CN109986305A - 一种薄壁非圆“三瓣波形”滚道的预应力成形磨削方法 - Google Patents
一种薄壁非圆“三瓣波形”滚道的预应力成形磨削方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种薄壁非圆“三瓣波形”滚道的预应力成形磨削方法，它涉及薄壁非圆滚道轴承套圈磨削领域。本发明解决了现有的薄壁非圆三瓣波形滚道在成形加工过程中存在设备参数不可控，导致产品质量不稳定，整体尺寸精度一致性不好，容易变形的问题。本发明是通过以下步骤实现的，步骤一、车加工非圆滚道轴承外圈；步骤二、热处理非圆滚道轴承外圈；步骤三、粗磨非圆滚道轴承外圈；步骤四、终磨非圆滚道轴承外圈；步骤五、预应力夹紧非圆滚道轴承外圈；步骤六、细磨轴承外圈外滚道；步骤七、终磨轴承外圈外滚道；步骤八、精加工各引导面及去锐角；步骤九、粗、精研外滚道。本发明用于航空发动机轴承的薄壁非圆三瓣波形滚道的成形磨削。
Description
技术领域
本发明涉及薄壁非圆滚道轴承套圈磨削领域，具体涉及一种薄壁非圆“三瓣波形”滚道的预应力成形磨削方法。
背景技术
三瓣波滚子轴承是应用在航空发动机上的一种轴承。目前，现有的薄壁非圆三瓣波形滚道成形方法是采用模具挤压变形的方法，在套圈毛坯外表面施加合适的径向外载荷，使得套圈毛坯产生预变形，使用轴承专用数控磨床对滚道进行磨削，磨削至理论基圆尺寸，最后释放外载，套圈变形回弹，实现“三瓣波”形的成形加工。由于加工过程中设备参数不可控，导致产品质量不稳定，整体尺寸精度一致性不好。产品的加工质量与国外轴承的加工质量相比，仍有较大差异，尤其套圈的薄壁结构导致滚道成形后，形状及精度发生变化，造成轴承滚道轮廓与理想形状仍存在一定差距。
综上所述，现有的薄壁非圆三瓣波形滚道在成形加工过程中存在设备参数不可控，导致产品质量不稳定，整体尺寸精度一致性不好，容易变形的问题。
发明内容
本发明为了解决现有的薄壁非圆三瓣波形滚道在成形加工过程中存在设备参数不可控，导致产品质量不稳定，整体尺寸精度一致性不好，容易变形的问题，进而提供一种薄壁非圆“三瓣波形”滚道的预应力成形磨削方法。
本发明的技术方案是：
一种薄壁非圆“三瓣波形”滚道的预应力成形磨削方法，所述方法是通过以下步骤实现的，
步骤一、车加工非圆滚道轴承外圈：
依次对非圆滚道轴承外圈毛坯件进行粗车加工、水浸探伤、细车加工和铣加工，至此完成圆形滚道的成型加工；
步骤二、热处理非圆滚道轴承外圈：
对车加工后的非圆滚道轴承外圈进行热处理，热处理回火温度为500℃；
步骤三、粗磨非圆滚道轴承外圈：
将热处理后的非圆滚道轴承外圈安装在磨床上，依次对热处理后的非圆滚道轴承外圈进行粗磨A面、粗磨B面、退磁、粗磨外圆、粗磨外圈内孔、粗磨挡边、粗磨外滚道、高温稳定、打倒角及清油沟、粗光饰；
步骤四、终磨非圆滚道轴承外圈：
将粗磨后的非圆滚道轴承外圈安装在磨床上，依次对粗磨后的非圆滚道轴承外圈进行终磨B面、终磨A面、精磨B面、精研B面、精磨A面、精研A面、终磨外圆、精整外圆、终磨挡边；
步骤五、预应力夹紧非圆滚道轴承外圈：
将终磨后的非圆滚道轴承外圈安装在圆形夹紧胎具内；
步骤六、细磨非圆滚道轴承外圈外滚道：
将非圆滚道轴承外圈和夹紧胎具整体安装在数控磨床上，以夹紧胎具外径和端面定位，采用粗粒度砂轮对非圆滚道轴承外圈外滚道进行细磨加工；
步骤七、终磨非圆滚道轴承外圈外滚道：
转动砂轮头架，采用细粒度砂轮对细磨后的非圆滚道轴承外圈外滚道进行终磨加工；
步骤八、精加工各引导面及去锐角：
依次对终磨后的非圆滚道轴承外圈外滚道进行酸洗、除氢，并对除氢后的非圆滚道轴承外圈进行终磨外圈内孔、光磨挡边、抛光挡边、去挡边锐角、精光饰及探伤处理；
步骤九、粗、精研外滚道：
