毕业论文《滚动轴承的加工工艺设计》.docx
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毕业论文《滚动轴承的加工工艺设计》
毕业论文《滚动轴承的加工工艺设计》
滚动轴承加工工艺设计
摘要:
滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，具有摩擦阻力小，功率消耗少，起动容易等优点。
本文对滚动轴承的加工工艺进行了研究和设计。
主要内容包括滚动轴承的类型、性能与特点，滚动轴承的工作情况，滚动轴承尺寸的选择，轴承零件的加工工艺特点，轴承加工的工艺过程及轴承装置的设计。
通过了解滚动轴承的主要类型、性能与特点，结合实际需要中的产品要求，选择合适的轴承及所对应的加工工艺流程。
关键词:
滚动轴承；性能；工艺设计
Rollingbearingprocessingtechnologydesign
Abstract：
Rollingbearingisoneofthecomponentsarewidelyusedinmodernmachinery,theadvantagesofsmallfrictionalresistance,lesspowerconsumption,easystarting,etc.Thispaperstudiedtheprocessingtechnologyoftherollingbearinganddesign.Maincontentsincludingthetypes,performanceandcharacteristicsoftherollingbearingandrollingbearingworkingcondition,thechoiceofrollingbearingsize,machiningprocesscharacteristicsofbearingparts,bearingmachiningprocessandthedesignofthebearingassembly.Throughunderstandingthemaintypesofrollingbearing,theperformanceandcharacteristics,combinedwiththeactualneedsoftheproductrequirements,selecttheappropriatebearingandthecorrespondingprocessingtechnologicalprocess.
Keywords：
Rollingbearing;Performance;Processdesign
2滚动轴承的主要类型及其代号
2.1滚动轴承的主要类型、性能与特点
滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的。
滚动轴承的基本结构如图1所示，它由内圈、外圈、滚动体和保持架等4部分组成。
内圈用来和轴颈装配，外圈用来和轴承座孔装配。
通常是内圈随轴颈回转，外圈固定，但也可用于外圈回转而内圈不动，或是内、外圈同时回转的场合。
当内、外圈相对转动时，滚动体即在内、外圈的滚道间滚动。
图1滚动轴承的基本结构
按照轴承所能承受的外载荷不同，滚动轴承分为
推力轴承中与轴颈紧套在一起的叫轴圈，与机座相联的叫座圈。
向心推力轴承的滚动体与外圈滚道接触点（线）处的法线N-N与半径方向的夹角α叫轴承的接触角；轴承实际所受的径向载荷Fr与轴向载荷Fa的合力与半径方向的夹角β叫载荷角。
图2不同类型的轴承的承载情况
国标中根据轴承所受载荷的方向和滚动体类型，共分九种基本类型，见文献[1]表13-1。
2.2滚动轴承零件结构的常用术语
2.2.1结构表面名称
