一种高精度精密轴承套圈的磨加工工艺方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 112091731 A(43)申请公布日 2020.12.18

(21)申请号 202010906509.8(22)申请日 2020.09.01

(71)申请人 安阳莱工科技有限公司

地址 455000 河南省安阳市文峰区长江大

道301号(72)发明人 孔德海　梁兴　(51)Int.Cl.

B24B 1/00(2006.01)C21D 9/40(2006.01)

权利要求书2页 说明书5页 附图2页

CN 112091731 A()发明名称

一种高精度精密轴承套圈的磨加工工艺方法

(57)摘要

本发明公开了一种高精度精密轴承套圈的磨加工工艺方法，轴承外套圈加工工艺方法，包

深括平面研磨、外径粗磨、沟道粗磨、振动时效、

冷稳定化处理、低温回火处理、外径精磨、沟道精磨、沟道超精研磨、外径超精研磨；轴承内套圈加工工艺方法，包括平面研磨、外径粗磨、内径粗磨、沟道粗磨、振动时效、深冷稳定化处理、低温回火处理、沟道精磨、内径研磨、沟道超精研磨。本工艺方法采取了粗精磨两步法，提高了轴承套圈磨加工基础精度，采取振动时效、深冷稳定化处理和低温回火处理方法，消除了套圈磨加工过程中产生的内应力和套圈变形现象，稳定轴承套圈内部组织，使得套圈长期保持形状和尺寸的相对稳定，具有更稳定的机械，使产品精度得到保证。

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权　利　要　求　书

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1.一种高精度精密轴承套圈的磨加工工艺方法，包括轴承外套圈磨加工工艺方法和轴承内套圈磨加工工艺方法，其特征在于：所述轴承外套圈磨加工工艺方法，包括平面研磨、外径粗磨、沟道粗磨、振动时效、深冷稳定化处理、低温回火处理、外径精磨、沟道精磨、沟道超精研磨、外径超精研磨；所述轴承内套圈磨加工工艺方法，包括平面研磨、外径粗磨、内径粗磨、沟道粗磨、振动时效、深冷稳定化处理、低温回火处理、沟道精磨、内径研磨、沟道超精研磨。

2.根据权利要求1所述的高精度精密轴承套圈的磨加工工艺方法，其特征在于：所述平面研磨采用平面磨床同时对轴承内、外套圈两端面进行研磨，内、外套圈的尺寸公差控制在-0.005~-0.012mm，平行差精度控制在0.001mm，粗糙度控制在Ra 0.25，磨削进给量为0.002~0.003mm/s。

3.根据权利要求1所述的高精度精密轴承套圈的磨加工工艺方法，其特征在于：所述外径粗磨采用外径磨床对轴承套圈外径表面进行粗磨，外套圈的尺寸公差控制在0~-0.02mm，椭圆度控制在0.001~0.002mm，外径粗磨一次磨削完成，磨削进给量为0.01mm/s，内套圈同理。

4.根据权利要求1所述的高精度精密轴承套圈的磨加工工艺方法，其特征在于：所述沟道粗磨采用沟道磨床对轴承内、外套圈沟道进行粗磨，内、外套圈的尺寸公差控制在0~+0.02mm，沟位置精度控制在±0.01mm，沟曲率控制在0~0.03mm，沟道粗磨磨削进给量为0.02mm/s。

5.根据权利要求1所述的高精度精密轴承套圈的磨加工工艺方法，其特征在于：所述振动时效采用振动器对轴承内、外套圈整体进行振动时效，振动时间为1小时，振动频率为2000~2500频次/分钟。

6.根据权利要求1所述的高精度精密轴承套圈的磨加工工艺方法，其特征在于：所述深冷稳定化处理采用低温设备对轴承内、外套圈整体进行低温时效处理，冷冻温度为零下60°

，冷冻时间为30~40分钟；~70°

进一步，所述低温回火处理采用低温回火设备对轴承内、外套圈整体进行低温回火时效处理，低温回火处理温度为150°，回火时间为12h。

~160°

7.根据权利要求1所述的高精度精密轴承套圈的磨加工工艺方法，其特征在于：所述外径精磨采用外径磨床对轴承外套圈外径表面进行精磨，外套圈的尺寸公差控制在0~-0.01mm，圆度控制在0.005~0.008mm，粗糙度控制在Ra0.63，外径精磨分两次磨削，第一次进给量为0.01mm/s，第二次进给量为0.005mm/s，内套圈同理。