依次对经过探伤处理的非圆滚道轴承外圈外滚道进行粗研、精研；对精研后的非圆滚道轴承外圈进行修磨外圆、激光打字、退磁、清洗、提交；
至此，完成了薄壁非圆三瓣波形滚道的预应力成形磨削加工。
进一步地，步骤一中所述的非圆滚道轴承外圈粗车加工是通过以下步骤实现的，将非圆滚道轴承外圈毛坯件安装在数控车床上，依次对非圆滚道轴承外圈进行粗车A面、粗车外内径、倒内外角、粗车B面、粗车外圆、倒外角内角。
进一步地，步骤一中所述的非圆滚道轴承外圈细车加工是通过以下步骤实现的，
将粗车后的非圆滚道轴承外圈安装在数控车床上，
依次细车非圆滚道轴承外圈A面、外内径并倒外、内角，
依次细车非圆滚道轴承外圈B面、外圆和外台阶并倒外角45°、倒内角45°，
依次车非圆滚道轴承外圈滚道、挡边并去挡边锐角45°，
依次车非圆滚道轴承外圈A面油沟和B面油沟。
进一步地，步骤一中所述的非圆滚道轴承外圈铣加工是通过以下步骤实现的，
将细车后的非圆滚道轴承外圈安装在铣床上，
依次铣非圆滚道轴承外圈凸缘、空刀槽、平面、端面槽、凸缘后平面；
再锉凸缘两侧锐角并去全部毛刺，至此完成圆形滚道的成型加工。
进一步地，步骤五和步骤六中所述的圆形夹紧胎具在设计加工时，留有安装标记，以保证定位撅与波形最高点相对位置正确。
进一步地，步骤五和步骤六中所述的非圆滚道轴承外圈外径的尺寸根据圆形夹紧胎具内径尺寸进行微调，使其安装过盈量能够保证磨削后预紧力要求。
进一步地，步骤五和步骤六中所述的预紧力大小按磨削时产生的磨削力计算：
式中Ft——切向摩擦力(N)
fr——径向进给量(mm)
va——轴向进给速度(m/min)
vw——外圈毛坯转速(m/min)
进一步地，步骤六和步骤七所述的磨削加工采用切点跟踪磨削法，非圆磨削砂轮进给，砂轮线速度40m/s，工件旋转两轴联动插补，按内滚道设计波形，圆周分布720个数据点，每个数据点的轮廓坐标值按下式计算：
x＝rm×cos(a)-2×e×cos(2×a)+e×cos(4×a)
y＝rm×sin(a)+2×e×sin(2×a)+e×sin(4×a)
式中rm＝d1/2
e：偏心尺寸
d1：等圆径，即过圆心的所有弦长相等
每个值相隔a＝0.5为一对坐标值。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1、本发明的一种薄壁非圆“三瓣波形”滚道的预应力成形磨削方法，针对薄壁非圆滚道加工过程中容易变形的特点，在滚道成形磨削前，采用圆形夹紧胎具先对非圆滚道轴承外圈进行预应力夹紧，提高非圆滚道轴承外圈的刚性，再采用高精度数控磨削中心(瑞士进口斯图特(STUDERS40CNC)，应用数控非圆磨削程序对滚道进行成形磨削，避免磨削后因应力重新分布，引起滚道形状变异，套圈精度改变。采用本发明所述预应力成形磨削方法生产的套圈“三瓣波形”滚道的磨削加工质量及生产效率均可得到很大提高。
2、采用本发明的一种薄壁非圆“三瓣波形”滚道的预应力成形磨削方法生产的圆柱滚子轴承套圈滚道采用“三瓣波形”结构设计，该结构可使轴承在零游隙或合理负游隙状态下工作，增加受载滚子的数量，增加主动套圈与滚动体之间所产生的托动力，有效避免高速轻载打滑故障。该结构产品的各项性能指标达到了国际同类产品的技术水平，填补了国家技术的空白，可替代进口轴承。推进了我国航空发动机轴承的生产水平，对成功占领国内市场，并提高公司的经济效益具有积极作用。
3、本发明能够实现工件一次定位，分别进行粗、细磨加工。分别选用两种粗、细粒度的砂轮。先完成滚道的粗磨削后，转动砂轮头架进行细磨滚道加工。大大提高了滚道的磨削效率。
附图说明
图1是夹紧胎具的结构示意图；
图2是非圆滚道轴承外圈夹紧示意图；
图3是非圆滚道轴承外圈结构示意图；