（1）滚道轴承外圈上有供钢球（或滚子）滚动的槽，这些槽叫做外沟（或外滚道）；同样，内圈上供钢球（或滚子）滚动的槽叫做内沟（或内滚道）。
外沟（又称外沟道）、外滚道和内沟（又称内沟道）、内滚道统称为滚道。
内圈上的滚道简称内滚道；外圈上的滚道简称外滚道。
（2）内径和外径滚动轴承内径是指内圈内孔表面的直径；外径是指外圈外表面的直径。
（3）内外径和外内径滚动轴承内圈上最大外表面的直径叫做内外径；外圈上最小内表面的直径叫做外内径。
图3滚动轴承结构表面术语
表1.1滚动轴承结构表面术语
内圈
外圈
、
内径
内滚道直径
内外径
宽度
外径
外滚道直径
外内径
宽度
2.3滚动轴承的代号
我国国标GB/T272-93规定了滚动轴承代号的表示方法。
滚动轴承代号由
前置代号、基本代号、后置代号组成，用字母和数字等表示。
2.3.1基本代号
基本代号用来表示轴承的内径、直径系列、宽度系列和类型，一般最多为五位数。
轴承内径用d表示。
基本代号右起第一、二位数字为内径代号。
对常用内径d=20~480mm的轴承，内径一般为5的倍数，这两位数字表示轴承内径尺寸被5除得的商数，如04表示d=20mm;12表示d=60mm等等。
对于内径为10mm、12mm、15mm和17mm的轴承，内径代号依次为00、01、02和03。
对于10mm和大于500mm的轴承，内径表示方法另有规定，可参看GB/T272—93。
轴承的直径系列（既结构相同、内径相同的轴承在外径和宽度方面的变化系列）用基本代号右起第三位数字表示。
直径系列代号有7、8、9、0、1、2、3、4和5对应于相同内径轴承的外径尺寸依次递增。
对于向心轴承和向心推力轴承，0、1表示特轻系列；2表示轻系列；3表示中系列；4表示重系列。
推力轴承除了用1表示特轻系列之外，其余与向心轴承的表示一致。
轴承的宽度系列用基本代号右起的第四位数表示。
宽度系列代号有8、0、1、2、3、4、5和6，对应同一直径系列的轴承，其宽度依次递增。
多数轴承在代号中不标出代号0，但对于调心滚子轴承和圆锥滚子轴承，宽度系列代号0应标出。
直径系列代号和宽度系列代号统称为尺寸系列代号。
2.3.2后置代号
轴承的后置代号用字母和数字等表示轴承的结构、公差及材料的特殊要求等等。
内部结构代号是表示同一类型轴承的不同内部结构，用字母紧跟着基本代号表示。
如接触角为150、250和400的角接触球轴承分别用C、AC和B表示内部结构的不同。
轴承的公差等级分为2、4、5、6、6x和0级六个级别，依次由高到低，其代号分别为/P2、/P4、/P5、/P6、/P6x和/P0，其中6x级仅用于圆锥滚子轴承；0级为普通级，在轴承代号中不标出。
常用的轴承径向游隙系列分为1组、2组、0组、3组、4组和5组，共6个组别，径向游隙依次由小到大。
0组游隙是常用的游隙组别，不标出，其余的游隙组别在轴承代号中分别用/C1、/C2、/C3、/C4、/C5表示。
2.3.3前置代号
轴承的前置代号用于表示轴承的分部件，用字母表示。
6308—表示内径为40mm，中系列深沟球轴承，正常宽度系列，正常结构，0级公差，0组游隙。
7211C/P5—表示内径为55mm，轻系列角接触球轴承，正常宽度，接触角α=150，5级公差，0组游隙。
3滚动轴承类型的选择
3.1选择轴承时的考虑因素
选用轴承时，首先是选择轴承类型。
出发点：
1.轴承所受工作载荷的大小、方向和性质；
2.安装轴承的空间范围；
3.对轴承性能的特殊要求或限制；
4.高速轴承考虑轴承的极限转速；
5.经济性。
3.1.1轴承的载荷
轴承所受载荷的大小、方向和性质，是选择轴承类型的主要依据。
根据载荷的大小选择轴承的类型时，由于滚子轴承中主要元件间是线接触，宜用于承受较大的载荷，承载后的变形也较小。
而球轴承是点接触，宜用于承受较轻的或中等的载荷，故在载荷较小时，应优先选用球轴承。
