DOI：10．19533/j．issn1000－3762．2019．03．004轴承滚道磨削中金刚石滚轮修整技术的应用杨摩西，崔仲鸣，赫青山，王星，高东恩（河南工业大学机电工程学院，郑州450001）摘要：轴承滚道的加工精度直接影响轴承的制造精度，针对滚道磨削加工过程中精密成形修整问题，介绍了磨削用金刚石滚轮的制造方法、安装过程、修整应用工艺参数及其影响规律，同时对该方法在典型滚道中的应用实例进行了试验研究。
使用新研制金刚石滚轮修整的砂轮加工出的套圈，经检测其滚道半径精度为ʃ5μm，圆度误差为5μm，滚道位置精度为ʃ0．01mm。
结果表明：金刚石滚轮修整法可以用于复杂结构轴承滚道磨削中，尤其适用于多滚道磨削加工的砂轮修整，滚道之间的位置精度和修整效率均有明显提高。
关键词：滚动轴承；滚道；金刚石滚轮；砂轮修整；磨削中图分类号：TH133．33；TG74+9文献标志码：B文章编号：1000－3762（2019）03－0015－05Application of DiamondＲoller Dressing Technology in Grinding ofBearingＲacewayYANG Moxi，CUI Zhongming，HE Qingshan，WANG Xing，GAO Dong'en （School of Mechanical＆Electrical Engineering，Henan University of Technology，Zhengzhou450001，China）Abstract：The processing accuracy of bearing raceway affects manufacturing accuracy of bearings directly．Aimed at accuracy forming dressing problems during grinding of raceway，the manufacturing method and installation process of di-amond roller，process parameters for diamond roller dressing and its influence rules are introduced．At the same time，the experimental study is carried out for application examples．The rings are machined by grinding wheel dressed by newly developed diamond roller，the radius accuracy of raceway isʃ5μm，the roundness tolerance is5μm，and the positional accuracy of raceway isʃ0．01mm．The results show that the diamond roller dressing method is able to be used in grinding of bearing raceway with complex structure，especially suitable for grinding wheel dressing during grind-ing of multiple raceways．The positional accuracy among raceways and dressing efficiency are improved obviously．Key words：rolling bearing；raceway；diamond roller；grinding wheel dressing；grinding轴承滚道不仅引导滚子滚动，还需承受径向或轴向载荷，滚道加工质量将直接影响轴承的制造精度和使用寿命。
轴承滚道较为常用的精加工方法是先磨削加工出滚道形状，再进行超精研磨，收稿日期：2018－01－24；修回日期：2018－09－03基金项目：国家自然科学基金项目（51775170）；国家青年基金项目（51605144）；NSFC－河南联合基金重点支持项目（U1604254）作者简介：杨摩西（1991—），男，硕士研究生，主要研究方向为超硬材料制品，E－mail：ymx11108@163．com。
通信作者：崔仲鸣（1962—），男，教授，主要研究方向为磨削加工理论和超硬磨料磨具制造技术，E－mail：czm@ haut．edu．cn。
滚道的磨削加工质量是决定其尺寸和研磨后滚道廓形精度的首要条件。
轴承滚道磨削方法分为：摆动法、切入法和范成法［1］。
其中切入法是最常用的方法，需先把磨削砂轮修整成所需的滚道形状，然后采用切入磨削方式直接加工出滚道，滚道形面由成形砂轮直接加工，砂轮的表面形貌会如实反映在加工面上。
因此，砂轮工作形面的修整精度是影响轴承滚道加工质量的关键［2－3］。
砂轮的修整方法可分为机械修整法、电加工修整法和其他修整法［4］。
轴承滚道磨削砂轮主要采用机械修整法中的单点金刚石笔修整法和金刚石滚轮修整法。