图4是非圆三瓣波形滚道轮廓示意图；
图5是本发明采用专用数控程序磨削非圆滚道示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的一种薄壁非圆“三瓣波形”滚道的预应力成形磨削方法，所述方法是通过以下步骤实现的，
步骤一、车加工非圆滚道轴承外圈1：
依次对非圆滚道轴承外圈毛坯件进行粗车加工、水浸探伤、细车加工和铣加工，至此完成圆形滚道的成型加工；
步骤二、热处理非圆滚道轴承外圈1：
对车加工后的非圆滚道轴承外圈1进行热处理，热处理回火温度为500℃；
步骤三、粗磨非圆滚道轴承外圈1：
将热处理后的非圆滚道轴承外圈1安装在磨床上，依次对热处理后的非圆滚道轴承外圈1进行粗磨A面、粗磨B面、退磁、粗磨外圆、粗磨外圈内孔、粗磨挡边、粗磨外滚道、高温稳定、打倒角及清油沟、粗光饰；
步骤四、终磨非圆滚道轴承外圈1：
将粗磨后的非圆滚道轴承外圈1安装在磨床上，依次对粗磨后的非圆滚道轴承外圈1 进行终磨B面、终磨A面、精磨B面、精研B面、精磨A面、精研A面、终磨外圆、精整外圆、终磨挡边；
步骤五、预应力夹紧非圆滚道轴承外圈1：
将终磨后的非圆滚道轴承外圈1安装在圆形夹紧胎具2内；
步骤六、细磨非圆滚道轴承外圈外滚道：
将非圆滚道轴承外圈1和夹紧胎具2整体安装在型号为STUDERS40CNC的数控磨床上，以夹紧胎具2外径和端面定位，采用粗粒度砂轮对非圆滚道轴承外圈外滚道进行细磨加工；
步骤七、终磨非圆滚道轴承外圈外滚道：
转动砂轮头架，采用细粒度砂轮对细磨后的非圆滚道轴承外圈外滚道进行终磨加工；
步骤八、精加工各引导面及去锐角：
依次对终磨后的非圆滚道轴承外圈外滚道进行酸洗、除氢，并对除氢后的非圆滚道轴承外圈1进行终磨外圈内孔、光磨挡边、抛光挡边、去挡边锐角、精光饰及探伤处理；
步骤九、粗、精研外滚道：
依次对经过探伤处理的非圆滚道轴承外圈外滚道进行粗研、精研；对精研后的非圆滚道轴承外圈1进行修磨外圆、激光打字、退磁、清洗、提交；
至此，完成了薄壁非圆三瓣波形滚道的预应力成形磨削加工。
本实施方式中所述的型号为STUDERS40CNC的数控磨床为瑞士进口斯图特的高精度数控磨削中心。本发明采用专用数控程序磨削非圆滚道，如图5所示；
本实施方式中的三瓣波沿基圆向外凸出的最高点与三瓣波沿基圆向内凹进的最低点位移差为e，e＝0.04～0.046(如图4所示)。
具体实施方式二：结合图3说明本实施方式，本实施方式的步骤一中所述的非圆滚道轴承外圈1粗车加工是通过以下步骤实现的，将非圆滚道轴承外圈毛坯件安装在数控车床上，依次对非圆滚道轴承外圈1进行粗车A面、粗车外内径、倒内外角、粗车B面、粗车外圆、倒外角内角。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图3说明本实施方式，本实施方式的步骤一中所述的非圆滚道轴承外圈1细车加工是通过以下步骤实现的，
将粗车后的非圆滚道轴承外圈1安装在数控车床上，
依次细车非圆滚道轴承外圈A面、外内径并倒外、内角，
依次细车非圆滚道轴承外圈B面、外圆和外台阶并倒外角45°、倒内角45°，
依次车非圆滚道轴承外圈滚道、挡边并去挡边锐角45°，
依次车非圆滚道轴承外圈A面油沟和B面油沟。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图3说明本实施方式，本实施方式的步骤一中所述的非圆滚道轴承外圈1铣加工是通过以下步骤实现的，
将细车后的非圆滚道轴承外圈1安装在铣床上，
依次铣非圆滚道轴承外圈1凸缘、空刀槽、平面、端面槽、凸缘后平面；
