ベアリング業界では、ベアリングの外輪は一般に薄肉の部品です。 一般に、CNC 旋盤はベアリングの外輪をハードターニングする場合、セルフセンタリングまたはマルチジョーチャッククランプ方式を使用します。 一般的な油圧式セルフセンタリングやマルチジョーチャックによる高精度旋削用軸受の外輪クランプによる変形問題を考慮し、高精度旋削用薄肉軸受の外輪を永電磁チャックを使用してクランプする方法が開発されました。提案した。 同時に、薄肉軸受の外輪の内穴は、ハードターニング時に正のテーパ現象が発生し、内穴の真円度が過剰になるという問題を考慮し、これを改善することを提案する。切込み深さと切込み経路を変更することで内穴のポジティブテーパ現象を発生させ、薄肉ベアリングの高回転化を実現します。 軸受外輪の内穴の真円度は、硬質旋削薄肉軸受の外輪を固定するために永電磁気チャックを使用できる可能性を証明しています。
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序文
ハードターニングにおける最も弱い部分の 1 つであるベアリングのクランプと位置決め方法は、常にベアリング業界におけるハードターニング技術の広範な適用を制限するボトルネックとなってきました。 クランプ方法とクランプ精度は加工精度に直接影響します。 ハードターニング加工における研削加工の精度を達成するには、適切なクランプ方法を選択し、クランプ精度を最大限に高める方法が非常に重要です[1]。
セルフセンタリング チャックまたはマルチジョー チャックは、その幅広い汎用性、クランプの信頼性、センタリング精度により、旋削加工に最適な治具となっています。 セルフセンタリングチャックや多爪チャックのクランプ方式では、爪の構造変更、爪の精度向上、爪のレイアウトの改良により、軸受のハードターニング変形量を抑制し、クランプ精度を向上させることができます。 レン・ミンジエら。 [2]は、CNC旋盤の油圧セルフセンタリングチャックの爪構造を改良し、軸受のハードターニング外輪の変形を大幅に低減し、3つの爪で保持する外輪の大きな変形の問題を解決しました。 米国パデュー大学の Jeongmin Byun 博士 [3] は、セルフセンタリング チャック クランプを体系的に分析しました。 彼は、ハードターニングの円筒部品のクランプ誤差に影響を与える主な要因を発見しただけでなく、ワークピースの傾きを解消してクランプ誤差を低減する方法も提案しました。 クランプ精度を段階的に向上させる方法としては、冗長性の確保、ジョーの加工精度の向上、ジョーの配置精度の向上などが挙げられます。 研究結果では、円筒ころ軸受輪をクランプ精度の向上に基づいて加工することにより、加工精度が研削加工レベルに達することが判明し、「研削盤の旋盤代替」の可能性が実証されました。 現在のところ、ハードターンベアリングのクランプに電磁永磁チャックを使用する例はほとんどありません。 このクランプ方法には明らかな利点があり、爪クランプによる薄肉ベアリングの変形を回避できます。 ただし、デメリットはまだ明らかになっていないため、実験によって検証する必要があります。 JM ジョウら。 スウェーデンのルンド大学の研究者 [4] は、転がり軸受を切断する場合、クランプにセルフセンタリング チャックを使用すると、最大 20 μm の変形が発生する可能性があることを発見し、クランプには 6 爪チャックまたは電磁チャックの使用を推奨しました。 硬度60～62HRCのハードターニング100Cr6リング部品の実験研究により、クランプにセルフセンタリングチャックを使用した場合、リング部品の真円度誤差が10μmを超えることがわかりました。 6本爪チャックを使用してクランプしたところ、リング部分の真円度誤差が10μmを超えていました。 リング部品の真円度誤差は約9μmです。 電磁チャッククランプ使用時、リング部の真円度誤差は4μm未満です。
セルフセンタリングチャックや多爪チャックでは、爪の最適化により、薄肉軸受外輪のハードターニング時の変形を改善することができますが、薄肉軸受外輪のハードターニング変形の問題を完全に解決することはできません。 したがって、薄肉軸受外輪の難削材加工には、永電磁チャックによるクランプが最適な方法となっています。 本論文では、高硬度の薄肉軸受の外輪を永電磁チャックでクランプする実験研究を初めて実施した。 これは、ハードターン加工された薄肉ベアリングの外輪をクランプするための永電磁気チャックの実現可能性を検証します。 また、硬質旋削による薄肉ベアリングの外輪の内穴も分析します。 正テーパ現象が発生すると、内穴の真円度が公差外となります。 切り込み深さと切削経路を変更することで内穴の正テーパ現象を改善することを提案します。
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永電磁チャックの紹介
永電磁チャックは電磁石の代わりに永久磁石で作られており、透磁性ブロックは通常永久磁石です。 動作を開始すると、永電磁チャックが通電されて磁化されます。 設定した磁力に達すると自動的に電源が切れ、磁力を維持します。 加工中に常時電源を供給する必要がないため、連続作業時の発熱がなく、ワークの熱変形を防ぎます。
