CN111185724A - 偏心内圈、偏心轴承的加工方法及偏心轴承、偏心夹具 - Google Patents

Abstract

本发明属于轴承制造领域，其公开了一种偏心内圈、偏心轴承的加工方法及偏心轴承、偏心夹具，包括以下步骤：将已经经过外圈加工的毛胚用高精度偏心夹具装夹固定并定位，先通过钻孔在圆柱形坯料的轴向上钻出一个偏心孔，同时留有一定的余量、再用高精度铰刀于钻孔内进行铰削至指定精度。本发明通过钻孔与铰孔的加工方式结合自定心技术、高精度夹具，直接于毛坯上加工出需要的偏心孔，其既无需磨削去大量的材料形成偏心的外圆、方便加工、节约生产材料，又能够因此避免因磨削加工中因夹具问题和磨削技术问题造成的加工误差，有效提高产品精度。

Description

偏心内圈、偏心轴承的加工方法及偏心轴承、偏心夹具

技术领域 本发明涉及轴承制造领域，尤其涉及一种偏心内圈的加工方法、偏心轴承的加工方法和采用前述方法加工而成的偏心轴承，以及一种高精度的偏心夹具。

背景技术

偏心轴承结构简单、使用方便，不需要偏心轴就能实现偏心功能，降低了偏心机构的制造成本。

目前主流的偏心轴承内圈加工方法采用磨削加工技术如图1所示，包括下料(1)—钻孔(2)—淬火+回火(3)—磨内孔(4)—磨外圆(5)：其先在毛坯钻出内孔，再在外部预留外磨的余量，在外磨之前进行淬火和回火等热处理。磨削加工技术中，轴承行业的电磁无心夹具无法对该类产品进行装夹，采用普通内外圆磨床加工时，装夹困难，而不合理的夹持往往会降低加工精度、损坏工件(或毛胚)，最终造成工件尺寸的较大误差（±0.06mm或以上），进而导致偏心量难以保证。并且，大部分偏心轴承的偏心量较大、外圆磨削余量非常大，若全部采用磨削方式进行加工、加工效率非常低，生产成本高，加工误差的问题也更为凸出。

基于此，提出本案申请。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种偏心内圈的加工方法和一种偏心轴承的加工方法，优化偏心内圈的加工过程，减少传统磨削加工技术中由于装夹不便或夹套不适配造成的加工误差，提高偏心轴承的内圈和偏心轴承整体的加工精度、并提高加工效率。

为实现上述目的，本发明提供一种偏心内圈的加工方法，其包括以下步骤：将毛胚用高精度偏心夹具装夹固定并定位，先通过钻孔在圆柱形坯料的轴向上钻出一个偏心孔，同时留有一定的余量、再用高精度铰刀于钻孔内进行铰削。

上述偏心内圈的加工方法中，本发明采用不同于现有磨削加工技术先钻孔、再通过将圆柱形坯料的外表面进行大量的磨削使其形成偏心圆的加工方式——其实际为先中心孔、后外圆偏心加工方式；一方面铰孔加工相较于磨削加工，也更易于控制加工量，确保加工精度，并能够避免出现现有加工技术中因为缺少高适配度的夹具而不合理的夹持所造成的定位误差过大的情况发生，从而提高加工精度；另一方面，加工时钻孔配合现有的或本发明提供的高精度偏心夹具进行使用，既便于装夹、防止损坏工件(或毛胚，即上文所述圆柱形坯料)，并且，本发明中仅在钻孔与铰孔之前进行一次装夹，而多次装夹时难以保证每次装夹后的圆心位于同个位置上，由此避免由于多次装夹所造成的定位误差，从而提高加工精度。

除上述效果外，本发明加工方法由于采用的是钻孔再铰削的加工方式，其加工误差集中于内圈加工过程中，对于外圆并需要同现有的磨削加工技术一样，需要磨掉大量外圆上多余的部分，而该种加工方式下材料损耗不低；并且，磨削方式是逐步磨削的，其也需要较长的磨削时间，故也能够因此大大缩减偏心轴承的加工时间、提高加工效率；并且，本发明通过减去磨削加工进一步简化了生产工艺，无论从钻孔、铰孔的加工技术或是夹具的装夹过程，本发明都更适于大规模生产使用。