8.根据权利要求1所述的高精度精密轴承套圈的磨加工工艺方法，其特征在于：所述沟道精磨采用沟道磨床对轴承内、外套圈沟道表面进行最终精磨，套圈沟道的尺寸公差控制在±0.004mm，沟道位置控制在±0.003mm,沟曲率控制在0~0.03mm，圆度控制在0.0004~0.0006mm，粗糙度控制在Ra0.2，沟道终磨分两次磨削，第一次进给量为0.02mm/s，第二次进给量为0.01mm/s。

9.根据权利要求1所述的高精度精密轴承套圈的磨加工工艺方法，其特征在于：所述沟道超精研磨采用沟道超精研机对轴承内、外套圈沟道表面进行超精研磨，内、外套圈的尺寸公差控制在±0.004mm，沟曲率控制在0~0.03mm，圆度控制在0.0003~0.0005mm，粗糙度Ra达到0.04，沟道超精研磨分两次磨削，第一次进给量为0.02~0.03mm/s，第二次进给量为0.01~

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0.02mm/s。

10.根据权利要求1所述的高精度精密轴承套圈的磨加工工艺方法，其特征在于：所述外径超精研磨采用外径研磨机床对轴承外套圈外径表面进行超精研磨，外套圈的尺寸公差控制在-0.001~-0.004mm，圆度控制在0.0005~0.0008mm，粗糙度控制在Ra0.1，外径超精研磨进给量为0.001~0.002mm/s。

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说　明　书

一种高精度精密轴承套圈的磨加工工艺方法

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技术领域

[0001]本发明涉及到轴承套圈的加工领域，具体是一种高精度精密轴承套圈的磨加工工艺方法。

背景技术

[0002]高精度精密轴承是精密数控机床中重要关键零部件。它的主要功能是支撑机床主轴旋转体的高精度运转，从而确保数控机床加工精度和加工效率。高精度精密轴承绝大部分是从发达国家进口，我国生产的高精度精密轴承以往都是从大量的普通精度磨加工套圈产品中挑选出少部分到达要求的合格套圈产品，存在质量合格率非常低，达到要求的合格率不到20%，产生了大量不合格产品，造成了资源巨大浪费，同时存在制造成本很高的问题。[0003]轴承的核心零件是外圈和内圈，其质量直接影响轴承整体的质量。外圈和内圈常规的加工工艺流程如下：1.外圈磨加工工艺流程：磨套圈平面-磨外径-磨内径-粗磨沟道-精磨沟道-沟道超精研磨；2.内圈磨加工工艺流程：磨套圈平面-磨外径-粗磨沟道-精磨沟道-磨内径-沟道超精研磨。[0004]按照常规工艺加工，存在如下问题：经过磨加工产生的套圈内应力无法消除，致使套圈发生变形,变形量达到0.006mm；套圈磨加工的尺寸公差分散度很大，无法控制在0.003mm公差范围内，超差达到0.005mm，导致套圈达不到高精度要求，合格率非常低，生产效率低，成本高的现象。发明内容