根据载荷的方向选择轴承类型时，对于纯轴向载荷，一般选用推力轴承。
较小的纯轴向载荷可选用推力球轴承；较大的纯轴向载荷可选用推力滚子轴承。
对于纯径向载荷，一般选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承。
当轴承在承受径向载荷R的同时，还有不大的轴向载荷A时，可选用深沟球轴承或接触角不大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承；当轴向载荷较大时，可选用接触角较大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承，或选用向心轴承和推力轴承组合在一起的结构，分别承担径向载荷和轴向载荷。
3.1.2轴承的转速
在一般转速下，转速的高低对类型的选择不发生什么影响，只有在转速较高时，才会有比较显著的影响。
轴承样本中列入了各种类型、各种尺寸轴承的极限转速。
此极限转速是指载荷不太大（P≤0.1C，C为基本额定动载荷），冷却条件正常，且为0级公差轴承时的最大允许转速。
但是，由于极限转速主要是受工作时温升的限制，因此，不能认为样本中的极限转速是一个绝对不可超越的界限。
如果轴承的工作转速超过极限转速时，可采取下述的第五条措施。
从转速对轴承的要求，可确定以下几点：
1.球轴承与滚子轴承相比，有较高的极限转速，故在高速时应优先选用球轴承；
2.在内径相同的条件下，外径越小，滚动体就越轻小，运转时滚动体加在外圈滚道上的离心惯性力就越小，因而就更适合用在更高的转速下工作。
故在高速时，宜选用超轻、特轻及轻系列的轴承。
重及特重系列的轴承，只用于低速重载的场合。
如用一个轻系列轴承而承载能力达不到要求时，可考虑采用宽系列的轴承，或者把两个轻系列的轴承并装在一起使用。
3.保持架的材料与结构对轴承转速影响极大。
实体保持架比冲压保持架允许更高一些的转速。
4.推力轴承的极限转速均很低。
当工作转速高时，若轴向载荷不十分大，可采用角接触球轴承承受纯轴向力。
5.若工作转速略超过样本中规定的极限转速，可用提高轴承的公差等级，或适当地加大轴承的径向间隙，选用循环润滑或油雾润滑，加强对循环油的冷却等措施来改善轴承的告诉性能。
若工作转速超过极限转速较多，应选用特制的高速滚动轴承。
3.1.3轴承的调心性能
当轴的中心线与轴承座中心线不重合而有角度误差时，或因轴受力而弯曲或倾斜时，会造成轴承的内、外圈轴线发生倾斜。
这时，应采用有一定调心性能的调心球轴承或调心滚子轴承。
这类轴承在内外圈轴线有不大的相对偏斜时仍能正常工作。
圆柱滚子轴承和滚针轴承对轴承的偏斜最为敏感，这类轴承在偏斜状态下的承载能力可能低于球轴承。
因此在轴的刚度和轴承座孔的支承刚度较低时，应尽量避免使用这类轴承。
3.2具体选择
1.载荷不是特别大，尺寸没有严格限制及无特殊性能要求的情况下，优先选用6000型轴承，因为此类轴承价格最便宜，供货方便，即可承受Fr，又可承受一定Fa，极限转速也较高，摩擦系数最低；
2.在载荷较大，对径向尺寸要求较严格的情况下，考虑选用滚子轴承，因为线接触的滚子轴承承载能力比球轴承高，但滚子轴承极限转速较低，摩擦系数高，价格较贵，N0000型轴承不允许承受Fa；
3.当轴承所受A较大时，可考虑选用30000和70000型轴承，特别是70000型轴承，各种性能指标较好，可承受较大的Fr，Fa极限转速高，30000型轴承更适合用于中速、重载、受较大Fa的条件；
4.调心轴承（10000、20000型）、滚针轴承（NA0000型）、推力轴承（50000型）一般只用在有特殊要求时；
5.有些轴承由于其结构特点而具有某些特殊功能；