本发明进一步设置如下：外圈加工：在装夹前，对圆柱形坯料的外表面进行淬火处理并打磨，加工出外圈。本发明包括有两种情况：情况一、采用先确定外圈尺寸、再通过偏心夹具进行偏心孔钻孔加工，其实际为先正常外圆、后偏心孔的加工方式；情况二、采用先通过偏心夹具进行偏心孔加工、再确定外圈尺寸。

情况一中，其通过钻孔与铰孔工艺，配合现有的或本发明提供的高精度偏心夹具，也更容易进行装夹和实现高精度的定位。该高精度的成因包含以下方面：一、事先确定外圈尺寸有利于提高装夹时的精度，由于在装夹和后续加工时外圈尺寸已经是确定，那么在后续的钻孔和铰孔中，基于已确定的外圈尺寸，偏心孔的偏心量的精度要求更便于控制；二、铰削的加工精度较于打磨外圈的精度更高，因此在外圈尺寸确定的情况下，加工偏心孔的误差相较于加工外圈的误差更小、因此所加工获得成品精度更高；三、事先加强外圈硬度有利于提高提高夹具装夹时的稳定性，故在钻孔与铰孔续接进行加工的过程中，圆柱形坯料夹持于夹具上的中心位置始终不变，并确保钻孔与铰孔过程中的同心度一致、从而提高夹持精度和加工精度。

情况二中，先加工偏心孔，由于外圈未进行加工，其实质上在加工时，内圈本身的大小尺寸的精度得以通过夹具、钻孔与铰孔工艺维持于较高的精度范围内，然而偏心量由于缺乏精准的对照物，在本情况中，偏心量的精度有赖于打磨过程中的控制。而打磨过程中的加工误差往往难以保证。

本发明进一步设置如下：所述淬火处理为高频感应淬火处理，其将圆柱形坯料的硬度加工至HV700~840。高频感应淬火处理时通过快速加热使待加工钢件表面达到淬火温度，不等热量传到中心即迅速冷却，仅使表层淬硬为马氏体，中心仍为未淬火的原来塑性、韧性较好的退火（或正火及调质）组织，如此，一方面使得本发明对圆柱形坯料的表面具有较高硬度、避免外圆在后续加工中由于夹持而产生磨损，从而确保后续加工的精度、降低本发明加工工艺的整体误差；另一方面，其能够使其中心的硬度保持在一个既便于钻孔、又具有一定硬度的低硬度（例如HV150~250)，以便于进行后续钻孔加工。此外，高硬度的外表面在进行打磨加工时，也不容易出现因硬度太小而导致过度打磨的情况发生。

为减少材料损耗、提高加工效率，本发明进一步设置如下：有效硬化层深0.3~0.7mm，本发明中有效硬化层深度小，一方面通过减少打磨量以便于减少打磨外圈的打磨量，在本发明需要高硬度的外圈表面的情况下，更少的打磨量也意味着能够大大缩短打磨时间；另一方面，其也能够减少材料损耗，以及，当打磨量较少时，可直接避免因打磨量过多造成的打磨误差。

本发明进一步设置如下：所述外圆采用贯穿式无心磨加工，有效提高加工效率，同时由于是贯穿式加工，则处于同个贯穿线上的外圆各处的加工是均匀、统一的，在打磨处理步骤中，也确保了打磨精度和该精度加工的稳定性，既利于提高产品精度，也便于实现自动化生产。