[0005]本发明的一种高精度精密轴承套圈的磨加工工艺方法，包括轴承外套圈磨加工工艺方法和轴承内套圈磨加工工艺方法，按照粗磨、振动时效、深冷稳定化处理、精磨、超精研磨的工艺方法流程，提高轴承套圈磨加工的基础精度，通过振动时效、深冷稳定化处理和低温回火处理减少轴承套圈的内应力变形，提高内部组织的稳定性后，轴承套圈再进行精磨和超精磨研磨，提高轴承套圈的精度等级。[0006]所述轴承外套圈磨加工工艺方法，包括平面研磨、外径粗磨、沟道粗磨、振动时效、深冷稳定化处理、低温回火处理、外径精磨、沟道精磨、沟道超精研磨、外径超精研磨。[0007] 进一步，所述平面研磨采用平面磨床同时对轴承外套圈两端面进行研磨，外套圈的尺寸公差控制在-0.005~-0.012mm，平行差精度控制在0.001mm，粗糙度控制在Ra 0.25，磨削进给量为0.002~0.003mm/s。[0008]进一步，所述外径粗磨采用外径磨床对轴承外套圈外径表面进行粗磨，外套圈的尺寸公差控制在0~-0.02mm，椭圆度控制在0.001~0.002mm，外径粗磨一次磨削完成，磨削进给量为0.01mm/s。[0009]进一步，所述沟道粗磨采用沟道磨床对轴承外套圈沟道进行粗磨，套圈的尺寸公差控制在0~+0.02mm，沟位置精度控制在±0.01mm，沟曲率控制在0~0.03mm，沟道粗磨磨削进给量为0.02mm/s。

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说　明　书

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进一步，所述振动时效采用振动器对轴承外套圈整体进行振动时效，振动时间为1

小时，振动频率为2000~2500频次/分钟。[0011]进一步，所述深冷稳定化处理采用低温设备对轴承外套圈整体进行低温时效处理，冷冻温度为零下60°，冷冻时间为30~40分钟。

~70°

[0012]进一步，所述低温回火处理采用低温回火设备对轴承外套圈整体进行低温回火时效处理，低温回火处理温度为150°，回火时间为12h。

~160°

[0013]进一步，所述外径精磨采用外径磨床对轴承外套圈外径表面进行精磨，外套圈的尺寸公差控制在0~-0.01mm，圆度控制在0.005~0.008mm，粗糙度控制在Ra0.63，外径精磨分两次磨削，第一次进给量为0.01mm/s，第二次进给量为0.005mm/s。[0014]进一步，所述沟道精磨采用沟道磨床对轴承外套圈沟道表面进行最终精磨，外套圈沟道的尺寸公差控制在±0.004mm，沟道位置控制在±0.003mm,沟曲率控制在0~0.03mm，圆度控制在0.0004~0.0006mm，粗糙度控制在Ra0.2，沟道终磨分两次磨削，第一次进给量为0.02mm/s，第二次进给量为0.01mm/s。[0015]进一步，所述沟道超精研磨采用沟道超精研机对轴承外套圈沟道表面进行超精研磨，套圈的尺寸公差控制在±0.004mm，沟曲率控制在0~0.03mm，圆度控制在0.0003~0.0005mm，粗糙度Ra达到0.04，沟道超精研磨分两次磨削，第一次进给量为0.02~0.03mm/s，第二次进给量为0.01~0.02mm/s。[0016]进一步，所述外径超精研磨采用外径研磨机床对轴承外套圈外径表面进行超精研磨，外套圈的尺寸公差控制在-0.001~-0.004mm，圆度控制在0.0005~0.0008mm，粗糙度控制在Ra0.1，外径超精研磨进给量为0.001~0.002mm/s。[0017]所述轴承内套圈磨加工工艺方法，包括平面研磨、外径粗磨、内径粗磨、沟道粗磨、振动时效、深冷稳定化处理、低温回火处理、沟道精磨、内径研磨、沟道超精研磨。[0018]基于同样加工工艺原理，轴承内套圈磨加工工艺方法和轴承外套圈磨加工工艺方法类似，不再描述。

[0019]本发明的有益效果：1、本工艺方法的实施采取了振动时效的方法，消除轴承套圈加工过程中由于磨加工产生的内应力，控制变形量在0.001mm之内；2.本工艺的实施采取了深冷稳定化处理方法，起到稳定轴承套圈内部组织，具有更稳定的机械性，并消除轴承套圈加工过程中由于磨加工产生残余应力，从而消除了轴承套圈变形现象，使得轴承套圈长期保持形状和尺寸的相对稳定、产品精度得到稳定和保证；3.本工艺方法的实施采取了低温回火处理，进一步消除轴承套圈的内应力和变形现象，维持轴承套圈形状和尺寸的稳定性；4.本工艺方法的实施采取了轴承套圈内径和外径超精磨研磨方法，提高了轴承套圈的加工精度和合格率，使高精度P2级标准要求的产品合格率达到98%以上，进一步将尺寸公差公差约束控制在0.003mm之内；5.本工艺方法的实施采取了粗精磨两步法，提高了高精度精密轴承套圈磨加工基础精度，使加工的高精度精密轴承套圈内外径公差分散度减少，尺寸公差公差控制在0.004mm之内，圆度控制在0.0003mm；6.本工艺方法达到的磨加工质量明显大幅度提高，外套圈外径尺寸公差达到0.002~0.005mm，圆度达到0.0003mm，内套圈内径尺寸公差达到0.002~0.004mm ，圆度达到0.0002mm，尺寸公差分散度小，合格率高。

