超大型剖分三排圓柱滾子轉(zhuǎn)盤軸承加工工藝

某剖分三排圓柱滾子轉(zhuǎn)盤軸承結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用階梯搭接，軸向用鉸制螺栓定位連接(圖2)的方式組合成整體內(nèi)、外圈，裝配后軸承內(nèi)圈沿內(nèi)徑方向展開(kāi)如圖3所示。

該剖分軸承最大外徑為12.3776 m。高度為0.6 m，最大壁厚為489 mm，內(nèi)外圈共分為18段。技術(shù)要求：裝配高為(600士2) mm，軸向游隙為1.2 ~1.8 mm，徑向游隙為0.5 ~1.2 mm，軸向跳動(dòng)不大于0.6 mm，徑向跳動(dòng)不大于2 mm。

3.1 工裝夾具

剖分軸承在胎具上加工，為便于吊裝，胎具也采用剖分結(jié)構(gòu)。整個(gè)胎具分為4段，連接方式為上下搭接，軸向用錐銷定位，加雙排螺釘緊固(圖5)。

胎具材料選用具有較高屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的ZG380-510鑄鋼，保證胎具剛度胎具為剖分軸承加工提供了可靠的剛性支承，可減小各工序加工變形，保證加工精度。

為拓展機(jī)床加工范圍，重新制作專用方箱、支座以及配套的T形塊、螺桿、擋板、壓板、墊塊等，解決了大直徑軸承超范圍加工問(wèn)題。

3.2 裝夾方式

加工時(shí)要考慮胎具與剖分軸承的裝夾方式，以內(nèi)圈主推力滾道加工為例，內(nèi)圈裝夾如圖6所示。方箱底部設(shè)計(jì)2排連接孔，通過(guò)螺栓與機(jī)床工作臺(tái)連接。卡爪將胎具卡緊并用壓板固定。內(nèi)圈放置在胎具上，長(zhǎng)擋板頂緊外徑面，壓板壓緊內(nèi)圈端面。胎具和內(nèi)圈進(jìn)行軸向和徑向定位，固定點(diǎn)數(shù)量是軸承分段數(shù)的3倍，防止零件加工中出現(xiàn)平移。

3.3 拼接整圓

剖分面為臺(tái)階形狀,要求拼接軸向間隙不大于0.1 mm，徑向間隙不大于0.3 mm。拼接會(huì)影響軸承加工精度，因此要保證外齒圈剖分切口在齒槽底中心位置。工藝上選擇先劃出成品齒形及精銑連接面剖分線(圖7)，其軸向和圓周貼合面均在數(shù)控龍門銑床上加工。通過(guò)程序設(shè)定、預(yù)先模擬調(diào)整每段弧長(zhǎng)及2個(gè)結(jié)合面的角度和尺寸，多次研配結(jié)合面以確保連接精度，待連接整圓后依次配對(duì)編號(hào)。

剖分軸承在加工中需多次吊裝、拼接、拆分，為保證成品連接精度，在前工序加工時(shí)采用小尺寸的工藝錐錐孔。通過(guò)錐銷對(duì)每段連接點(diǎn)定位后連接加工。終加工時(shí)將定位錐銷孔加工成鉸制螺栓孔，保證零件連接可靠。

3.4 淬火方案

選取分段、分面淬火。為方便吊裝，淬火前加工吊裝孔。為減小淬火變形，在套圈上設(shè)置端面臺(tái)階，胎具設(shè)置凹槽(配合間隙1~2 mm)進(jìn)行限位。另外，在胎具上加工與套圈吊裝孔位置一致的螺紋孔，用螺釘將套圈與胎具固定(圖8)。

3.5 整形方案

淬火后每段曲率不規(guī)則，不成正圓，總趨勢(shì)為外圈弦長(zhǎng)減小，內(nèi)圈弦長(zhǎng)增大。套圈壁厚較大，淬火后需進(jìn)行熱整形。整形要求如下：