6.有些支承点上同时受很大的Fr、Fa，对轴承径向尺寸有限制时，可在同一支承点上采用一个向心轴承和一个推力轴承分别承担Fr。
4滚动轴承产品的性能要求
作为精密的机械元件，滚动轴承的工作性能直接影响到主机的工作性能；甚至于某些装在主机关键部位的轴承的工作性能，几乎决定了该主机的工作性能。
例如，用于精密光学坐标镗床主轴上的圆锥滚子轴承B3-706与B3-707，它们的径向摆动达到0.001~0.0025mm，轴向摆动达到0.002~0.003mm。
这就在很大程度上决定了该机床主轴的回转精度，即主机的主要工作性能指标。
除这种高精密级轴承外，像耐高温、耐低温、防锈、防振、高速、高真空和耐腐蚀等具有特殊性能要求的轴承的质量指标也都是十分严格的。
一般来说，滚动轴承应具有高的寿命、低的噪音、小的旋转力矩和高的可靠性这些基本性能。
要达到这些要求，就必须在机械加工工艺上首先确保轴承零件的以下指标：
旋转精度：
要求轴承各零件的几何形状精度和位置精度不超过几微米。
尺寸精度：
要求各零件的尺寸精度在几微米之内。
表面粗糙度：
安装表面粗糙度
值不大于0.63µm、0.32µm；滚道要求更高，
值小于0.16µm。
尺寸稳定性：
在长期存放和工作时，没有明显的尺寸和形状改变。
防锈能力：
零件不允许生锈。
振动及噪声：
轴承振动及噪声要限制在一定的范围内，这要求轴承零件的各种质量应尽可能高。
残磁：
轴承的残磁应控制在0.6mT、0.8mT以下。
5滚动轴承零件的加工工艺特点
5.1滚动轴承零件的生产特点
5.1.1结构特点
和一般机械零件相比较，轴承零件具有以下结构特点：
（1）回转表面轴承零件的工作表面大都是回转体表面。
（2）短而薄轴承零件的宏观外形不仅具有回转体的圆形表面，而且这些表面往往是短而薄的。
由于轴承零件大都是回转体，因此加工机械就比较单一，绝大多数为车床和磨床；由于零件比较短，轴向刚度就较好，因此轴向变形可以忽略不计；由于主要零件的壁厚比较薄，径向刚度就比较差，因此对夹紧方法就要有特殊考虑。
5.1.2加工特点
滚动轴承零件虽然结构简单，但技术条件要求很高，这就决定了它有如下加工特点：
（1）精密加工轴承零件绝大部分表面都要经过磨削加工，磨削加工表面总面积与零件单件重量的比值，比一般机械零件要大得多，而且轴承零件的磨削加工尺寸和几何精度都以µm为单位。
尤其是套圈的滚道和滚动体的精度更高，还要经过超精加工或研磨加工。
（2）多工序加工轴承零件的精度要求高，生产工序必然很多。
例如，套圈加工从锻造到装配约有20~40道工序；圆柱滚子轴承可达74道工序；圆锥滚子轴承也有55道工序之多。
（3）成形加工轴承零件的工作表面都是回转成形面，适合于用成形法加工。
例如，圆锥滚子轴承内圈直挡边、球面滚子、滚道的锻造辗压与车磨等，都是采用成形刀具或仿形板加工的。
这就给机床设计与调整，刀具、砂轮的修整等方面带来了一系列问题。
5.2滚动轴承零件工艺过程的特殊性
5.2.1专业性
在轴承零件加工中，大量采用轴承专用设备。
例如，圆锥滚子的加工采用圆锥滚子球基面专用磨床各圆锥滚子专用无心外圆磨床；套圈的加工采用滚道专用磨床和挡边专用磨床；钢球的加工采用光磨机、磨球机以及研磨机等专用设备。
专业化的特点还在于轴承零件的专业生产。
例如，保持架厂、微型轴承厂和轻型轴承厂等。
5.2.2自动化
轴承生产的专业化为其生产自动化提供了极大的方便。
在生产中，除了采用全自动、半自动专用机床外，还采用高度自动化的外圆无心磨床、双端面磨床，以及多刀半自动车床和多轴车床等非专业机床。
尤其在轴承制造企业正逐渐推广生产自动线。
例如，锻造自动线、热处理自动线、磨削自动线以及装配自动线等。
5.2.3先进性
轴承零件生产工艺的先进性，主要表现为大量使用先进的机床、工装和工艺。