本发明进一步设置如下：所述铰削过程中采用自定心技术，一方面可使铰削精度达到0.01mm以内，提高产品加工精度；另一方面，自定心技术便于在自动化生产中使用。

本发明还提供一种偏心轴承的加工方法，其包括以下步骤：

下料：将毛坯加工为所需尺寸的圆柱形一次坯；

高频感应淬火:对圆柱形一次坯进行淬火处理，使其表面硬度为HV700~840；

外圆磨：将淬火处理后的圆柱形一次坯的外表面进行打磨；

钻孔：将圆柱形一次坯用高精度偏心夹具装夹固定并定位，先通过钻孔在圆柱形一次坯的轴向上钻出一个偏心孔形成圆柱形二次坯，同时留有一定的余量；

精密铰孔：用高精度铰刀于钻孔内进行铰削，使圆柱形二次坯得内圈孔径、外圈尺寸符合加工要求。

本发明偏心轴承的加工方法的过程、原理及有益效果参见前文所述。

上述偏心轴承的加工方法进一步设置如下：精密铰孔加工步骤中，高精度铰刀结合自定心技术进行加工。

上述偏心轴承的加工方法进一步设置如下：外圆磨加工步骤中，外圆采用贯穿式无心磨加工。

上述偏心轴承的加工方法进一步设置如下：高频感应淬火加工步骤中，有效硬化层深0.3~0.7mm。

上述偏心轴承的加工方法进一步设置如下：外圆磨加工步骤中，外径公差0~-0.006mm、粗糙度Ra0.1，通过外圆磨加工，可以预先将偏心轴承的外圈直径加工至指定要求，无需再于后续返工再次加工外圈，通过避免外圈的二次或者多次加工带来的加工误差，以此进一步提高本发明中偏心轴承的加工精度。

上述偏心轴承的加工方法进一步设置如下：高频感应淬火加工步骤中，内圈的硬度为HV150~250。

另一方面，本发明还提供一种偏心轴承，其采用上述偏心内圈的加工方法或上述偏心轴承的加工方法加工而成。

此外，本发明的目的还在于提供一种高精度偏心夹具，包括夹具本体，夹具本体为空心筒体，空心筒体的一端为夹持端、另一端为固定端，夹持端为端面上开设有十字线槽的可调夹持部，十字线槽从端面沿着空心筒体的侧面延伸至空心筒体的中部，空心筒体的中部侧壁上开设有收缩孔，端面上开设有偏离空心筒体轴心的偏心孔。

本发明的有益效果如下：

一、本发明通过改变传统磨削加工技术，采用先磨外圆与钻铰孔结合加工偏心孔，既能够避免因为采用磨削加工技术所造成的磨削误差、提高产品精度，也能够因此减少磨削余量、以此减少材料损耗、降低生产成本、提高加工效率；本发明能够精确控制产品偏心量，内径公差精度高，工艺过程稳定。

二、本发明加工方法易于实现自动化生产，从而能够大大提升效率，以自动化生产方式进一步降低成本。

三、本发明产品表面压应力大，提高产品的疲劳寿命。

附图说明

图1为现有偏心轴承的加工过程示意图。

图2为本发明具体实施例2的加工过程示意图。

图3为本发明高精度偏心夹具整体结构示意图。

图4为本发明高精度偏心夹具整体背面示意图。

图5为本发明高精度偏心夹具夹持端端面示意图。

图6为图5 A向剖面结构示意图。

附图标记：100—空心筒体，110—固定端，120—夹持端/夹头，111—固定孔，122—定位槽，121—偏心孔，122—十字开线槽，130—收缩孔，140—轴孔。

具体实施方式

实施例1 一种偏心内圈的加工方法，包括以下步骤：

提供一需要加工偏心内圈的圆柱形坯料；

钻铰孔：将圆柱形坯料固定于用预先固定于加工车床上的高精度偏心夹具的夹持端上；先用钻头在圆柱形坯料的轴向上钻出一个偏心孔，同时最好留有0.1~0.2mm的余量以便后续加工；再用高精度铰刀于钻孔内、最好结合自定心技术进行铰削至指定精度，铰削工艺可优选如下：

