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轴承套圈磨超加工新技术展望及应用实践
作者：bearingpower 发表时间：2010-12-12
轴承套圈磨超加工新技术展望及应用实践作为整个工业基础的机械制造业，正在朝着高精度、高效率、智能化和柔性化的方向发展。磨削、超精研加工（简称“磨超加工”）往往是机械产品的终极加工环节，其品质直接影响到产品的质量和性能。机械工业基础件的轴承生产中，套圈的磨超加工决定了轴承精度，而滚动表面的磨超加工则是影响轴承寿命及减振降噪的关键环节，因此，套圈的磨超加工历来都被视为轴承制造技术领域的关键技术和核心技术。回顾国内外轴承工业的发展，60年代就已形成从双端面磨削、无心外圆磨削、滚道切入无心磨削到滚道超精研加工的稳定套圈磨超加工工艺流程和方法，截至今日，工艺流程未曾出现根本性的变化，但是轴承制造技术的发展却在发生日新月异的变化：60年代，诞生了成系列的切入无心磨床和超精研机床，零件加工精度达到3～5um，单件加工时间13～18s（中小型尺寸）；70年代，大量新技术被采用：60m/s高速磨削、控制力磨削技术、以集成电路为特征的电子控制技术、数字控制技术，零件加工精度提升到1～3um，加工时间缩短到10～12s。80年代以来，在稳定质量的前提下，追求设备的高精、高效，高稳定性以及制造系统的数控化、柔性化和工厂自动化。1.轴承套圈的磨削加工轴承生产中，磨削加工劳动量约占总劳动量的60％，磨床数量占全部金属切削机床的60％左右，磨削加工的成本占整个轴承成本的15％以上。对于高精度轴承，磨削加工的比例更大些。磨削加工是整个加工过程中最复杂的环节，也是对其了解最不充分的一个环节。对套圈所要求的性能指标多、精度高，其加工成形机理复杂，影响加工精度的因素多，加工参数在线检测困难。因此，对于轴承生产中关键工序之一的磨削加工，如何采用新工艺，新技术，高精度、高效率、低成本地完成磨削过程，便是磨削加工的主要任务。上海日发作为轴承装备工业发展的后起之秀，在新技术、新工艺的引进和实践方面进行了积极的探索，站在先人的肩头，消化吸收国内外最新磨超技术，走在了行业发展的前列，开拓了一条独特的发展之路，逐步在行业中树立了高精、高效的日发形象。(1)高速磨削技术高速磨削能实现现代制造技术追求的两大目标：提高产品质量和劳动效率。实践证明：磨削速度由35m/s提高到50～60m/s时，生产效率一般可提高30～60％，砂轮耐用度提高约0.7～1倍，工件表面粗糙度参数值降低约50％。国内高速磨削技术起步较晚，磨削速度达到45m/s以上一般就称为高速磨削。而国外高速磨削发展迅速，应用广泛，采用高磨削比?高耐用度的超硬磨料，如CBN砂轮，磨削速度已达80～120m/s，甚至更高。如：德国Mikrosa、日本KOYO公司的无心磨床，日本TOYO公司的轴承内圆磨床等，外表面磨削砂轮线速度达120m/s，内表面磨削线速度达60～80m/s。增大砂轮驱动（传动）系统的功率和提高机床的刚性，是实现高速磨削的一项重要措施，而其中高速主轴单元是高速磨床最为关键的部件。在高速磨削中，砂轮除应具有足够的强度外，还需要保证具有良好的磨削性能，才能获得高速磨削效果。另外，冷却装置也是实现高速磨削不可或缺的装置之一。(2)CBN砂轮磨削技术立方氮化硼磨料简称CBN磨料，由其制造的砂轮称为CBN砂轮，具有如下一些特征：⑴硬度高，导热率高，热稳定性好，可承受1300～1500℃高温。⑵耐用性高，磨耗小，磨削比可达4000～10000（磨削比是指磨削过程去除工件材料量与砂轮磨损量的比值）而普通刚玉砂轮仅为50～80。⑶磨削力小，磨削热小，加工工件应力小，表层应力薄或没有。⑷辅助时间（修整砂轮、更换砂轮）大大减少。在国外，CBN砂轮磨削技术的应用，被称为“生产加工技术的一场大革命”，1982年以来，CBN砂轮在日本已大批应用，并且高速增长。而对我国轴承行业来说，利用CBN进行套圈磨削加工还是一种新的加工技术，起步较晚，要广泛应用，还需要研究解决CBN砂轮的制造技术、修整技术、专用轴承磨床和磨削冷却液等一系列技术问题，上海日发在这方面进行了积极探索，并初步取得了一定成果。