新一代微型轴承套圈磨床的研发

作者：bearingpower        发表时间：2010-12-12

新一代微型轴承套圈磨床的研发随着我国轴承用户对微型轴承品质要求的提高，微型轴承厂的低噪音、静音轴承的生产批量与日俱增。由于局限于原有轴承套圈磨床设计上的先天缺陷，所以仅从机床的工装和磨头等部件的局部改进几乎无法消除诸如套圈沟道尺寸散差大，加工件形状和位置精度偏低等诸多BUG。由于液压控制和步进电机控制的机床进给补偿传动链过于复杂，液压控制系统执行元件的稳定性差，加上机床关键零部件主要工作面的设计标准偏低，所以要想在原有设备批量加工P5级以上精度等级的轴承套圈，轴承加工车间的工艺实践非常困难。以3MZ201A/1自动轴承内圆磨床为例（图1），该机床加工606套圈内径的标准为，Δdmp为7μm，Vdmp为3μm，磨削表面粗糙度Ra标准是0.63。日本的SIG02LMB内圆磨床加工693ZZ内圈的内径，它的样本标准为，Δdmp为3μm，Vdmp为0.9μm，磨削面Ra标准是0.12（图2）。洛阳研究所ZYS等精密轴承制造企业的相同尺寸段的P4级轴承的出厂标准，Δdmp为4μm，Vdmp为2μm。我国国内有相当数量的轴承厂的内圆加工精度可以达到Z3、V3组低噪音深沟球轴承套圈磨加工工序间要求，但是需要先期分选，轴承套圈加工尺寸CPK值比较低。由于现有液压控制和步进电机控制的微型轴承磨床的验收标准偏低，导致机床零部件控制检验指标偏低，所以机床出厂实际水平参差不齐，部分综合精度较差的产品也作为合格品流入轴承厂，一些设备甚至很难达到加工普通级轴承套圈的技术条件。现有的3MZ201A/1自动轴承内圆磨床相关标准明显不符合国内普通级深沟球轴承的加工现状，建议轴承行业相关部门尽快修订微型轴承套圈磨床检验细则，重新制定适合我国微型轴承套圈磨削工序生产实际的检验标准。再以3MZ131A/1自动轴承内圈沟磨床为例，该机床加工606套圈的内径沟道的标准为，Δdmp为20μm， ΔCir为1.2μm，磨削表面粗糙度Ra标准是0.32。日本的SG1-IR内圈沟磨床加工693ZZ内圈的内径，它的样本标准为，Δdmp为外径尺寸变动值＋4μm，ΔCir为外径圆度＋0.3μm，磨削面Ra标准是0.3 （图3）。经过调研的数据统计，我国目前采用液压系统和步进电机定程控制尺寸的微型轴承沟道磨床的沟道尺寸散差大都在15－20μm之间，该类机床均达不到Z3、V3组低噪音深沟球轴承套圈磨加工工序间技术条件。*1综上所述，研制新一代伺服控制的轴承磨床，这是精密微型轴承磨床制造领域的不可逆转的趋势。伺服系统控制的轴承磨床最突出的先进性就是它能够可靠的提高轴承套圈磨削表面的尺寸变动值精度。轴承套圈工作表面批量尺寸分散精度的提高不仅给高精度轴承装配自动线打下了坚实的技术基础，而且会对降低成套轴承的噪声起到至关重要的作用。不仅轴承套圈内圆表面的尺寸精度需要严格控制，而且对低噪声轴承套圈的沟道直径尺寸分散度也同样需要关注。沟道直径尺寸严重分散，意味着结构尺寸的变更，可以改变轴承内部的运动特性，进而导致噪声分散范围的增大。*2高精度微型轴承磨床的研发主要有三种思路，第一种是学习消化国外先进的机床结构全新开展设计工作；第二种是部分借用国内现有机床合理的结构，局部重新设计；第三种是仅改进机床的进给补偿系统，将液压控制和步进电机控制更新为伺服系统控制。第三种是最快捷的适合于单机的改进思路，改进成本较低。此种模式特别适用于旧机床的数控改造，也适用于曾经批量生产过微型轴承磨床的企业。以内表面轴承磨床为例，需要做的工作主要是重新设计工件架进给机构，将磨架进给改为工件架进给，这种改进模式可以明显提高原机床的尺寸分散精度，但机床其它技术指标没有太大的提高。第二种研发思路适合于微型轴承磨超自动线的磨床单机设计，主要是在原微型轴承磨床的基础上根据低噪音轴承套圈加工精度的要求提高和严格控制机床关键零部件的加工精度。为了提高机床的可靠性和加工件精度的稳定性，设计BOM对外购件的采购品牌和技术条件要严格标定，即使外购件的精选要根据客户的配置要求和订单做适当调整，但原则上不能够超过设计标准的底线，这需要机床制造厂和轴承厂反复的沟通。以内圈沟磨床的为例，首先，将原两套液压进给补偿部分改为单伺服电机控制系统和一根滚珠丝杠，使工件架和修整补偿架逆向同步移动。其次，将滚动轴承砂轮主轴系统改为静压或动静压滑动轴承结构，日本的SG1-IR机床采用的是非真圆单侧衔接的静压轴承。采用静压或动静压滑动轴承轴系，砂轮的线速度可以稳定达到80 M/s。我们用3MZ135自动轴承内圈沟磨床的轴系做过高速运转试验，在安装上做过静平衡的Φ500mm直径砂轮的轴系建压浮起后，变频电机加到主轴4000R.P.M转速过程前后，动静压轴系均没有显著的噪声和温升，砂轮安装一侧径向跳动始终在1μm（千分表）刻度以内。在新一代微型轴承磨床的研制初期，采用第二种研发思路风险最小，见效较快，而且比较容易被我国大多数轴承厂的技术人员和操作工熟悉掌握。在取得一段时间的轴承厂车间磨削加工实践之后，研发的方向就要转向第一种思路。可以将业已成熟的小型轴承磨床的某些技术应用到微型轴承磨床的设计当中。比如大功率高速电主轴的应用，国内无锡开源机床集团磨头制造厂和洛阳轴承研究所已经推出了120000R.P.M、最大功率可以达到1Kw的发兰式电主轴，保修期限3个月。日本的M15H-UP电主轴转速可以达到150000R.P.M，基准输出功率可以达到0.94Kw，保证期限不低于2000小时。未来全新设计的

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