電磁チャックは電気の磁気作用の原理に基づいて作られています。 磁力は連続電流に依存します。 このタイプの吸盤の欠点は、電流が止まるとワークが解放されてしまうことです。 作業中に発生すると部品が飛散し、作業者が負傷する危険があります。 また、電磁チャックを一定時間運転すると、電流が流れ続けることにより発熱し、ワークが加熱変形してしまい、加工精度が保証できなくなります。
このテストでは、電動永久磁石チャック、モデル X61-500 を使用します。 図 1 に示すように、コントローラーのモデルは LMSDVPL2VH301 です。
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a) 永電磁チャック b) コントローラー
図1 永久磁石電動チャックとコントローラ
薄肉ベアリングの外輪を磁力で吸着しクランプすることができる永電磁気チャックです。 ワークピースに対する半径方向のクランプ力がなく、クランプの変形を防ぎます。 この永電磁チャックは合計16段階の磁力を有しており、電流を調整することで磁力を制御します。
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薄肉ベアリングの外輪を永電チャックでクランプする実験
3.1 工作機械の機器選定
General Technology Group Shenyang Machine Tool Co., Ltd. が独自に開発した CNC 立旋盤 T6-85H がテストに選択されました。 ワーク重心と主軸重心が一致するようにワークを垂直クランプすることで、水平クランプ時の重力による真円度誤差を回避し、ワークの真円度を確保します[5]。 同時にワークの自重により治具基準面との接触が正確かつ密着するため、高い位置決め精度と安定した加工精度が得られます。
3.2 ワークの選定
ハードターニング試験では、円筒ころ軸受の外輪を試験対象とします。 肉厚は 6.5 mm の薄肉ベアリングです [6]。 材質はGCr15、焼入れ後の硬さは60～64HRCです。 サンプルの端面と外周円は両方とも粗い研削面であり、寸法の均一性と表面品質は良好です。 内穴の荒研削は効率が悪く焼き付きやすいため、このテストでは荒研削の代わりにハードターニングを使用して内穴のハードターニングのみを行いました。 ハードターニングの後には、精密研削工程と超仕上げ工程もあります。 試験片は、ハードターニング後の内穴サイズが 136.82~136.86mm、内穴真円度が 0.011mm、内穴円筒度が {{19 }}.011mm、内穴と外円の同軸度は0.02mm、内穴と端面の垂直度は0.011mm、内穴の深さは0.011mmです。 図2に示すように、穴の表面粗さ値Ra=1μm。
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パターン
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b) ブランク
図2 円筒ころ軸受外輪
3.3 プロセス計画
加工計画は、円筒ころ軸受の外輪の内穴をハードターニングするための 2 つの工具で構成されています。 切削パラメータは次のとおりです: 回転速度 250r/min、送り速度 0.1mm/r、最初の工具の片面切削深さ 0.08mm 、第 2 ツールの片面切削深さは 0.07 mm。 図3に示すように、CBNインサートが使用され、工具先端半径は0.8mmです。
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a) ブレード b) ツール
図3 CBNブレードと切削工具
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実験手順
試験に使用した永電磁チャックの定格磁力は160N/cm2、円筒ころ軸受の外輪のアキシアル吸着力は2432Nです。 接触面原理によると、ワークピースと永電磁チャックの磁気位置決めブロック間の摩擦係数は 0.15、摩擦力は 364.8N、主切削力とラジアル切削力の合成力は 0.15 です。ハードターニング時のワークの加工力は約120Nです。 したがって、永電磁気チャックは、ハードターニングのクランプニーズに完全に適応できます。
軸受の外輪は端面のマグネットチャックにより位置決めされるため、円周上の芯出し対策がありません。 実際、外周計で外輪の芯出しをするのは非常に困難です。 そこで、磁気位置決めブロックに深さ5mmの円弧状の段差を付け、段差を円形にします。 円弧と軸受外輪との間の隙間はできるだけ小さくする必要があります。 図4に示すように、ギャップは約0.01mmです。同時に、ステップ面を自転させる場合、磁性導電ブロックと磁性導電ブロックとの接触面の表面品質を確保する必要があります。ベアリング外輪は良好です。 部品の加工後、磁気分解は非常に迅速に行われます。 パーツのロードとアンロードにはわずか 5 秒しかかかりません。
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図4 円筒ころ軸受の外輪のハードターニングとクランプの模式図
部品 No. 1 ～ 5 は、上記のクランプ方法と切削パラメータに従ってハードターン加工されました。 旋削加工後、図 5 に示すように部品を 3 次元座標で検査し、図 6 に示すように表面粗さを粗さ計で検査しました。試験結果を表 1 に示します。ハードターニング後の部品を図 7 に示します。
