矿山机械回转臂用推力角接触球轴承套圈加工方法分析

刘 莹，董天一，孟庆江

（1.哈尔滨轴承集团公司 技术中心，黑龙江 哈尔滨 150036；2.哈尔滨轴承集团公司 经营发展部，黑龙江 哈尔滨150036；3.哈尔滨哈轴精密轴承制造有限公司，黑龙江 哈尔滨 150036）

1 前言

某非标准推力角接触球轴承应用于矿山机械回转臂上，产品精度要求不高、转速低，工作环境较为恶劣。因其结构的特殊性，在试制过程中遇到许多问题，尤其硬磨平面、外滚道工序较为困难。该产品装配图如图 1 所示，外圈结构如图2 所示。现将解决方法介绍给读者，仅供参考。

图1 某非标准推力角接触球轴承装配图

图2 外圈结构

2 加工工艺分析

2.1 车加工工艺分析

产品结构如图 2 所示。该产品外内径与滚道相切，保证沟位置误差在0.02 mm以内。

一种方法是将沟道车削出来后，用仪器将沟位置测量准确后（沟道尺寸留有一定的留量0.2±0.05mm），再将大外内径轮廓车削好（留量0.2±0.05mm），最后再将外沟道与大外内径一次走刀加工完成。此方法必须采用数控机床，因为程序编制后其加工精度较为稳定。需要说明的是，车削留量较大时，应采用两把车道加工，第一把粗车，第二把细车，以保证加工精度。

另一种方法是用专用车床将外内径、外沟道分别在两道工序加工完成后，外内径与滚道留有一定的留量，然后再用数控机床一次走刀加工完成，这样可相应地提高加工效率。

前者适合小批量加工，后者适用大批量加工。粗车时采用专用车床，效率较高；细车采用数控车床，效率及加工精度均可满足要求。

2.2 磨加工工艺分析

产品结构要求外滚道的沟底与外内径应一次加工完成，否则沟底与外内径分别两次加工就会在两表面接触处留有痕迹，使得工件的滚道表面粗糙度达不到要求，此痕迹严重时会影响到轴承的装配质量。由于分厂没有数控磨床，所以要想达到产品要求是办不到的。即使采用数控机床磨削，外内径与沟道一起磨削砂轮的宽度也很宽，磨削时所产生的磨削力也较大。加工此工序所需要的磨床的功率也较大，且数控机床价格也较为昂贵。

2.3 硬车工艺分析

基于以上问题，决定采用硬车的方法加以解决。从产品的工艺要求看，外滚道尺寸公差要求0.05mm，车削工艺系统能够保证。

2.3.1 刀具材料选择

目前可选用的硬车刀具材料有陶瓷、立方氮化硼。根据产品要求，基面粗糙度0.8Ra，非基面粗糙度1.6Ra、滚道粗糙度0.4Ra。陶瓷切削速度90～110m/min，表面粗糙度1.6Ra。如果切削速度低于90m/min，容易崩刃，使被切削工件表面粗糙度降低。立方氮化硼切削速度可达110m/min以上，表面粗糙度0.4Ra。根据工件尺寸计算可知，其切削速度应为114m/min。从以上分析可知，应选用立方氮化硼作为硬车刀具材料。

2.3.2 刀具角度选择及使用注意事项

为了保证刀具正常切削，有足够的强度和散热条件，刀具的刀尖角选择30°，前角0°，后角10°。由于立方碳化硼较为昂贵，选择在刀尖上焊接一小块立方碳化硼，既可保证刀具切削，又能使刀具有一定的抗冲击能力。

内圈解决方法基本与外圈相同，这里就不再论述。

2.3.3 车削规范及工艺过程的制定

经试验验证后，主轴转数n=200r/min、进刀量f=0.15mm/r。工艺过程如下：车非基面及外径车基面及小内径车外滚道及大外内径。车削示意图如图 3 、图 4 、图 5 所示。

2.3.4 工件装夹方式

图3 车非基面及外径示意图

图4 车基面及小外内径示意图

根据工件的外径和外内径尺寸（考虑到工件壁厚），决定采用三爪通用夹具。由于工件壁厚较厚，在夹紧过后外径的变形量很小可以忽略不计，而且外径还得精磨一遍，所以，只要保证滚道的加工精度就可以。

图5 车削外滚道与大外内径示意图

3 结束语

按上述方法加工后，工件的几何精度、尺寸精度及表面粗糙度均满足产品的使用要求。通过硬车轴承套圈，取代了部分磨削工艺，节约了大量的购置数控磨床的资金。硬车更换车刀比磨削更换砂轮节省时间，为今后硬车技术的发展创造了良好开端。随着工艺水平的提高，硬车技术一定能得到更广泛的应用，而且有利于保护环境。