从设备上说，有全自动双击冷镦机、高速镦锻机、超声波清洗机、数控车床，以及微机控制的各类车床与磨床、控制力内圆和外滚道磨床等；从夹具上说，有滑块式和杠杆式三爪浮动卡盘、电磁无心夹具、液压和气压定心夹具等；从工艺上说，有表面强化工艺、超精加工工艺、微电脑控制的保护气氛加热（淬火），以及可控气体渗碳工艺、随机装配工艺等。
滚动轴承工艺过程的专业性、自动化和先进性特征，除满足了轴承生产的大批量规模要求，即高生产率外，还满足了高的加工质量和低的生产成本等要求。
6滚动轴承生产的一般工艺过程
如前所述，组成滚动轴承的零件有外圈、内圈、滚动体和保持架。
对于不同的零件，其加工过程和方法是不同的。
对于同一种零件，若结构、公差等级不同，其加工过程和方法也有差异。
目前中小型普通等级轴承的生产过程大致相同，如表1.2所示。
表1.2滚动轴承生产的一般工艺过程
套圈
钢球
滚子
保持架
棒料
管料
棒料
线材
棒材
棒料
线材
棒料
带料
板料
棒料
锻坯
锻造
冷镦
热镦
退火
冷镦
车削
冲压
成形
车削
拉方孔
车削
热处理
热处理
锉削
软磨
硬磨
超精加工
热处理
硬磨
抛光
磨削
超精加工
表面
处理
表面处理
终检
分类
检查
装配，成品检查，防锈封存，包装
7滚动轴承套圈车削加工
本处以加工深沟球轴承为例，选择型号为6203；基本尺寸：
外径40mm，内径17mm，厚度12mm。
毛坯的加工制造和选择在这里不做详述。
套圈毛坯制造出来之后主要的加工就要由金属切削方法来完成了。
车削加工通常是整个套圈切削过程的第一个环节，而不是最终环节。
一般套圈的内外径和外内径等车削加工就是终加工。
对套圈来说，一般的车削加工要完成的主要任务就是：
1.对一般锻件毛坯，去除表面坚硬的氧化编织层。
2.对棒料管料，去除多余的金属量。
3.经济地取得车削加工的形状、尺寸和位置精度。
4.对待加工表面均匀地留有一定深度的留量。
5.加工好辅助表面。
7.1车削加工的内容和方法分类
套圈的车削加工具体内容就一般而论是指车削外径、内径、外内径、内外径、端面、滚道、挡边、斜坡、圆倒角、止动槽和油沟等。
依产品的结构内型和尺寸，毛坯的制造方法和形状，加工设备的类型、性能和精度，生产批量的大小和生产工艺能力等的不同，其车削加工的工作繁简程度是不同的。
加工方法大致分为两类，即集中工序车削法和分散工序车削法。
集中工序车削法，简单地说就是在一台车床上，采用多种刀具，自动按序，同时用一种或几种刀具加工套圈的一个或几个表面，在一次循环中加工好一个或几个套圈的大部分或全部表面。
分散工序车削法就是在一台车床上，采用一种或少数几种刀具，一次装夹中，只加工一个套圈的一个或少数的几个表面。
套圈的全部车削加工需要在几台车床上完成。
图4集中工序车削法
1—车外径、粗扩内径2—外径成形、精扩内径
3—外沟、倒角成形、车端面4—切断（第一件）
5—外沟倒角成形、车端面6—切断（第二件）
7.2套圈车削时的位置精度和定位基准选择
套圈的位置精度有以下要求：
1.径向基准面（外圆、内孔）要与轴向基准面（基准端面）垂直。
2.滚（沟）道表面的回转轴线要与径向基准面同轴。
3.沟道对称面要与基准端面平等。
4.两端面要相互平行。
图5基准端面
7.2.1用管料车削外圈
如图6所示，管料质量和车床性能一般，车削需分粗、精加工来进行。
图6六轴自动车床用管料车削外圈
工位1，进行粗加工，以套圈端面作为基准，其端面轴线与车床中心轴线重合，横刀架车削外径，纵刀架用扁钻扩内径。
工位2，进行精加工，横刀架用成形车刀同时完成外径和四个外倒角的加工，纵刀架用扩孔钻精扩内径完成套圈外内径的加工。
工位3，横刀架车削第一个外圈的基准端面，纵刀架用成形车刀完成第一个外圈的外沟和两个内倒角的加工。
工位4，用横刀架切下第一个外圈。
工位5，横刀架车削第二个外圈的基准端面，纵刀架用成形车刀完成第二个外圈的外沟和两个内倒角的加工。