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附图说明

[0020]图1轴承外套圈结构示意图。[0021]图2轴承内套圈结构示意图。

[0022]图3为本发明的轴承外套圈磨加工工艺方法流程图。[0023]图4为本发明的轴承内套圈磨加工工艺方法流程图。

具体实施方式

[0024]以外径100mm以下尺寸段轴承为例，对本发明的实施例进行详细说明，套圈的初始加工余量为0.2－0.25mm，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。[0025]实施例一，如图1、图3所示，一种高精度精磨轴承外套圈磨加工工艺方法，它按照以下流程步骤进行。

[0026]采用平面M43100平面研磨磨床对轴承外套圈两端面进行平面研磨，砂轮直径为1000mm，砂轮转速设置为300r/min，外套圈的尺寸公差控制在-0.005~-0.012mm，平行差精度控制在0.001mm，粗糙度控制在Ra 0.25，进给量为0.002~0.003mm/s。[0027]采用3MZ1410磨床对轴承外套圈外径表面进行粗磨，砂轮直径为500mm，砂轮转速设置为1000r/min，外套圈的尺寸公差控制在0~-0.02mm，椭圆度控制在0.001~0.002mm，外径粗磨磨削进给量为0.01mm/s。

[0028]采用3MZ147磨床对轴承外套圈进行沟道粗磨，砂轮直径为45mm，外套圈的尺寸公差控制在0~+0.02mm，沟位置精度控制在±0.01mm，沟曲率控制在0~0.03mm，沟道粗磨磨削进给量为0.02mm/s。

[0029]采用GSJ-450型振动器对轴承外套圈整体进行振动时效，振动时间为1小时，振动频率为2000~2500频次/分钟，主轴转速设置为2500r/min，起到消除套圈加工过程中由于磨加工产生内应力的作用。

[0030]采用深冷低温箱对轴承外套圈整体进行深冷稳定化时效处理，冷冻温度为零下50°，冷冻时间为30~40分钟,起到稳定轴承套圈内部组织，具有更稳定的机械性，进一

~70°

步消除套圈加工中由于磨削产生的残余应力。

[0031]采用RX2-50-6回火炉对轴承外套圈整体进行低温回火时效处理，低温回火处理温度为150°，回火时间为12h，进一步消除轴承套圈的内应力和变形现象，步维持轴承套

~160°

圈形状和尺寸的稳定性。

[0032]采用3MZ135磨床对轴承外套圈外径表面进行精磨，砂轮直径为500mm，砂轮转速设置为2400r/min，外套圈的尺寸公差控制在0~-0.01mm，圆度控制在0.005~0.008mm，粗糙度控制在Ra0.63，外径精磨分两次磨削，第一次进给量为0.01mm/s，第二次进给量为0.005mm/s。

[0033]采用3MZ1410磨床对轴承外套圈沟道表面进行精磨，砂轮直径为45mm，砂轮转速设置为500r/min，外套圈沟道的尺寸公差控制在±0.004mm，沟道位置控制在±0.003mm,沟曲率控制在0~0.03mm，圆度控制在0.0004~0.0006mm，粗糙度控制在Ra0.2，沟道终磨分两次磨削，第一次进给量为0.02mm/s，第二次进给量为0.01mm/s。

[0034]采用3MZ329磨床对轴承外套圈沟道表面进行超精研磨，主轴转速设置为680r/min，外套圈的尺寸公差控制在±0.004mm，沟曲率控制在0~0.03mm，圆度控制在0.0003~

