浅议薄壁轴承套圈的数控车削加工技巧
【摘 要】薄壁轴承套圈的数控车削技巧包括零件装夹变形、受切削力变形等难点分析，通过夹具改装等解决方法来保证零件的加工精度，提高生产效率。夹具的合理改装，切削参数的优化处理使的薄壁轴承套圈的数控车削的加工精度得到了有效保障。
【关键词】薄壁；轴承套圈；数控车削
1.引言
随着制造业自动化的高速发展，工业机器人也得到了广泛应用。机器人精确的重复定位精度，灵活多关节的机械手，除了要有先进的控制技术，还要有精准可靠的机器人轴承。这样对加工机器人用轴承也提出了很高的要求，如图1所示为单列角接触轴承外圈示意图。轴承最终虽然经磨加工装配而成，但在热处理前套圈的车加工精度对后期的热处理变形、磨加工精度的影响很大，严重的将直接产生报废。本文就数控车削轴承套圈的加工技巧加以分析。
图1 单列角接触轴承外圈示意图
2.零件工艺分析
2.1 基本分析
由图1可知，此类零件属薄壁零件，批量生产。零件内腔由台阶孔、内R沟及圆角构成；零件材料为Gcr15，零件毛坯经锻造成型，零件最薄处为2.8mm；零件外圆Ø80.35处椭圆度为0.035mm，跳动为0.035mm；零件内R沟Ø73.67处椭圆度为0.07mm，相对于外圆跳动0.06mm；零件两端面平行差为0.04mm，内R沟位置相对于端面平行差为0.05mm；两端面粗糙度为Ra1.6，其余为Ra3.2。
2.2 加工难点分析
此类零件尺寸公差较宽，加工起来比较容易保证，但是由于此类零件的壁厚与径向尺寸相比较悬殊，加工时在切削力作用下容易引起热变形及产生振动变形，从而影响零件的尺寸精度、形位精度，一般会出现以下几类情况：
1）夹具影响
此类零件刚性较差。如用三爪自定心卡盘夹持外圆加工，当车削后卸下时，被卡爪夹紧部分会因弹性变形而胀大，此时，零件内形椭圆度不易保证，从而影响零件的形位尺寸。
2）放置位置
此类零件加工时的放置位置也较重要。零件端面高度尺寸为16.24mm，内R沟位置尺寸为8.14mm，两者都相对于基准面A有较高的平行差要求；这就要求零件在加工前基准面A一定要贴平夹具靠山，如果由于摆放不平或靠山端面不平整，则加工后容易产生壁厚差，轴向平行差也容易超差。
3）刀具影响
刀具的选用会严重影响零件的尺寸精度、形位精度及表面粗糙度。此类零件在切削力的作用下很容易变形，容易导致吃刀量不均和让刀等现象，在长内孔加工时容易产生锥度。一般，我们在粗车内孔时，刀杆的刚性要高，宜选用较大刀尖半径的刀片（R0.8～R1.2），选用尽可能大的切削用量、进给速度，以提高加工效率；精车时，刀片选用刀尖半径为R0.4，合适的切削用量、进给速度，同时注意冷却、润滑，从而来保证加工精度。
2.3 解决方法
薄壁零件在车削中是比较常见的，由于它刚性差，在夹持力、切削力作用下易变形，加工时不容易保证零件的尺寸精度、形位精度，针对此类问题，我们对此零件采取如下措施：
1）采用扇形软爪装夹
通过对三爪自定心卡盘的三个卡爪的改装，在卡爪上焊接大弧形软爪，来增加卡爪对零件的接触面积，从而减少零件的夹紧力，减少车削变形。值得注意的是焊接的三个扇形块应有足够的厚度，使其有一定的刚性，在使用是需先放置一段时间，使其应焊接产生的应力。
2）扇形卡爪的使用
扇形卡爪使用前应先对卡爪进行车削，可先用粗车刀车至大致尺寸，留有余量，最后精车。精车时，卡爪径向尺寸应比零件软磨尺寸少0.2mm～0.5mm，卡爪内侧靠山也一并车出，并留有退屑槽，如图2所示。
图2 扇形卡爪
3）刀具选择
粗车时，选用R0.8圆角刀片，背吃刀量和进给量可选择大些，留0.3mm～0.5mm精车余量。精车时，选用R0.4圆角刀片，背吃刀量为0.2～0.5mm，进给量一般在0.1～0.2mm/r。同时充足的冷却液也是减少零件变形、保证尺寸精度的有利方法。
3.加工工艺设计
1）通过对零件的结构、尺寸等工艺分析，制定如下加工工艺：
①下料、锻造。
②退火。
③液压车车削零件外圆、内孔、两端面。外圆留0.5mm磨量，高度留1mm余量，内孔留1mm余量。
④软磨外圆至图纸尺寸要求。
⑤数控车床车削零件左侧：车左端面、内圆角、内孔至图纸尺寸要求。
⑥调头，数控车床车削零件右侧：车右端面，保证高度；加工内形至图纸尺寸要求。
2）数控加工程序
此零件采用Fanuc 0i TD系统编程，程序如下：
零件右侧
O0001
T010 M3 S500
调用外圆车刀圆。
G00 X83 Z5
G94 X65 Z0 F0.25
车端面，保证总长。
G00 X77.37
G42 G00 Z0.22
G99 G03 X80.37 Z-1.28 R1.50 F0.25
车外圆角。
G01 X81.12 Z-1.59
G00 X83.12
G40 G00 Z100
T0202
调用内孔刀。
G00 X78 Z5
G71 U1.5 R1.5
粗车内轮廓。
G71 P10 Q20 U0.5 W0 F0.3
N10 G00 G42 Z2 F0.1
G00 X77.37
G00 Z0.22
G99 G03 X80.37 Z-1.28 R1.50 F0.25
G01 X81.12 Z-1.59
G00 X83.12
N20 G40 Z5
G00 Z100
G70 P10 Q20 F0.1
精车内轮廓。
G00 X100 Z100 M09
M05
M30
程序结束。
4.总结
通过对零件工艺设计、夹具改装，加工后的零件内孔椭圆度为0.01～0.02mm之间，轴向平行差在0.02mm之内，完全符合图纸要求，一次检验合格率为100%，有效地解决了此类薄壁轴承套圈的车削难题。夹具的合理改装，切削参数的优化处理使的零件的加工精度得到了有效保障，提高了加工效率，满足了批量生产的要求。
参考文献：
[1]朱兴伟.数控车工技能训练项目教程（高级）.北京：机械工业出版社，2012.
[2]孙伟伟.数控车工实习与考级.北京：高等教育出版社，2009.
[3]曲荣君.轴承套圈车工工艺.河南：河南人民出版社，2008.
作者简介：朱兴伟（1979—），男，江苏无锡人，大学本科，讲师，现供职于无锡机电高等职业技术学校，主要从事数控技术教学和数控加工实训教学。
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