超大型剖分三排圆柱滚子转盘轴承加工工艺

某剖分三排圆柱滚子转盘轴承结构如图1所示，采用阶梯搭接，轴向用铰制螺栓定位连接(图2)的方式组合成整体内、外圈，装配后轴承内圈沿内径方向展开如图3所示。

该剖分轴承最大外径为12.3776 m。高度为0.6 m，最大壁厚为489 mm，内外圈共分为18段。技术要求：装配高为(600士2) mm，轴向游隙为1.2 ~1.8 mm，径向游隙为0.5 ~1.2 mm，轴向跳动不大于0.6 mm，径向跳动不大于2 mm。

3.1 工装夹具

剖分轴承在胎具上加工，为便于吊装，胎具也采用剖分结构。整个胎具分为4段，连接方式为上下搭接，轴向用锥销定位，加双排螺钉紧固(图5)。

胎具材料选用具有较高屈服强度和抗拉强度的ZG380-510铸钢，保证胎具刚度胎具为剖分轴承加工提供了可靠的刚性支承，可减小各工序加工变形，保证加工精度。

为拓展机床加工范围，重新制作专用方箱、支座以及配套的T形块、螺杆、挡板、压板、垫块等，解决了大直径轴承超范围加工问题。

3.2 装夹方式

加工时要考虑胎具与剖分轴承的装夹方式，以内圈主推力滚道加工为例，内圈装夹如图6所示。方箱底部设计2排连接孔，通过螺栓与机床工作台连接。卡爪将胎具卡紧并用压板固定。内圈放置在胎具上，长挡板顶紧外径面，压板压紧内圈端面。胎具和内圈进行轴向和径向定位，固定点数量是轴承分段数的3倍，防止零件加工中出现平移。

3.3 拼接整圆

剖分面为台阶形状,要求拼接轴向间隙不大于0.1 mm，径向间隙不大于0.3 mm。拼接会影响轴承加工精度，因此要保证外齿圈剖分切口在齿槽底中心位置。工艺上选择先划出成品齿形及精铣连接面剖分线(图7)，其轴向和圆周贴合面均在数控龙门铣床上加工。通过程序设定、预先模拟调整每段弧长及2个结合面的角度和尺寸，多次研配结合面以确保连接精度，待连接整圆后依次配对编号。

剖分轴承在加工中需多次吊装、拼接、拆分，为保证成品连接精度，在前工序加工时采用小尺寸的工艺锥锥孔。通过锥销对每段连接点定位后连接加工。终加工时将定位锥销孔加工成铰制螺栓孔，保证零件连接可靠。

3.4 淬火方案

选取分段、分面淬火。为方便吊装，淬火前加工吊装孔。为减小淬火变形，在套圈上设置端面台阶，胎具设置凹槽(配合间隙1~2 mm)进行限位。另外，在胎具上加工与套圈吊装孔位置一致的螺纹孔，用螺钉将套圈与胎具固定(图8)。

3.5 整形方案

淬火后每段曲率不规则，不成正圆，总趋势为外圈弦长减小，内圈弦长增大。套圈壁厚较大，淬火后需进行热整形。整形要求如下：

1)对比淬火前、后每段弦长变化，确定整形量，选定整形位置；

2)火焰温度为700~800℃，加热时控制加热面积，防止产生新的变形，加热后浇注冷却液；

3)粗整形，以实际弦长为依据(不需要在机床上进行)；

4)精整形，边整形边测量每段圆周跳动(在机床上进行) ，使每段均符合工艺要求；

5)整形后测量每段尺寸是否达到整形要求。

3.6 装配方案

剖分轴承精加工、装配均以淬火、 整形后每段连接面处轴向、径向间隙做为拼接基准。装配方案：先吊取第2内圈，按编号依次完成拼接，通过径向定位夹具调整径向间隙(图9)，通过周向定位夹具(图10)调整圆周方向间隙，然后用校对样板内圈半径R₂(图11)校验接缝处曲率，通过铰制螺栓连接，完成第2内圈装配。再按照常规三排圆柱滚子转盘轴承的装配方法组装成整套轴承。内、外圈装配方法参考第2内圈。

调整径向间隙时，将夹具放置在套圈端面上，螺杆顶紧轴承内、外径面，通过螺杆调节。调整圆周方向间隙时，将螺纹孔定位销与光孔定位销分别放在连接缝处的2个安装孔内，通过螺杆紧固调节。

3.7 轴承游隙

通过轴向游隙推算所需加工的内、外圈轴向滚道尺寸，可减少滚道修磨次数，从而减少吊装、拼接次数，提高加工效率。轴向游隙计算示意图如图12所示，轴向游隙G_a=b+c-a-d-d₂。

剖分轴承分段拼接，每段外齿圈会因自重下坠倾斜，普通三点测量轴向游隙已不适用。轴向游隙测量如图13所示，虚线、实线分别为轴承组装后的实际位置和理论位置。千斤顶与百分表位置均会对轴向游隙产生影响，测得A点值比B点大，B点值更接近实际游隙。采用单点测量轴向游隙，千斤顶与百分表位置靠近轴承内圈，在每段中间部位及连接缝处各取1个点，共计12个点或更多，取其平均值作为实测轴向游隙。

径向游隙的配制：试配初始径向游隙→确定滚子尺寸→修磨滚子。

径向游隙的测量：第2内圈、轴向滚子与外圈装配后，在连接缝处及每段中间部位(共计12处)，装入径向滚子(为保证径向游隙测量准确，采取无间隔并排滚子，要求每组滚子数量不少于30粒)，测量径向滚子与内、外圈间隙，取其平均值作为实测径向游隙。

3.8 选择刀具及加工参数

精加工余量小，可使用带涂层的硬质合金刀具完成车削，该刀具硬度达69~81 HRC，车削平稳，耐磨性好，切削速度是普通高速钢的4~7倍，提高了加工效率。硬质合金刀具加工参数为：机床转速2 r/min, 进给量0.4~0.7 mm/r。

滚道表面淬火后硬度为57~62 HRC，终磨滚道前先硬车去除滚道淬火变形较大部位，可减小后续磨加工留量，大幅提高加工效率。硬车使用立方氮化硼(CBN)刀具完成以车代磨。CBN是超硬刀具材料，硬度高和耐磨性好，用于对淬硬钢(硬度45~65 HRC)的精加工，也可用于精车断续表面，但在断续加工中，不能使用冷却液。CBN刀具加工参数为：机床转速2.5 r/min, 进给量0.08~0.2 mm/r。