(3)外表面磨削砂轮自动平衡技术对于外表面磨削，由于砂轮较大并且为非匀质组织体，砂轮系统重心总是偏离主轴中心，高速旋转时引起砂轮系统及其整个机床的振动，影响机床的使用寿命和加工精度，工件表面产生磨削振纹，波纹度增大。砂轮主轴上安装机械的或其他方式的自动平衡装置，开机后系统自动地快速逼近最佳平衡状态。该项技术的突破推动了磨削技术的发展，同时能够极大限度地延长砂轮、修整用金刚石及主轴轴承寿命，减小机床振动，长期保持机床的原有精度。(4)快速消除内表面磨削空程的技术在所有轴承磨加工设备中，内表面磨床的水平具有象征的意义，这主要是磨削孔径限制了砂轮尺寸及相应的系统机构集合参数，从根本上限制了工艺系统的刚性，而其加工精度要求较高。这样就要求我们在对内表面磨削的工艺过程进行深入研究时候，除最大限度地发挥机床与砂轮的切削能力外，还要减小辅助磨削时间，这也是提高磨削效率的关键，因为磨削空程占整个磨削时间的10％左右。目前，国内外应用较为广泛的快速消除磨削空程的技术有以下几种：控制力磨削技术，恒功率磨削技术，利用主动测量仪技术和测量电主轴电流技术。(5)CNC数控技术及交流伺服技术交流伺服电机与PLC可编程序控制器的定位模块，伺服放大器相连即可构成伺服系统，伺服电机本身带有光学旋转编码器，将其输出的信号反馈到伺服放大器即可构成半闭环控制系统。在高转速（3000rpm）及低速运转都能保证定位精度，使用伺服系统可以完成快跳、快趋、修整补偿、粗精磨削，使机床进给机构大大简化，性能可靠性大大提高。(6)交流变频调速技术在磨削中砂轮的线速度随着砂轮的消耗逐渐降低，其开始与终末的线速度之比约为3:2。目前，在砂轮磨削领域已采用高线速度磨削，为了提高磨削效率、保证磨削质量一致性，采用可编程控制器计算功能在每次修整砂轮后计算出砂轮半径，进而计算出保持砂轮恒线速度的变频器输入频率，并传送给交流变频器，从而保证砂轮线速度不变。2.轴承套圈的超精研加工超精研加工方法是从30年代中期开始发展起来的，其创立就是针对轴承滚动表面加工的，它是一种精密的、经济的加工工艺，随着机械加工零件精密度及表面质量要求的不断提高，超精研加工得到愈来愈广泛的应用。超精研加工，简称“超精加工”，一般是指在良好的润滑条件下，被加工工件按一定的速度旋转，油石按一定的压力弹性地压工件加工表面上，并在垂直于工件旋转方向按一定规律作往复振荡运动的一种能够自动完结的光整加工方法。具有有效的减小圆形偏差（主要是波纹度）、改善滚道母线的直线性或加工成所需要的凸度形状、去除磨削变质层，降低表面粗糙度值、增加表面残余压应力、在加工表面形成纹理均匀细腻的、较理想的交叉纹路等工艺优点，可提高轴承的旋转精度，减低轴承的振动和噪声、提高轴承的承载能力、提高轴承的润滑效果，减小磨损、减小轴承工作时的发热。为此，超精加工工艺在轴承制造的光整加工（抛光、砂布带研磨、超精磨和超精研）中占据重要地位。超精加工工艺技术超精加工工艺上将整个超精研过程分为粗超和精超二个阶段。粗超阶段中油石磨料比较锋利，油石压力较高，工件转速较低，摆头频率较高，因而切削能力强，是去除工件加工量的主要阶段。精超阶段中油石磨料相对钝化，油石压力较低，工件转速较高，摆头频率较低，因而切削能力减弱，对工件表面的抛光作用加强，大大降低表面粗糙度值。其中，一序二段法，一序二步法，油石自动补偿技术，油石自动供给技术，粗、精超油石自动变换技术和高频小振荡加低频大往复技术等都能在日发设备上一一得到体现。目前滚道超精研机常用的工件定位方式有端面滚轮机械压紧式无心夹紧，液压定心端面滚轮机械压紧式夹紧，双滚轮驱动端面压紧式无心夹紧等几种。 润滑冷却技术超精加工对润滑冷却液的过滤精度有严格的要求，要保证适当的粘度，防锈功能，挥发性小，重复使用，同时超精润滑液还起到了冲洗冷却，润滑，形成吸附油膜的功用。上海日发在轴承套圈磨超加工新技术的研究和应用上，虽然已经取得了一些成果，但是，要真正将这些新技术消化和吸收，还有很长的路要走，这一切还需要日发人的不懈努力和孜孜追求上一篇：预防淬火裂纹的方法
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