转速：500转/分；

进给：0.07mm/转

铰刀角度：45度

铰刀直径公差：-0.013mm~0.016mm；

上述铰削过程中，最好配备自定心技术，自定心技术一般配设有浮动夹头，通过浮动夹头可以使铰刀自动定位到钻孔的中心位置、使铰刀工作时与圆柱形坯料保持相同的旋转同心度，防止因为铰刀的定位不准导致的铰削内孔尺寸会出现锥度（一头尺寸大，一头尺寸小）所导致的偏心量不稳定、内孔尺寸不稳定的情况，以此保障铰孔加工的精度，保证批量生产过程中的稳定。

实施例2 一种偏心内圈的加工方法，包括以下步骤：

对圆柱形坯料的外表面进行淬火处理：

外圈加工：通过对圆柱形坯料的外表面、尤其是其侧面进行打磨，将外圈直径加工到指定尺寸。

钻铰孔：将加工出外圈的圆柱形坯料固定于用预先固定于加工车床上的高精度偏心夹具的夹持端上；先用钻头在圆柱形坯料的轴向上钻出一个偏心孔，同时最好留有0.1~0.2mm的余量以便后续加工；再用高精度铰刀于钻孔内、最好结合自定心技术进行铰削至指定精度，铰削工艺可优选如下：

转速：500转/分；

进给：0.07mm/转

铰刀角度：45度

铰刀直径公差：-0.013mm~0.016mm；

上述铰削过程中，配备使用自定心技术。

本实施例中，淬火可优选采用高频感应淬火处理，高频感应淬火处理的工艺参数可优选如下：

频率：235~255HZ

温度：850度

淬火淬：水淬

回火温度：170~190度；

高频感应淬火处理加工后圆柱形坯料的参数要求可优选如下：

有效硬化层深控制为0.3~0.7mm

表面硬度为HV700~840

心部硬度HV700~840；

通过上述高频感应淬火处理的第一步加工处理，圆柱形坯料的侧面和两个端面、或者靠近表层的圆柱形坯料的硬度高，而圆柱形坯料的心部硬度仍然是软的，便于后工序的钻孔、铰孔加工。并且，上述硬度范围疲劳寿命最好，公差范围也容易保证。并且，由于产品的表面硬度HV700~840，上述偏心内圈加工时外圈、内圈表面均具有很高的压应力、而心部硬度较低（HV150~250），具有非常好的塑性变形能力，与轴装配时采用大过盈量压力，内圈与轴有非常高的轴向保持力，无需轴向定位。

本实施例加工精度可精确至偏心量1±0.02mm，能够适应汽车制动系统等特殊工况轴承使用。汽车制动系统中工况要求轴承偏心量±0.05mm，为满足汽车客户对工序能力CPK>1.33的要求，该工序的实际加工能力需达到±0.02mm，本实施例所提供的偏心内圈的加工方法足以满足该加工需求。

实施例3 结合图2所示，本实施例提供一种偏心轴承的加工方法，包括以下步骤：

a.下料：将毛坯加工为所需尺寸的圆柱形一次坯；

b.高频感应淬火:对圆柱形一次坯进行淬火处理，使其表面硬度最好为HV700~840、心部硬度较最好为HV150~250、外表面的有效硬化层深为0.3~0.7mm；

c.外圆磨：将淬火处理后的圆柱形一次坯的外表面进行打磨，其打磨外径公差优选为0~-0.006mm，粗糙度根据打磨需要设置，通常为Ra0.1；

d.钻孔：将圆柱形一次坯用高精度偏心夹具装夹固定并定位，先通过钻孔在圆柱形一次坯的轴向上钻出一个偏心孔形成圆柱形二次坯，同时留有一定的余量；

e.精密铰孔：用高精度铰刀结合自定心技术于钻孔内进行铰削，使圆柱形二次坯的内圈孔径、外圈尺寸符合加工要求。

上述加工过程中，高频感应淬火处理的工艺参数可参照下表所示：

基于上述表格所示，高频感应淬火处理的工艺参数可优选采用“频率：235~255HZ、温度：830~850度、淬火淬：水淬、回火温度：180度”等工艺参数，从而易于将圆柱形一次坯的表面硬度控制在HV700~840、心部硬度较最好为HV150~250，以便自动化生产时提高其整体加工的精度。