1)對(duì)比淬火前、后每段弦長(zhǎng)變化，確定整形量，選定整形位置；

2)火焰溫度為700~800℃，加熱時(shí)控制加熱面積，防止產(chǎn)生新的變形，加熱后澆注冷卻液；

3)粗整形，以實(shí)際弦長(zhǎng)為依據(jù)(不需要在機(jī)床上進(jìn)行)；

4)精整形，邊整形邊測(cè)量每段圓周跳動(dòng)(在機(jī)床上進(jìn)行) ，使每段均符合工藝要求；

5)整形后測(cè)量每段尺寸是否達(dá)到整形要求。

3.6 裝配方案

剖分軸承精加工、裝配均以淬火、 整形后每段連接面處軸向、徑向間隙做為拼接基準(zhǔn)。裝配方案：先吊取第2內(nèi)圈，按編號(hào)依次完成拼接，通過(guò)徑向定位夾具調(diào)整徑向間隙(圖9)，通過(guò)周向定位夾具(圖10)調(diào)整圓周方向間隙，然后用校對(duì)樣板內(nèi)圈半徑R₂(圖11)校驗(yàn)接縫處曲率，通過(guò)鉸制螺栓連接，完成第2內(nèi)圈裝配。再按照常規(guī)三排圓柱滾子轉(zhuǎn)盤軸承的裝配方法組裝成整套軸承。內(nèi)、外圈裝配方法參考第2內(nèi)圈。

調(diào)整徑向間隙時(shí)，將夾具放置在套圈端面上，螺桿頂緊軸承內(nèi)、外徑面，通過(guò)螺桿調(diào)節(jié)。調(diào)整圓周方向間隙時(shí)，將螺紋孔定位銷與光孔定位銷分別放在連接縫處的2個(gè)安裝孔內(nèi)，通過(guò)螺桿緊固調(diào)節(jié)。

3.7 軸承游隙

通過(guò)軸向游隙推算所需加工的內(nèi)、外圈軸向滾道尺寸，可減少滾道修磨次數(shù)，從而減少吊裝、拼接次數(shù)，提高加工效率。軸向游隙計(jì)算示意圖如圖12所示，軸向游隙G_a=b+c-a-d-d₂。

剖分軸承分段拼接，每段外齒圈會(huì)因自重下墜傾斜，普通三點(diǎn)測(cè)量軸向游隙已不適用。軸向游隙測(cè)量如圖13所示，虛線、實(shí)線分別為軸承組裝后的實(shí)際位置和理論位置。千斤頂與百分表位置均會(huì)對(duì)軸向游隙產(chǎn)生影響，測(cè)得A點(diǎn)值比B點(diǎn)大，B點(diǎn)值更接近實(shí)際游隙。采用單點(diǎn)測(cè)量軸向游隙，千斤頂與百分表位置靠近軸承內(nèi)圈，在每段中間部位及連接縫處各取1個(gè)點(diǎn)，共計(jì)12個(gè)點(diǎn)或更多，取其平均值作為實(shí)測(cè)軸向游隙。

徑向游隙的配制：試配初始徑向游隙→確定滾子尺寸→修磨滾子。

徑向游隙的測(cè)量：第2內(nèi)圈、軸向滾子與外圈裝配后，在連接縫處及每段中間部位(共計(jì)12處)，裝入徑向滾子(為保證徑向游隙測(cè)量準(zhǔn)確，采取無(wú)間隔并排滾子，要求每組滾子數(shù)量不少于30粒)，測(cè)量徑向滾子與內(nèi)、外圈間隙，取其平均值作為實(shí)測(cè)徑向游隙。

3.8 選擇刀具及加工參數(shù)

精加工余量小，可使用帶涂層的硬質(zhì)合金刀具完成車削，該刀具硬度達(dá)69~81 HRC，車削平穩(wěn)，耐磨性好，切削速度是普通高速鋼的4~7倍，提高了加工效率。硬質(zhì)合金刀具加工參數(shù)為：機(jī)床轉(zhuǎn)速2 r/min, 進(jìn)給量0.4~0.7 mm/r。

滾道表面淬火后硬度為57~62 HRC，終磨滾道前先硬車去除滾道淬火變形較大部位，可減小后續(xù)磨加工留量，大幅提高加工效率。硬車使用立方氮化硼(CBN)刀具完成以車代磨。CBN是超硬刀具材料，硬度高和耐磨性好，用于對(duì)淬硬鋼(硬度45~65 HRC)的精加工，也可用于精車斷續(xù)表面，但在斷續(xù)加工中，不能使用冷卻液。CBN刀具加工參數(shù)為：機(jī)床轉(zhuǎn)速2.5 r/min, 進(jìn)給量0.08~0.2 mm/r。