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0.0005mm，粗糙度Ra达到0.04，沟道超精研磨分两次磨削，第一次进给量为0.02~0.03mm/s，第二次进给量为0.01~0.02mm/s。

[0035]采用M63200磨床对轴承外套圈外径表面进行超精研磨，滚轮转速设置为650~750r/min，外套圈的尺寸公差控制在-0.001~-0.004mm，圆度控制在0.0005~0.0008mm，粗糙度控制在Ra0.1，外径超精研磨进给量为0.001~0.002mm/s。[0036]实施例二，如图2、图4所示，一种高精度精磨轴承内套圈磨加工工艺方法，它按照以下流程步骤进行。

[0037]采用平面M43100磨床对轴承内套圈两端面进行研磨，砂轮直径为1000mm，砂轮转速设置为300r/min，内套圈的尺寸公差控制在-0.005~-0.012mm，平行差精度控制在0.001mm，粗糙度控制在Ra 0.25，进给量为0.002~0.003mm/s。[0038]采用M135磨床对轴承内套圈外径表面进行粗磨，砂轮直径为500mm，砂轮转速设置为800r/min，内套圈的外径尺寸公差控制在0~-0.02mm，粗糙度控制在Ra 0.63，外径粗磨进给量为0.002mm/s。

[0039]采用3MZ205磨床对轴承内套圈内径表面进行粗磨，砂轮直径为35mm，砂轮转速设置为3000r/min，内套圈的尺寸公差控制在0~+0.02mm，内径粗磨磨削进给量为0.02mm/s。[0040]采用3MZ135磨床对轴承内套圈沟道进行粗磨，砂轮直径为500mm，砂轮转速设置为500r/min，内套圈的尺寸公差控制在0~-0.02mm，沟位置精度控制在±0.01mm，沟曲率控制在0~0.03mm，侧摆控制在0.003mm，沟道粗磨磨削进给量为0.02mm/s。[0041]采用GSJ-450型振动器对轴承内套圈整体进行振动时效，振动时间为1小时，振动频率为2000~2500频次/分钟，主轴转速设置为2000r/min，起到消除套圈加工过程中由于磨加工产生内应力的作用。

[0042]采用深冷低温箱对轴承外套圈整体进行深冷稳定化时效处理，冷冻温度为零下50°，冷冻时间为30~40分钟，起到稳定轴承套圈内部组织，具有更稳定的机械性，消除

~70°

套圈加工过程中由于磨加工产生残余应力的作用。

[0043]采用RX2-50-6回火炉对轴承外套圈整体进行低温回火时效处理，低温回火处理温度为150°，回火时间为12h，进一步消除轴承套圈的内应力和变形现象，维持轴承套圈

~160°

形状和尺寸的稳定性。

[0044]采用3MZ136磨床对轴承内套圈沟道表面进行精磨，砂轮直径为500mm，砂轮转速设置为500r/min，内套圈的尺寸公差控制在±0.004mm，沟道位置控制在±0.003mm,沟曲率控制在0~0.03mm，圆度控制在0.0002~0.0004mm，侧摆控制在0.002mm，粗糙度控制在Ra0.2，沟道精磨分两次磨削，第一次进给量为0.005mm/s，第二次进给量为0.001mm/s。[0045]采用3MZ205磨床对轴承内套圈内径表面进行研磨，砂轮直径为35mm，砂轮转速设置为600r/min，内套圈的尺寸公差控制在-0.001~-0.004mm，圆度控制在0.001m，壁厚差控制在0~0.0001mm，粗糙度控制在Ra 0.25，内径研磨分两次磨削，第一次进给量为0.003mm/s，第二次进给量为0.001mm/s。

[0046]采用3MZ315超精机磨床对轴承内套圈沟道表面进行超精研磨，内套圈的尺寸公差控制在±0.003mm，沟道位置控制在±0.002mm，沟曲率控制在0~0.03mm，圆度控制在0.3um，侧摆控制在0.008mm，粗糙度控制在Ra0.03。[0047]以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定，任何在本发明

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说　明　书

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的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

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说　明　书　附　图

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图1

图2

图3

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说　明　书　附　图

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图4

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