工位6，用横刀架切下第二个外圈，结束一个加工循环过程。
7.2.2车削内圈
如图7所示，该过程由两台车床配合完成。
图7C7220车床车削内圈
工序1，由套圈毛坯的一个端面和内外径定位夹紧后，车出一个端面，完成镗孔和两个倒角。
工序2，以两个基准面定位，用上刀架仿形车出内外径和沟道，车出内倒角，下刀架车出另一个端面和外倒角。
7.3车削套圈的尺寸公差及余量的确定
轴承套圈的余量和公差不是固定不变的，是随着生产条件的变化而变化的。
套圈的余量及公差受到车削加工、磨削加工等生产率和加工质量两个相互对立因素的制约。
这里给出《余量及公差标准》中的表3~1和表3~2。
查表可得深沟球轴承6203的外圈车削余量为0.2mm，最大极限偏差为0.15mm；内圈车削余量为0.25mm，最小极限偏差为0.15mm。
7.4套圈车削加工的切削用量
切削用量涉及切削速度
、进给量
（或进给速度
）和背吃刀量
。
它们要受到工件材料、刀具材料和其他技术、经济的制约，不能任意选取。
由于套圈的车削加工表面大多是一次进给车完，所以套圈尺寸和毛坯类型、尺寸一定，实际背吃刀量
就已定了。
这里只给出切削速度
和进给量
的数据。
如表1.3、表1.4所示。
表1.3车削轴承套圈的进给量（单位:
mm/r）
加工工序
刀具材料
自动转塔车床
棒料多轴车床
卡盘多刀半自动车床
精整车床
纵车镗孔
车端面
钻孔
扩孔
扩孔
车成形
车成形
切断
切断
硬质合金
硬质合金
高速钢
高速钢
硬质合金
高速钢
硬质合金
高速钢
硬质合金
0.08~0.12
0.06~0.10
钻头直径的0.1倍
0.2~0.4
0.2~0.4
0.03~0.05
0.02~0.04
0.04~0.06
0.03~0.05
0.2~0.5
0.1~0.25
0.06~0.12
0.3~0.8
0.3~0.8
0.03~0.8
0.02~0.07
0.05~0.1
0.05~0.08
0.4~0.8
0.2~0.6
0.06~0.12
0.06~0.12
表1.4车削加工套圈的切削速度（单位:
mm/r）
设备类型
高速钢刀具
硬质合金刀具
自动六角车床
25~35
80~100
棒料多轴自动车床
25~30
80~100
卡盘多刀半自动车床
50~100
精整车床
35~45
80~120
7.5套圈车削加工所用的夹具
选择应用较广泛的楔式三爪自动定心卡盘，如图8所示。
图8楔式三爪自动定心卡盘
卡盘由盘体1、楔心套2、卡盘爪3、紧固螺钉4、T形块5、滑块座6和连接螺钉7等组成。
一般工作时是与卡盘爪3组合使用的。
当楔心套2被带动前后移动时，就通过6和5带动卡盘爪实现夹紧或放松动作。
8套圈的热处理工序
轴承套圈热处理工序有正火、退火、回火、附加回火以及冷处理等，各工序对轴承套圈材料性能的影响不同，所处在套圈整个工艺流程中的位置也不同。
具体工序为：
管料或棒料--锻造--正火--球化退火--车加工成型--软磨（主要针对沟道）--淬火--回火--粗磨--二次回火（不一定需要，旨在消除磨削应力）--精磨--成品。
9套圈的磨削
轴承套圈经过热处理之后，表面硬度提高了，不能用车削方法加工。
为了使套圈各工作表面得到所要求的各项技术指标，热处理后还必须进行磨削加工。
9.16203轴承套圈的磨削过程
9.1.16203外圈磨削过程如表1.5所示（参见图9）。
图96203外圈工序简图
a）车削后尺寸b）磨削后尺寸
表1.56203外圈磨削加工过程
序号
工序名称
工序尺寸/mm
砂轮性质与尺寸D/mm×H/mm×d/mm
设备
1
磨两端面
A60JB585×65×19
DSG—23E
2
磨
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