毕业论文《滚动轴承的加工工艺设计》

经典word整理文档，仅参考，转Word此处可删除页眉页脚。本资料属于网络整理，如有侵权，请联系删除，谢谢！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Abstract：Rollingbearingisoneofthecomponentsarewidelyusedinmodernmachinery,theadvantagesofsmallfrictionalresistance,lesspowerconsumption,easystarting,etc.Thispaperstudiedtheprocessingtechnologyoftherollingbearinganddesign.Maincontentsincludingthetypes,performanceandcharacteristicsoftherollingbearingandrollingbearingworkingcondition,thechoiceofrollingbearingsize,machiningprocesscharacteristicsofbearingparts,bearingmachiningprocessandthedesignofthebearingassembly.Throughunderstandingthemaintypesofrollingbearing,theperformanceandcharacteristics,combinedwiththeactualneedsoftheproductrequirements,selecttheappropriatebearingandthecorrespondingprocessingtechnologicalprocess.Keywords：Rollingbearing;Performance;Processdesign目录1摘要………………12滚动轴承的主要类型及其代号…………………2、2.1滚动轴承的主要类型性能与特点………42.2滚动轴承零件结构的常用术语……………52.3滚动轴承的代号……………63滚动轴承类型的选择……………83.1选择轴承时的考虑因素……………………83.2具体选择……………………104滚动轴承产品的性能要求………115滚动轴承零件的加工工艺特点…………………115.1滚动轴承零件的生产特点…………………115.2滚动轴承零件工艺过程的特殊性…………126滚动轴承生产的一般工艺过程…………………137滚动轴承套圈车削加工…………147.1车削加工的内容和方法分类………………147.2套圈车削的位置精度和定位基准选择……157.3车削套圈的尺寸公差及余量的确定………177.4套圈车削加工的切削用量…………………207.5套圈车削加工所用的夹具…………………218套圈的热处理工序………………219套圈的磨削………………………229.16203轴承套圈的磨削过程………………229.2套圈磨削用夹具……………2410钢球加工…………2510.1钢球加工的基本工艺路线………………2510.2钢球加工余量的确定……………………2611保持架加工………………………2712轴承的装配………………………2812.1装配的基本工艺路线……………………2812.2轴承零件的组装方法……………………28参考文献……………30致谢…………………312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14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F与轴向载荷F的合力与半径方向的夹角βra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113-1。[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2.3滚动轴承的代号我D、Ee内滚道直径外滚道直径宽度国国标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15、25和40的角接触球轴承分别用C、AC和B表示内部结构的不同。000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，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—表示内径为级公差，0组游隙。7211C/P5—表示内径为级公差，00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，才会有比较显着的影响。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.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1.6000型轴承，因为此类轴承价格最便宜，供货方便，即可承受F，又可承受一定F，极限转ar速也较高，摩擦系数最低；2.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F；a3.当轴承所受A30000和7000070000型轴承，各种性能指标较好，可承受较大的F，F极限转速高，30000型轴承更适合用于中速、ar重载、受较大F的条件；a4.