单点金刚石笔修整法具有修整装置简单，针对不同沟曲率容易调整的优势，但对于ISSN1000－3762 CN41－1148/TH 轴承2019年3期Bearing2019，No．315－19多滚道磨削，存在沟间距难以保证的缺点。
金刚石滚轮修整法具有修整效率高，修整精度高和修整尺寸稳定的优点，尤其对于复杂形面精密修整具有优势［5］，已成功应用于轴承磨削加工之中。
文献［6］研究发现金刚石滚轮的粒度和旋转方向影响轴承零件的表面微观形貌、应力和金属组织结构；文献［7］采用金刚石滚轮对3000系列调心滚子轴承进行加工工艺试验和生产实践，并达到了预期效果；文献［8］设计制造包含10个不同沟形的金刚石滚轮，实现了对多种双滚道磨削砂轮的修整。
但是，对金刚石滚轮修整法在轴承滚道加工中的工艺参数和实际效果的研究还不够深入，文中将重点介绍。
1金刚石滚轮修整法的特点金刚石滚轮（以下简称滚轮）修整原理如图1所示，具有精密金刚石包络形面的滚轮安装在滚轮驱动器上，滚轮高速旋转并通过进给与砂轮啮合实现对砂轮形状的修整。
滚轮形面轮廓以及各项尺寸精度均参考被加工零件的相关技术要求设计，精度可达到微米，甚至亚微米级［9］。
金刚石滚轮修整法是一种适合复杂零件的高效精密修整方法，具有以下优点：1）修形能力强，可一次同时完成传统加工多道工序的加工，尤其适合形状较复杂的多滚道加工。
2）修整时间短，效率高，可以通过改变修整参数控制被修砂轮的锋利度，能够满足不同的加工要求。
3）不易磨损，使用寿命长，修整精度稳定，能够保证大批量生产的质量稳定性［10］。
图1金刚石滚轮修整法原理图Fig．1Schematic diagram of diamond roller dressing method2金刚石滚轮制造及应用工艺参数2.1精密金刚石滚轮的制造滚道砂轮用金刚石修整滚轮一般采用内电镀法制造。
内电镀法虽然工艺较为繁琐且制造流程长，但其制造精度能达到微米级，能够满足轴承复杂结构形面的需求［11］。
内电镀金刚石滚轮制造法原理如图2所示。
首先在阴模型腔上加工出精密的型腔内形面，以内型腔表面定位，将金刚石固定在型腔内形面上；然后通过电铸将金刚石固结在阴模内形面上，并形成一定厚度的磨粒镀层；之后用钢制内芯与金刚石镀层黏结，并将型腔形面的定位基准转换到内芯上；最后将阴模型腔去除，即得到具有精密形状的金刚石滚轮，再经过精密修磨得到高精度金刚石滚轮［12－13］。
1—内芯；2—黏结层；3—金刚石工作层；4—阴模型腔基准面；5—阴模型腔图2内电镀金刚石滚轮制造工艺示意图Fig．2Manufacturing diagram of diamond roller by internal electroplating2.2滚轮的驱动与安装滚轮与驱动器轴一般采用直孔安装形式（图3），这是因为径向和轴向对滚轮形面精度的影响不大，而轴线摆动误差影响较大。
滚轮与驱动轴的安装采用精密配合方式，配合间隙用绝对值表示，对于常规尺寸的轴径配合间隙Δ设定为4μm ，驱动器主轴的回转精度要求微米级。
1—金刚石滚轮；2—螺母；3—驱动器轴；4—垫片；5—驱动器轴肩；6—驱动器轴径图3金刚石滚轮与驱动器安装方式示意图Fig．3Installation method diagram of diamond roller and driver2.3滚轮应用工艺参数滚轮修整过程中的转速、进给速度、光修转数等是影响修整效果的主要因素。
针对轴承滚道磨·61·《轴承》2019．ɴ．3削常用工艺参数的影响因素进行了试验研究，并确定基本工艺参数。
试验修整滚轮：内电镀无规则排列粒度40/50，周边线速度VＲ=0 15m/s连续可调。
砂轮：陶瓷结合剂白刚玉磨料，粒度220#，周边线速度VS=15m/s。
2.3.1滚轮转速修整过程中滚轮外圆周与砂轮外圆周的相对速度称为修整速度差V K，即V K=V S－VＲ，V K的变化会影响修整后砂轮的锋利度，因此，可通过调整VK达到理想的修整效果。
V K与磨削工件表面粗糙度Ｒa值关系如图4所示，其中a为滚轮每转进给量。
V K=0是滚轮周边线速度与砂轮周边线速度相等的情况，此时滚轮与被修砂轮呈对滚状态，修整挤压作用最强，被修砂轮表面锋利度最大；V K=VS=15m/s是滚轮转速为0的特殊状态，系统稳定性不好，易产生振动，工件表面粗糙度Ｒa值凸起；V K＞V S＞15m/s是逆修状态。
应用中最好选用0＜V K＜V S，最佳范围为V K=（0．20 0．75）V S。
图4修整速度差对磨削工件表面粗糙度Ｒa值的影响Fig．4Influence of dressing speed difference on surface rough-ness of grinding workpieces磨削滚道外表面的砂轮直径一般为500 600mm，砂轮线速度接近VS=60m/s时，采用V K =（0．20 0．75）VS，则滚轮周边线速度VＲ=12 45m/s。
如果滚轮直径为100mm，则滚轮转速n=2300 8600r/min，考虑滚轮系统稳定性推荐滚轮修整转速为2300 3000r/min。
依据滚轮强度和驱动系统的稳定性试验，当滚轮转速超过3000r/min时对滚轮驱动系统有超高的要求，一般不建议采用。