用多点支承方式进行淬火，确保变形量小于1.5mm，多措并举，使得精加工后的滚道既满足变形精度要求，同时满足了淬硬层达到5mm的标准。

实施例2

与实施例1相同，所不同的是：步骤5)中滚道直径大小d＝50.8mm，则堵头孔的直径为D＝d+9.2mm＝60mm；步骤8)中调质，对实施例1中步骤6)中加工的滚道进行调质处理，首先将步骤6)中半精车后的齿圈采用多点支承方式固定，再将其滚道表面加热至700℃，然后使喷头对准滚道内表面并与齿圈相对旋转喷射淬火液，使滚道表面冷却至150℃后再进行回火，回火温度为300℃，淬火液采用聚醚类水溶液，喷头以180mm/s的速度，绕步骤7)中校正圆柱面轴线自转，可以确保淬火均匀，提高精度；旋转360°-n＝352.72°时立即停止喷射，并在滚道表面标记喷头停止位置，其中n＝180l/πR＝(180×2×50.8)÷(3.14×800)≈7.28°，R为齿圈半径800mm，l＝2d，d为滚道公称直径；使得淬火厚度达到7mm；预留圆心角为n的未淬火区，能够有效避免后续滚道回火产生张力，导致齿圈开裂，质量降低，甚至齿圈断裂报废；

本实施例中滚道加工采用先淬火后精加工的方式，可以有效避免淬火过程中滚道表面变形超差产生工件报废的现象，并且通过步骤8)中控制喷头旋转速度，使得滚道内表面硬度达到HRC50，淬硬层厚为5mm，同时通过采用多点支承方式进行淬火，确保变形量小于1.5mm，多措并举，使得精加工后的滚道既满足变形精度要求，同时满足了淬硬层达到3mm的标准，以制造出质量稳定、精度高、使用寿命长的回转支承。

Claims (9)

1.一种回转支承的制造方法，包括以下步骤：

1)粗加工，将齿圈毛坯进行粗加工，首先用夹具将齿圈毛坯固定在机床工作台上，采用车床进行齿圈毛坯表面处理，去除表面锈蚀层，留余量2～3mm；

2)划线，沿步骤1)中粗加工后齿圈的一个侧壁划滚道中心线，同时在齿圈另一个侧壁与中心线相应处预置1～2个堵头孔位置点；

3)镗孔，采用镗床在步骤2)中堵头孔位置点加工堵头孔，堵头孔的直径为D，D的大小与滚道直径大小d满足D＝d+(5～10mm)；

4)半精车，以齿圈侧壁所划滚道中心线所在平面与齿圈轴线交点为中心加工滚道，滚道面留余量2～3mm；

5)在步骤4)中加工滾道时，以齿圈侧壁所划滚道中心线所在平面与齿圈轴线交点为中心不变，沿齿圈轴向退刀至距离齿圈端面5mm处加工一个校正圆柱面；

6)调质，对步骤4)中加工的滚道进行调质处理，首先将步骤4)中半精车后的齿圈采用多点支承方式固定，再将其滚道表面加热至700～900℃，然后使喷头对准滚道内表面并与齿圈相对旋转喷射淬火液，使滚道内表面冷却至150～200℃后再进行回火，回火温度为300～350℃，喷头与齿圈相对旋转运动的速度为120～180mm/s，旋转360°-n时立即停止喷射，其中n＝180l/(πR)，R为齿圈半径，l＝2D，D为滚道公称直径；

7)精加工，该步骤包括工件表面精车、滚道精加工、钻孔以及插齿；

精车，以步骤5)中校正圆柱面为基准，对步骤6)中调质后的半成品工件表面进行精加工；

钻孔，采用数控钻床在齿圈轴向平面进行轴向安装孔加工；

插齿，采用插齿机对齿圈轮齿进行加工；

8)滚道精加工，以步骤5)中校正圆柱面为基准，采用以车代磨对滚道内表面进行磨削加工，先用陶瓷刀片对滚道进行磨削加工，磨削时每次进刀0.10～0.20mm，待尺寸余量到达0.02mm时再用抛光砂进行研磨；

9)装配。

2.根据权利要求1所述的一种回转支承的制造方法，其特征在于：所述的步骤1)粗加工前还包括选料、锻造步骤。

3.根据权利要求2所述的一种回转支承的制造方法，其特征在于：所述的选料步骤，选择材质为50Mn钢的原材料；所述的锻造步骤为将原材料锻造成齿圈毛坯。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种回转支承的制造方法，其特征在于：所述的步骤6)中淬火液采用聚醚类水溶液。

5.根据权利要求4所述的一种回转支承的制造方法，其特征在于：所述的步骤6)中喷头与齿圈相对旋转运动的中心轴线为步骤5)中校正圆柱面轴线。

6.根据权利要求4所述的一种回转支承的制造方法，其特征在于：所述的步骤7)中工件表面精车利用吊装总成起吊安装至机床工作台，该吊装总成采用3个大吸力电磁铁，沿圆周以120度角度等距分布，通过PLC控制吸合与脱开；吊至工作台的半成品采用液压卡盘对工件进行固定，精加工后与伺服电机连接的液压卡盘自动松开，通过与吊装总成连接的机器手吊至规定的位置，码放整齐。

7.根据权利要求6所述的一种回转支承的制造方法，其特征在于：精加工过程中通过非接触式传感器测量步骤5)中校正圆柱面的三个等分点确定圆的大小，通过PLC的函数运算与实际所需圆的大小比较，控制各伺服电机进行校圆程序对校正圆进行精度测量，超出公差范围，PLC将修正误差，重新进行二次车加工，直至精加工完成。

8.根据权利要求6或7所述的一种回转支承的制造方法，其特征在于：还包括检验步骤，即对产品进行尺寸检验。

9.根据权利要求8所述的一种回转支承的制造方法，其特征在于：还包括包装步骤，具体为先对检验合格的产品涂抹防锈油，再用塑料薄膜进行包装，然后用蛇皮袋包装带进行包装，最后码放整齐。