相应地，圆柱形一次坯的外表面的有效硬化层深实际上也可根据具体工况进行调整，以能够精确加工和便于实现自动化生产为准，理论上而言，有效硬化层深越低、需要加工的量越少，越有利于提高加工精度，但同时，也要避免有效硬化层深过低（例如0.1mm），加工余量不足时，也容易造成加工误差增加。

此外，本实施例中，铰削工艺参数可优选如下：

转速：500转/分；

进给：0.07mm/转

铰刀角度：45度

铰刀直径公差：-0.013mm~0.016mm；

通过上述铰削工艺参数，可以提高铰刀铰孔加工的精确性，并能够将加工精度可精确至偏心量1±0.02mm，能够适应汽车制动系统等特殊工况轴承使用。汽车制动系统中工况要求轴承偏心量±0.05mm，为满足汽车客户对工序能力CPK>1.33的要求，该工序的实际加工能力需达到±0.02mm，本实施例所提供的偏心内圈的加工方法足以满足该加工需求。

实施例2与本实施例中，高频感应淬火处理先于钻孔步骤之前，一方面需要通过高频感应淬火处理提高圆柱形一次坯的外表面硬度、而保持圆柱形一次坯的中心的低硬度，一则通过保持外表面硬度保障加工精度、二侧另圆柱形一次坯的内部具有一定的硬度（降低使用疲劳）又便于钻孔加工。另一方面，在外圆磨对内圈的外表面进行高频感应淬火，通过高精度夹头一次装夹、采用伺服进给机构实现自动换刀。该过程中，先钻孔，再进行精密铰孔（备注：铰孔时，希望加工余量越小，精度越高，但如何加工余量不够，则尺寸会偏大。如钻孔后，更换装夹基准，则很难找到偏心量最大点，无法实现高精度的铰孔。）的加工顺序不能改变。

实施例4 结合图3-图5所示，本实施例提供一种高精度偏心夹具，包括夹具本体，夹具本体为空心筒体（如图6所示），空心筒体的一端为夹持端（也称夹头）、另一端为固定端，固定端上开设有用于与车床安装、连接的固定孔和用于防止轴向发生位移偏差的定位槽。如图6所示，夹持端为端面上开设有十字线槽的可调夹持部，夹持端采用实体结构，十字线槽从端面沿着空心筒体的侧面延伸至空心筒体的中部，其结构稳定性好、强度高、夹持稳定。空心筒体的中部侧壁上开设有收缩孔，十字线槽与该收缩孔是连通的，以便在装夹工件时进行适应性的调整。本实施例夹持端的端面的中心位置上开设有偏离空心筒体轴心的偏心孔，而在夹持端的内部，开设置有与空心筒体同轴心的轴孔，该轴孔与十字线槽将夹持端分裂为四个部分，形成可调夹持部。

上述结构中，为提高精度，十字线槽的槽宽为1~2mm。并且，最好使偏心孔的大小与在高频感应淬火处理和外圆磨之后的圆柱形坯料或圆柱形一次坯的尺寸相当。

本实施例所提供的高精度偏心夹具的夹头的偏心精度为0.01mm。

实施例1-实施例4中所用高精度偏心夹具均可采用本实施例所提供的高精度偏心夹具，其能够充分保证圆柱形坯料装夹后不晃动、不偏移，确保钻孔加工所形成的钻孔的品相（尺寸、位置）稳定（意为在可控的误差范围内，此处所说的可控的误差范围为+2~10mm）。

上述实施例中，本发明优选采用旋转工件的方式进行加工，在高频感应淬火处理和外圆磨之后，用高精度偏心夹具将圆柱形坯料或圆柱形一次坯稳定地夹住，使用钻孔、铰孔一体的数控车先进行钻孔，钻孔过程中高精度偏心夹具带动圆柱形坯料或圆柱形一次坯转动。钻孔后，圆柱形坯料或圆柱形一次坯始终被高精度偏心夹具夹住并不移动位置，而将铰刀结合自定心技术对圆柱形坯料或圆柱形一次坯上的偏心孔进行铰削加工，铰刀最好一刀下，故能够确保偏心量一致或偏心量稳定（于±0.01~0.02mm的范围内）。若将圆柱形坯料或圆柱形一次坯重新拆装再重新装夹，难以再找回同心度，因此，本发明采用一次装夹-二道工序全部加工的加工方式，既能够减少装夹次数、提高操作的便捷性，还能够避免因重复装夹造成的加工误差。