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図5 3座標検出
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図6 表面粗さの検出
表1 円筒ころ軸受（No.1～5）外輪内穴検査結果（単位：μｍ） 写真
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図7：ハードターニング後の状態
表1のデータからわかるように、円筒ころ軸受の外輪を永電チャックでクランプし、内穴をハードターニングした後、内穴の真円度、内穴との同軸度は穴と外円、内穴と端面の直角度、内穴の表面粗さはすべて図面の要求を満足でき、内穴の円筒度もほぼ要求を満たしていますが、図面で要求される限界公差にも近いです。 他のエラーがわずかに蓄積すると許容値を超え、部品が不適格となります。 その理由は、内穴の上下の円の差が大きく、内穴に順テーパー現象が発生するためです。
このポジティブコーン現象については、図 4 に示すように、分析理由は、永電磁気チャックの軸方向のクランプの下で、自転円弧の段差の高さが軌道輪の外円に接触する可能性があるとき、立旋盤は上からスタートします。 薄肉軸受外輪の内穴のハードターニング加工では、軸受外輪の剛性不足により切削加工中に工具が径方向に変形します。 軸受外輪の内穴上部円弧部が切削抵抗により弾性変形し、切り込み量が少なくなり、実際の切り込み量が呼びの切り込み量と一致しません。 内穴下部円形部はマグネットブロック底面とサイドステップの吸引力、サイドステップの圧力により変形が少ないです。 内穴上部円形部よりも切削量が多くなります。 ベアリングの外輪は内穴に正のテーパ現象が生じます。
理論的には、このテーパー現象は 2 つの方法で軽減または排除できます。 1 つ目は、切込み深さを変更してラジアル切削抵抗を低減する方法です。たとえば、薄肉軸受の外輪の内穴を仕上げるときに切込み深さを浅くします。 2つ目は、薄肉ベアリングの外輪の内穴を仕上げる場合など、正テーパのサイズに応じて切削パスを変更し、一定の逆テーパを使用して内穴を切削し、切削量が内穴下円の切削量が内穴上円の切削量以下となり、内穴の順テーパ現象が軽減または解消されます。
05
実験による検証
5.1 切り込み深さ変更による順テーパ現象への影響の検証
工程計画は、円筒ころ軸受の外輪の内穴をハードターニングするための 3 つの工具で構成されています。 切削パラメータは次のとおりです: 回転速度 250r/min、送り速度 0.1mm/r、最初の工具の片面切削深さ 0.08mm 、第 2 ツールの片面の切り込み深さは 0.05 mm、第 3 のナイフの片面の切り込み深さは 0.02 mm です。 クランプ方法はそのままに、難削材No.6～10は旋削後に三次元座標検査と表面粗さ計による検査を行っております。 試験結果を表 2 に示します。
表2 円筒ころ軸受（No.6～No.10）の外輪内穴検査結果（単位：μｍ）写真
表2のデータから、切り込み深さを変えることにより、仕上げ加工量が片側0.07mmから0.02mmに変化することがわかります。 円筒ころ軸受の外輪の内穴をハードターニングした後、すべての幾何公差と表面粗さが図面を満たすかどうかテストされました。 必要とする。
5.2 切削経路変更による順テーパ現象への影響の検証
加工計画は、円筒ころ軸受の外輪の内穴をハードターニングするための 2 つの工具で構成されています。 切削パラメータは次のとおりです: 回転速度 250r/min、送り速度 0.1mm/r、最初の工具の片面切削深さ 0.08mm、片面2 番目のツールの切り込み深さは 0.07 mm。 表1のデータによると、軸受内穴の上下の円と軸受の幅の差の平均、テーパ比は1:2.6493となります。 2 番目の工具を回転させると、切り込み深さは変化せず、テーパ補正が行われ、切削経路は逆テーパ比に応じた経路になります。 クランプ方法はそのままに、ハードターン加工品No.11～15をテストします。 旋削後の部品は三次元座標検査と表面粗さ計によって検査されます。 試験結果を表 3 に示します。
表3 円筒ころ軸受（No.11-15）外輪内穴検査結果（単位：μｍ）写真
表３のデータから、切削経路を変更することにより、既知の順テーパ現象に基づいてテーパ比が得られることがわかります。 切削中、切削深さは変化せず、切削経路は対応する逆テーパ比経路となります。 円筒ころ軸受の外輪の内穴をハードターニングした後、すべての幾何公差と表面粗さが図面の要件を満たしていることを確認します。
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結論
セルフセンタリングチャックや多爪チャックでは、高硬度の薄肉軸受をクランプする際に薄肉軸受の外輪が変形してしまうという問題点に着目し、外輪のクランプに永電磁チャックを使用することを提案します。薄肉硬質軸受の外輪のクランプに永電磁チャックが使用されていることを証明 薄肉硬質軸受の外輪のクランプに電磁チャックを使用する可能性-壁付きベアリング。
硬質旋削用薄肉軸受の外輪における順テーパ現象の問題に対して、最適化のために 2 つの方法が提案されています。 1 つは切削深さを変更すること、もう 1 つは切削パスを変更することです。 実験による検証により、切削経路を変更するよりも切削深さを変更する方が良いことがわかりました。 。
