阿基米德螺旋线面轴承的数控加工
2017-11-28 来源：宝鸡机床集团有限公司 作者： 王 东 郭宝林
【摘要】：随着数控技术和数控机床的广泛应用，原先由专用夹具加工的特殊轮廓形状的零件，现在完全可以采用数控机床的多轴联动功能来实现。文中通过S- 40 数控外圆磨床X 轴和C 轴的联动实现了M52125 龙门导轨磨床主轴阿基米德螺旋线面轴承的数控加工，为设备维修工作带来很大的便利。
【关键词】：阿基米德螺旋线面轴承；数控加工；多轴联动；C 轴
1.引言
我公司一台上海重型机床厂生产于1967 年M52125 龙门导轨磨床，主轴前轴承采用刚性轴套式阿基米德螺旋线面轴承，后轴承采用弹性轴套式阿基米德螺旋线面轴承结构。由于长时间的使用和主轴润滑系统故障导致阿基米德螺旋线面轴承内孔研伤严重及机床主轴精度丧失，不能满足使用要求。
2.阿基米德螺旋线面轴承的结构
阿基米德螺旋线面轴承（弹性轴套式）用于高精度磨床，它有3 个滑动面（三油楔），滑动面截线为阿基米德螺旋线（在轴心无位移时，其油楔展开即为斜面式），单面结构（主轴单方向旋转），结构如图1 所示。
图1 阿基米德螺旋线面轴承
阿基米德螺旋线面轴承具有以下特点：（1）轴承和箱体锥孔有3 条弧面接触，收紧一端螺母后，使轴承产生弹性变形来调节主轴与轴承间隙，间隙一般为0.007~0.01mm。（2）分别设有进油孔（使进油孔的3 条凸面比3 条接触弧面稍低）和回油槽，用单独油泵强迫润滑（润滑压力0.1MPa，二号主轴油），温升低。（3）轴承刚性好。（4）轴心稳定性良好。缺点：制造和装配工艺复杂。
线面轴承采用双金属结构，在硬底基金属上增加一层软金属或合金的薄层，由于软金属具有较低的剪切强度，且软金属或合金较薄减少了压陷变形量及相应压陷的接触面积，减少了滑动时的阻力，因此可降低其摩擦系数。双金属轴套因为具备了这个特点，而且又能节省贵重金属，可使青铜的消耗量减少到1/4~1/6，且轴承寿命可以提高，所以它在机床中得到很广泛的应用。
3.原来的磨削夹具
加工阿基米德螺旋线面轴承的成形面需要有专门的夹具，因此在实际生产过程中常采用一定的偏心圆弧来近似的代换阿基米德螺旋线。由于加工偏心圆弧所需的夹具结构简单，也有利于保证加工精度。夹具结构如图2 所示。
图2 加工圆弧的夹具
夹具装在外圆磨床的头架上，利用曲柄摇杆机构使头架的回转运动转变为摆动运动，头架的摆动弧度可以通过改变连杆的长度来进行调节。装夹轴承时，使其偏心圆弧（代替阿基米德螺旋线）的圆心与头架（摆杆）的摆动中心重合，轴承与砂轮相对运动，便磨削出所需要的成型面。
4.数控加工程序
瑞士斯图特S-40 数控万能内外圆磨床
由于专用夹具针对性强，除了专业制造线面轴承的厂家外，对于一般的制造企业没有加工阿基米德螺旋线面轴承的专用夹具，原厂家已多次改进产品结构，因此不能提供原来的阿基米德螺旋线面轴承，给设备的维修工作带来极大的不便。但是随着数控技术和数控机床的广泛应用，原先在专用夹具上加工的线面轴承的滑动面截线形状现在可以采用带C 轴功能的卧式加工中心或是数控磨床运用数控机床多轴联动功能实现。因此我们尝试在数控磨床上加工该阿基米德螺旋线面轴承。加工设备为瑞士斯图特S-40 数控万能内外圆磨床，该机床是现代化的数控磨床，由Studer 的外圆磨削专家开发的软件，提供了强大的编程功能。
采用数控系统自带的用TNRC 多进磨的形状磨削循环G9225 功能。这个轮廓磨削循环允许加工一个任意的工件形状（轮廓）。实际的轮廓形状是在一个分离的ISO- 子程序［V］中编辑的，轮廓子程序能使用离线编程系统“StProfil” 编程。在完成其它工序后，我们在S-40 数控万能内外圆磨床头架（C 轴）上用四爪卡盘夹持轴承后端方牙螺纹外径，找正工件，并按进油孔位置设置C 轴、X 轴和Z 轴工件坐标系零点后，执行程序即可加工出所需线面轴承的截线轮廓。
轮廓主程序
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