实施例5 本实施例提供一种偏心轴承，其采用上述实施例1-4提供的偏心内圈的加工方法或偏心轴承的加工方法加工而成。

综上所述，本发明提供了一种偏心内圈、偏心轴承的加工方法，其通过钻孔与铰孔的加工方式结合自定心技术、高精度夹具，直接于毛坯上加工出需要的偏心孔，其既无需磨削去大量的材料形成偏心的外圆、方便加工、节约生产材料，又能够因此避免因磨削加工中因夹具问题和磨削技术问题造成的加工误差。本发明加工方法易于实现自动化生产，从而能够大大提升效率，以自动化生产方式进一步降低成本；而通过本发明方法加工形成的偏心轴承精度高、无需轴向定位，产品表面压应力大、寿命高。

Claims (10)

1.一种偏心内圈的加工方法，其特征在于包括以下步骤：将圆柱形坯料用高精度偏心夹具装夹固定并定位，先通过钻孔在圆柱形坯料的轴向上钻出一个偏心孔，同时留有一定的余量、再用高精度铰刀于钻孔内进行铰削至指定精度。

2.如权利要求1所述的偏心内圈的加工方法，其特征在于：外圈加工：在装夹前，对圆柱形坯料的外表面进行淬火处理并打磨，加工出外圈；和/或所述淬火处理为高频感应淬火处理和/或有效硬化层深0.3~0.7mm。

3.如权利要求1所述的偏心内圈的加工方法，其特征在于：所述外圆采用贯穿式无心磨加工和/或圆柱形坯料的硬度加工至HV700~840。

4.如权利要求1所述的偏心内圈的加工方法，其特征在于：所述铰削过程中采用自定心技术。

5.一种偏心轴承的加工方法，其特征在于包括以下步骤：

下料：将毛坯加工为所需尺寸的圆柱形一次坯；

高频感应淬火:对圆柱形一次坯进行淬火处理，使其表面硬度为HV700~840；

外圆磨：将淬火处理后的圆柱形一次坯的外表面进行打磨；

钻孔：将圆柱形一次坯用高精度偏心夹具装夹固定并定位，先通过钻孔在圆柱形一次坯的轴向上钻出一个偏心孔形成圆柱形二次坯，同时留有一定的余量；

精密铰孔：用高精度铰刀结合自定心技术于钻孔内进行铰削，使圆柱形二次坯的内圈孔径、外圈尺寸符合加工要求。

6.如权利要求5所述的偏心轴承的加工方法，其特征在于：精密铰孔加工步骤中，高精度铰刀结合自定心技术进行加工和/或外圆磨加工步骤中，外圆采用贯穿式无心磨加工。

7.如权利要求5所述的偏心轴承的加工方法，其特征在于：高频感应淬火加工步骤中，有效硬化层深0.3~0.7mm和/或内圈的硬度为HV150~250。

8.如权利要求5所述的偏心轴承的加工方法，其特征在于：外圆磨加工步骤中，外径公差0~-0.006mm、粗糙度Ra0.1。

9.一种偏心轴承，其特征在于：采用上述权利要求1-4任一所述的偏心内圈的加工方法或权利要求5-8任一所述的偏心轴承的加工方法加工而成。

10.一种偏心夹具，包括夹具本体，夹具本体为空心筒体，空心筒体的一端为夹持端、另一端为固定端，夹持端为端面上开设有十字线槽的可调夹持部，十字线槽从端面沿着空心筒体的侧面延伸至空心筒体的中部，空心筒体的中部侧壁上开设有收缩孔；其特征在于：端面上开设有偏离空心筒体轴心的偏心孔。

Images