调心轴承（10000、20000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Far用一个向心轴承和一个推力轴承分别承担F。r4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。R值不大于R值aa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拉方孔磨削表面处理检查装配，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架车削外径，纵刀架用扁钻扩内径。工位用扩孔钻精扩内径完成套圈外内径的加工。工位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车床车削内圈工序角。工序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v、进给量f(或进给速度v)和背吃刀量a。它们要受到工件材fp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a就已定了。这里只给出切削速度v和进给量f的数据。如表1.3、表1.4p所示。表1.3车削轴承套圈的进给量棒料多轴mm/r)半自动车精整车床床纵车镗孔硬质合金0.08~0.120.2~0.50.4~0.80.06~0.12车端面硬质合金0.06~0.100.1~0.250.2~0.60.06~0.12钻孔高速钢钻头直径的0.10.06~0.1扩孔高速钢扩孔硬质合金车成形高速钢0.2~0.40.2~0.40.3~0.80.3~0.8车成形硬质合金0.03~0.050.03~0.8切断高速钢0.02~0.040.02~0.0切断硬质合金0.04~0.060.03~0.050.05~0.18表1.4车削加工套圈的切削速度mm/r)卡盘多刀半自动车床精整车床50~10080~12035~457.5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7326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A60JB585×65×19DSG—23EA80PR500×150×305M1080A80PR300×200×1274细磨外沟5超精外沟GCW10PV6.8×5.5×25LZ—2029.1.26203内圈磨削过程如表1.6所示(参见图10)。图106203内圈工序简图a)车削后尺寸b)磨削后尺寸表1.66203内圈磨削加工过程1磨两端面2磨外径3磨内径A60JB585×65×19DSG—23EA80PR500×150×305M1080A80SR300×200×127MA80PV17×25×6M2110A100PR300×6×127M8804KA100PRI300×6×127M8804KGC10PV6.8×5.5×35LZ2026超精内沟9.2套圈磨削用夹具这里使用的是单极式电磁无心夹具，如图11所示。图11单极式电磁无心夹具1—磁极2—磁盘3—端盖4—半圆盘5—铁心6—线圈7—夹具体8、10—可动支承座9—支承11—螺栓12—螺母转动部分用来驱动工件转动并限制了工件定位的3个自由度。它包含的零件有：铁心18和10、支承9、半圆盘4、端盘3以及密封和若干紧固螺钉。线圈6安装在夹具上的线圈框内，两个可动支承座可以在半圆盘上沿轴向调整位置，以获得所需要的支承夹具；同时，它们又可沿径向调整，以适应工件尺寸变化的要求。两个支承在支承座上可作径向和轴向调整，并可作左右倾斜接触调整，以满足工件尺寸、偏心大小和偏心方向变化的要求，并使支承和工件保持良好的接触。单极式电磁无心夹具的磁路中有很大一部分是空气气隙，磁耗大，但能满足磨削加工所需要的吸力，并且具有结构简单、密封性能好、更换线圈方便等优点。10钢球加工10.1钢球加工的基本工艺路线钢球的加工工艺应首先满足其成品标准要求，此外还应使采用钢球成品的轴承具有尽可能高的寿命、低的噪音、小的摩擦力和大的可靠性。钢球的制造工艺过程，随着毛坯材料的形状、钢球等级以及具有生产条件的不同而有所差异，其基本工艺路线是相同的：冷镦压——光磨——软研——热处理——粗研——细研——精研。刀图12钢球毛坯镦压过程1—送料轮2—进料管3—切料筒4—切料刀5—挡块6—原材料7—冲头8—凹模9、10—推出杆10.2钢球加工余量的确定1钢球毛坯加工对总余量的影响钢球毛坯是由原材料切断后直接镦压成形的，因此，原材料表面缺陷必然会以某种程度遗留在钢球毛坯表面上。生产实践表明，若原材料按冷拉钢技术条件允许脱碳层为％其直径的1的话，则镦压成球坯后，在球坯环带附近的脱碳层深度，对于球形球坯，为原脱碳层深度的1.8~2倍。对于球形球坯，毛坯加工对总余量的影响量(mm)为％d3.6~4)=()％2d1.8~2=(球坯即=Zd(3.6~4)/1001—式中Z热处理前钢球加工余量(mm)；1d—冷拔钢材直径(mm)。2热处理加工对总余量的影响热处理时可能产生的缺陷有脱碳、碰伤和变形等，这些缺陷层深度和热处理工艺与设备有关。在普通热处理时，缺陷层深度一般在0.09~0.15mm范围内。对于普通热处理：Z=2(0.09~0.15)=0.18~0.30mm23硬磨加工对总余量的影响0.01~0.02mm范围之内。硬磨缺陷要在研磨时全部消除，这样，研磨工序的最小加工余量为Z=0.02~0.04mm34钢球加工总余量综上所述，钢球加工总余量可用下式表示：Z=K(ZzZZ)123w式中Z—钢球加工总余量，即球坯总留量(mm)；w—钢球余量综合系数