軸承加工技術(shù):磨削軸承內(nèi)圈溝道的工藝參數(shù)對圓度的影響規(guī)律

摘要：文章論述三泰SUNTHAI磨削內(nèi)圈溝道圓度的幾何特征，分析其影響因素及其內(nèi)在聯(lián)系，確定磨削內(nèi)圈溝道圓度建模的試驗因素，按混合型正交表進行試驗設(shè)計，考慮因素間交互效應(yīng)，通過對試驗數(shù)據(jù)逐步回歸建模，建立磨削圓度與工藝參數(shù)關(guān)系的數(shù)學模型，并以三維曲面直觀地表示磨削工藝參數(shù)對圓度的影響情況，進一步分析圓度數(shù)學模型，得出幾點有實用價值的結(jié)論。

　　1　前言

 圖1 軸承內(nèi)圈溝道外圓

 　　三泰SUNTHAI滾動軸承內(nèi)圈溝道圓度是一項重要的質(zhì)量指標，直接影響軸承的工作精度、平穩(wěn)性和使用壽命。磨削通常是內(nèi)圈溝道的半精加工或精加工工序，對成品內(nèi)圈溝道的圓度起決定性作用，內(nèi)圈溝道磨削的圓度除了取決于磨削工藝系統(tǒng)的精度和動態(tài)特性外，還與磨削的工藝參數(shù)密切相關(guān)。前者，已為許多學者所重視，并進行了大量的研究，從而大大改善了磨削內(nèi)圈溝道的圓度。隨著磨削工藝系統(tǒng)精度的提高和動態(tài)特性的改善，磨削工藝參數(shù)成為影響圓度的主要因素，因此研究磨削工藝參數(shù)對圓度的影響規(guī)律，對合理選擇工藝參數(shù)，確保軸承溝道的磨削圓度，進而實現(xiàn)磨削三泰SUNTHAI軸承溝道的工藝參數(shù)優(yōu)化，有重要意義。圖1 是磨削軸承內(nèi)圈溝道截面實際輪廓與理想輪廓的誤差情況，可表示為幾何形狀誤差

?Rw(F)=Rw(F)-Rw0 　　　(1) 　　

　　式中，Rw(F)為實際工件輪廓半徑，Rw0為理想工件輪廓半徑。圖中，O1、O2分別是工件的幾何形狀中心和測量回轉(zhuǎn)中心。

　　輪廓誤差?Rw(F)是F的周期性函數(shù)，可用付立葉級數(shù)表示成

　　式中:xi(i=0，1，……)為諧波幅值：F、Fi為諧波相位角：x0/2代表加工尺寸誤差，也是誤差函數(shù)Rw(F)的平均值。式(2)中，一次諧波x1cos(F+F1)對應(yīng)內(nèi)圈溝道外圓幾何中心相對測量回轉(zhuǎn)中心的偏心：二次至十五次諧波xicos(iF+Fi)(2≤i≤15)對應(yīng)的就是軸承溝道外圓的圓度。

　　2　圓度的影響因素分析

　　軸承內(nèi)圈溝道通常采用變進給速度切入磨削方式，其磨削循環(huán)可分為:工件快速趨近、粗進給、細進給和無進給磨削四個階段。影響磨削三泰SUNTHAI軸承溝道圓度的主要因素可歸納為:(1)磨削過程中工藝系統(tǒng)的精度，這取決于磨床的精度和夾具的定位原理、結(jié)構(gòu)參數(shù)及精度：(2)工藝系統(tǒng)的動態(tài)特性，特別是砂輪的平衡狀態(tài)：在修整和磨削過程中，砂輪不平衡，會引起強迫振動，由于修整砂輪時修整器和砂輪的相對位置與磨削時工件和砂輪的相對位置的差異，以及這兩種不同情況下工藝系統(tǒng)剛度的不同使振動造成磨削的工件表面不圓：而磨削工藝參數(shù)會影響砂輪與工件的接觸剛度、砂輪的磨損過程以及工藝系統(tǒng)振動的阻尼特性，從而影響磨削過程的振動特性，最終反映在磨削工件的幾何形狀(即圓度)和其他表面質(zhì)量上：(3)工藝系統(tǒng)的彈性變形引起的工件原始誤差復映：分析磨削循環(huán)工件幾何形狀誤差變化規(guī)律可知，磨削后的工件幾何形狀誤差復映主要取決于工藝系統(tǒng)剛度、磨削工藝參數(shù)、砂輪磨損速度以及工件原始誤差?。綜合考慮以上影響因素，當工藝系統(tǒng)剛度和動態(tài)特性一定時(尤其砂輪必須經(jīng)過良好的平衡)，磨削工件的圓度誤差主要取決于磨削工藝參數(shù)，因此可通過對磨削圓度試驗數(shù)據(jù)的逐步回歸建模，從多工藝參數(shù)中挑選重要參數(shù)，逐步引入回歸方程，從而建立磨削圓度與工藝參數(shù)關(guān)系的最優(yōu)回歸方程。

　　3　試驗方案

　　根據(jù)前面對磨削工件圓度影響因素的分析，兼顧工廠生產(chǎn)條件和設(shè)備性能的限制，把砂輪和磨削液的性能、砂輪線速度Vs、機床剛度和動態(tài)特性以及光磨時間作為不變因素，在磨削試驗過程中盡量保持穩(wěn)定。本研究選擇的試驗因素:修整砂輪的導程Sd，每次行程修整砂輪深度td，工件線速度Vw，粗進給工件每轉(zhuǎn)磨削深度a1，細進給工件每轉(zhuǎn)磨削深度a2，細進給行程L2，單位磨削寬度磨除金屬體積T。各工藝參數(shù)除細進給行程L2取2水平外，其余均取， 水平，考慮工藝參數(shù)間交互效應(yīng)，按混合型正交表進行試驗。同時為了反映不同工件直徑引起砂輪等效直徑變化對磨削圓度的影響，以分別對208、308 和306 軸承進行磨削試驗，并測量磨削工件的圓度。試驗因素水平見右上表。

　　試驗條件:(1)機床為3MZ1310:全自動高速軸承內(nèi)圈溝道磨床：(2)工件定位方式為雙圓弧動支承：(3)砂輪為GB100ZR2A，直徑ds=560mm，轉(zhuǎn)速ns=1600r/min：(4)修整工具為單顆金剛石修整器，光修一次：(5)光磨時間2.5s，普通乳化液冷卻液：(6)圓度測量儀Taylor-HOBSON：(7)磨削工件為208、306、308三泰SUNTHAI軸承內(nèi)圈外溝道，直徑dw=48.1、40、51mm，材料GCr15，硬度60～65HRC。

　　4　磨削圓度與工藝參數(shù)關(guān)系的建模

　　數(shù)學模型假設(shè)

　　根據(jù)前面對磨削圓度影響因素分析，考慮工藝參數(shù)間可能存在的交互效應(yīng)，可假設(shè)磨削圓度的數(shù)學模型是