再锉凸缘两侧锐角并去全部毛刺，至此完成圆形滚道的成型加工。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的步骤五和步骤六中所述的圆形夹紧胎具2在设计加工时，留有安装标记，以保证定位撅与波形最高点相对位置正确。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的步骤五和步骤六中所述的非圆滚道轴承外圈1外径的尺寸根据圆形夹紧胎具2内径尺寸进行微调，使其安装过盈量能够保证磨削后预紧力要求。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤五和步骤六中所述的预紧力大小按磨削时产生的磨削力计算：
式中Ft——切向摩擦力(N)
fr——径向进给量(mm)
va——轴向进给速度(m/min)
vw——外圈毛坯转速(m/min)。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。
具体实施方式八：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的步骤六和步骤七所述的磨削加工采用切点跟踪磨削法，非圆磨削砂轮进给，砂轮线速度40m/s，工件旋转两轴联动插补，按内滚道设计波形，圆周分布720个数据点，每个数据点的轮廓坐标值按下式计算：
x＝rm×cos(a)-2×e×cos(2×a)+e×cos(4×a)
y＝rm×sin(a)+2×e×sin(2×a)+e×sin(4×a)
式中rm＝d1/2
e：偏心尺寸
d1：等圆径，即过圆心的所有弦长相等
每个值相隔a＝0.5为一对坐标值。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。
实施例一
结合图3说明本实施例：非圆滚道轴承外圈1的加工工艺流程：粗车A面、粗车外内径、倒内外角→粗车B面、粗车外圆、倒外角内角→水浸探伤→细车A面、细车外内径、倒外、内角→细车B面、细车外圆、车外台阶→倒外角45°、倒内角45°→车滚道、车挡边、去挡边锐角45°→车A面油沟、车B面油沟→铣凸缘、铣空刀槽→铣平面、铣端面槽、铣凸缘后平面→锉凸缘两侧锐角→去全部毛刺(以上为车加工工艺流程)→热处理→(以下为磨加工工艺流程)粗磨A面→粗磨B面→退磁→粗磨外圆→粗磨外圈内孔→粗磨挡边→粗磨外滚道→高温稳定→打倒角及清油沟→粗光饰→终磨B面→终磨 A面→精磨B面→精研B面→精磨A面→精研A面→终磨外圆→精整外圆→终磨挡边→细磨外滚道→终磨外滚道→酸洗→除氢→终磨外圈内孔→光磨挡边→抛光挡边→去挡边锐角→精光饰→探伤→粗研外滚道→精研外滚道→修磨外圆→激光打字→退磁、清洗、提交。
本实施例所述的非圆滚道轴承外圈1是采用本发明的薄壁非圆“三瓣波形”滚道的预应力成形磨削方法进行加工。
Claims (8)
1.一种薄壁非圆“三瓣波形”滚道的预应力成形磨削方法，其特征在于：所述方法是通过以下步骤实现的，
步骤一、车加工非圆滚道轴承外圈(1)：
依次对非圆滚道轴承外圈毛坯件进行粗车加工、水浸探伤、细车加工和铣加工，至此完成圆形滚道的成型加工；
步骤二、热处理非圆滚道轴承外圈(1)：
对车加工后的非圆滚道轴承外圈(1)进行热处理，热处理回火温度为500℃；
步骤三、粗磨非圆滚道轴承外圈(1)：
将热处理后的非圆滚道轴承外圈(1)安装在磨床上，依次对热处理后的非圆滚道轴承外圈(1)进行粗磨A面、粗磨B面、退磁、粗磨外圆、粗磨外圈内孔、粗磨挡边、粗磨外滚道、高温稳定、打倒角及清油沟、粗光饰；
步骤四、终磨非圆滚道轴承外圈(1)：
将粗磨后的非圆滚道轴承外圈(1)安装在磨床上，依次对粗磨后的非圆滚道轴承外圈(1)进行终磨B面、终磨A面、精磨B面、精研B面、精磨A面、精研A面、终磨外圆、精整外圆、终磨挡边；
