精密角接触球轴承内圈沟道磨削的4种方法对比

李献会

轴承套圈加工仍以磨削精加工模式为主，磨削加工劳动量占总劳动量的60%以上。精密轴承（通常指公差等级为P4以上）的磨削加工所占比例更大，磨削加工工序也关键。套圈沟道为工作部位，其精度直接影响轴承的旋转精度、振动噪声、疲劳寿命等，因此沟道加工尤为重要。轴承内圈沟道磨削加工有多种方法，各种加工方法有不同的适用范围和加工特点，如何根据轴承特点正确选取加工方法以高精度、高效率、低成本地完成加工是一道难题。下面介绍精密角接触球轴承内圈沟道的4种磨削方法（支内圈外径面磨沟、支内沟道磨沟、支内径面磨沟和逃逸法磨沟），对比各自的特点。

1、角接触球轴承内圈磨削工艺路线

为保证轴承加工精度，轴承零件加工采用多循环的方法，精密角接触轴承的加工循环次数甚至达到3遍以上。一般来说，公差等级P4以上角接触球轴承内圈磨削加工至少需要粗磨、细磨2次循环才能满足精度要求，其中沟道加工需要超精或抛光。轴承内圈磨加工基本路线为：端面→内圈外径面（简称内外径）→内沟道→内径面（简称内径）。端面、内外径或内沟道为加工基准面，精度要求较高，是保证后工序加工精度的基础。

磨削加工工艺路线的制定需综合考虑设备能力、产品特点、质量稳定性、加工基准的确定等，不同的磨削方式采用不同的工艺路线。图1所示为以内外径或内径为基准时的内圈磨削工艺路线，图中带有括号的工序为“非必需工序”，如支内径磨沟无需细磨内外径和精研内外径，而支内外径磨沟需要这2道工序。套圈磨削在多循环之间要进行热处理（常为低温回火），去除附加应力，促使组织稳定，防止套圈尺寸和精度发生变化。

图1 精密角接触球轴承磨削加工两循环工艺路线

2、角接触球轴承内沟常用磨削方法

2.1 支内外径磨沟

支内外径磨沟是一种常用的轴承内沟磨加工方法，其原理如图2所示。一般采用电磁无心夹具。支承点采用硬质合金，选用2个，并成一定角度，分别处于夹具的第3和第4象限。调整支承时要保证工件中心与夹具中心存在一定偏心量e，并使工件中心处于夹具第4象限。磨加工过程中，夹具转动带动工件做匀速转动，工件受支承的限位作用，并且工件与夹具存在一定偏心，套圈可以平稳旋转。砂轮在磨加工前需要进行修形，利用金刚笔将砂轮外缘修整成需要的形状。砂轮对工件进行外切磨削，外切磨削的特点是砂轮的外径大，线速度高，磨削效率高。磨削方向与工件旋转方向相同。

图2 支内外径磨沟原理图

加工特点：1）采用外切磨削，磨削效率高；2）以内外径为磨削基准，对内外径精度要求高；3）沟道加工精度一般。

2.2 支内沟磨沟

支内沟磨沟原理如图3所示，这种加工方式表面看与支内外径磨沟相似，但加工原理大为不同。支内沟磨沟以内沟道为支承对象，内沟道既为基准面也为磨削面，加工过程中无需考虑内外径精度，且沟道磨削精度可大大提升。此外，后序加工内径面时，仍采用支承内沟的方式，可以有效保证内径面精度。磨削方式仍采用外切磨削，加工效率高。支承所处位置和工件偏心与支内外径磨沟相同。

图3 支内沟磨沟原理图

加工特点：1）加工精度较高，尤其表现在内圈沟道与内孔的厚度变动量Ki（壁厚差）上；2）外切式磨削，磨削效率高；3）采用支内沟磨沟工艺时，省去了内圈挡边外径磨削工序，节省了工时。

2.3 支内径磨沟

支内径磨沟原理如图4所示，其采用前、后2个支承分别支承工件内径面上，工件中心处于夹具第4象限，前、后支承使工件中心与砂轮中心基本处于同一水平面上，工件直接承受砂轮进给的切削力。这种加工方式以内径面为基准，沟道精度由内径精度保证，而内径的加工以内外径为基准，因此对内外径加工要求极高。磨削中需严格控制进给量，进给量过大，超过工件的变形抗力时，易导致工件产生变形，造成工件尺寸、圆度等精度很难控制。

图4 支内径磨沟原理图

加工特点：1）对前工序内外径、内径精度要求极高；2）对操作者技能要求高；3）生产效率不高。

2.4 逃逸法磨沟

逃逸法磨削内沟是一种非限位式磨削方法，原理如图5所示。前支承为内支承，偏心处于第1象限，后支承为外支承，偏心处于第4 象限，两支承夹角β= 30°～45°。砂轮进给磨削工件时，若切削力超过电磁无心夹具的夹持力，工件将脱离第4 象限的外支承。随着磨削力的减小，工件又回落至外支承进行正常磨削。如此重复，直至磨削到所要求的尺寸。

图5 逃逸法磨沟原理图

加工特点：1）对前工序内外径、内径精度要求高；2）适用于薄壁系列轴承磨削；3）工件加工变形量小；4）生产效率不高。

3、结论

通过具体的加工试验进行精度和效率的对比分析，得出结论：

1）精密轴承套圈磨加工采用多循环加工方式，可以降低磨削加工应力，减小变形量，提升加工精度。

2）常规精密球轴承内沟磨削宜采用支内沟磨沟方法，可以保证内沟磨削精度，内外径只进行一次磨削加工就能满足设计精度，避免了多循环加工，减少了加工工序，工作效率提高。

3）对于薄壁系列和特殊精度要求的精密球轴承内沟加工，可选用逃逸法磨内沟，虽然加工效率略低，但加工精度高，废品率低。

内容节选自《轴承》

（来源：轴承杂志社）

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