步骤五、预应力夹紧非圆滚道轴承外圈(1)：
将终磨后的非圆滚道轴承外圈(1)安装在圆形夹紧胎具(2)内；
步骤六、细磨非圆滚道轴承外圈外滚道：
将非圆滚道轴承外圈(1)和夹紧胎具(2)整体安装在数控磨床上，以夹紧胎具(2)外径和端面定位，采用粗粒度砂轮对轴承外圈外滚道进行细磨加工；
步骤七、终磨非圆滚道轴承外圈外滚道：
转动砂轮头架，采用细粒度砂轮对细磨后的非圆滚道轴承外圈外滚道进行终磨加工；
步骤八、精加工各引导面及去锐角：
依次对终磨后的非圆滚道轴承外圈外滚道进行酸洗、除氢，并对除氢后的非圆滚道轴承外圈(1)进行终磨外圈内孔、光磨挡边、抛光挡边、去挡边锐角、精光饰及探伤处理；
步骤九、粗、精研外滚道：
依次对经过探伤处理的非圆滚道轴承外圈外滚道进行粗研、精研；对精研后的非圆滚道轴承外圈(1)进行修磨外圆、激光打字、退磁、清洗、提交；
至此，完成了薄壁非圆三瓣波形滚道的预应力成形磨削加工。
2.根据权利要求1所述的一种薄壁非圆“三瓣波形”滚道的预应力成形磨削方法，其特征在于：步骤一中所述的非圆滚道轴承外圈粗车加工是通过以下步骤实现的，将非圆滚道轴承外圈毛坯件安装在数控车床上，依次对非圆滚道轴承外圈(1)进行粗车A面、粗车外内径、倒内外角、粗车B面、粗车外圆、倒外角内角。
3.根据权利要求2所述的一种薄壁非圆“三瓣波形”滚道的预应力成形磨削方法，其特征在于：步骤一中所述的非圆滚道轴承外圈(1)细车加工是通过以下步骤实现的，
将粗车后的非圆滚道轴承外圈(1)安装在数控车床上，
依次细车非圆滚道轴承外圈A面、外内径并倒外、内角，
依次细车非圆滚道轴承外圈B面、外圆和外台阶并倒外角45°、倒内角45°，
依次车非圆滚道轴承外圈(1)滚道、挡边并去挡边锐角45°，
依次车非圆滚道轴承外圈A面油沟和B面油沟。
4.根据权利要求3所述的一种薄壁非圆“三瓣波形”滚道的预应力成形磨削方法，其特征在于：步骤一中所述的非圆滚道轴承外圈1铣加工是通过以下步骤实现的，
将细车后的非圆滚道轴承外圈(1)安装在铣床上，
依次铣非圆滚道轴承外圈(1)凸缘、空刀槽、平面、端面槽、凸缘后平面；
再锉凸缘两侧锐角并去全部毛刺，至此完成圆形滚道的成型加工。
5.根据权利要求4所述的一种薄壁非圆“三瓣波形”滚道的预应力成形磨削方法，其特征在于：步骤五和步骤六中所述的圆形夹紧胎具(2)在设计加工时，留有安装标记，以保证定位撅与波形最高点相对位置正确。
6.根据权利要求5所述的一种薄壁非圆“三瓣波形”滚道的预应力成形磨削方法，其特征在于：步骤五和步骤六中所述的非圆滚道轴承外圈(1)外径的尺寸根据圆形夹紧胎具(2)内径尺寸进行微调，使其安装过盈量能够保证磨削后预紧力要求。
7.根据权利要求6所述的一种薄壁非圆“三瓣波形”滚道的预应力成形磨削方法，其特征在于：步骤五和步骤六中所述的预紧力大小按磨削时产生的磨削力计算：
式中Ft——切向摩擦力(N)
fr——径向进给量(mm)
va——轴向进给速度(m/min)
vw——外圈毛坯转速(m/min)。
8.根据权利要求7所述的一种薄壁非圆“三瓣波形”滚道的预应力成形磨削方法，其特征在于：步骤六和步骤七所述的磨削加工采用切点跟踪磨削法，非圆磨削砂轮进给，砂轮线速度40m/s，工件旋转两轴联动插补，按内滚道设计波形，圆周分布720个数据点，每个数据点的轮廓坐标值按下式计算：
x＝rm×cos(a)-2×e×cos(2×a)+e×cos(4×a)
y＝rm×sin(a)+2×e×sin(2×a)+e×sin(4×a)
式中rm＝d1/2
e：偏心尺寸
d1：等圆径，即过圆心的所有弦长相等
每个值相隔a＝0.5为一对坐标值。
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