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轴承行业技术领域的“十五”研发

作者：bearingpower 发表时间：2010-12-12

随着世界上精密制造技术的飞速发展和产品精度的日益提高，产品检测和试验技术领域也获得了较大的发展，并呈现出多态性和超精密的特性。从纳米制造到纳米测量，从智能仪器、虚拟仪器到网络仪器，国内轴承行业测试与试验技术领域在多方面逐步与世界接轨，并开发出一系列适合国情和国家标准的测试仪器与试验设备。另一方面，中国正在逐步成为世界上的产品制造中心，国外的先进制造技术和测试技术日益冲击着国内的轴承行业。由于在应用技术领域和国外存在的差距，以及行业内较多的企业对产品质量和检测方面认识不够，造成目前国内的轴承检测仪器和试验设备仍然与国外的同类先进企业存在着较大的差距。为弥补产品检测和试验技术领域与国外先进技术方面存在的不足，同时也为了满足轴承行业，特别是产品出口企业和向新技术产品配套的企业对各项质量指标的有效的把握和检测方面的迫切需求，以及从根本上控制检测和技改成本，改变过去高精度检测仪器或设备只能从国外进口的局面，就需要我们在各方面都加以改善，并针对某些领域进行专项突破。从同盘考虑，一方面要在先进的测试试验技术、控制技术上要进行突破，另一方面要提高已有检测和试验产品的可靠性和稳定性。两个方面齐头并进，相辅相成，这样才能在赶上世界先进的测试技术水平的同时，引领和推动我国轴承行业在产品开发和轴承实物质量的提高方面，创造良好的条件。一.在先进技术方面 1.纳米测量技术高速发展的技术经济对机械制造的要求越来越高，特别是计算机技术的飞速进步有力地促进了机械科技的进步。目前机械加工业已突破了0.01μm的进给技术，0.01μm圆度的加工技术和纳米级的粗糙度加工技术。纳米级的加工技术必然对产品检测提出更高的要求，现已有的仪器检测精度已经不能满足轴承行业对产品检测的需求。产品精度的纵向延伸同时也将给国内的仪器制造业带来较大的冲击，甚至是被挤出市场的危机，从而迫使轴承仪器的生产企业加大研发力度，积极与世界先进技术靠拢，将测量技术也提升到与纳米加工相适应的纳米测量。纳米级测量技术中最引人注目的是进行圆度等形位公差、精密滚动体的尺寸公差等高精度测量。圆度仪是机械加工中不可缺少的检测设备，其精度制约着机械加工精度，为此国内外对圆度仪的开发生产极为重视，英、美、日、德等国从四、五十年代起就陆续开发生产了多种圆度仪，并不断更新换代。我国60年代以来曾进口了数以百台计的圆度仪，70年代开始自行开发生产了数种圆度仪，在相当程度上填补了国内此方面的空白，成功地深入到圆度测量领域。但是早年开发的圆度仪因当时产品制造技术的局限性，生产出的圆度仪的精度随时间的进展相对落后了，已不能满足轴承行业的需要，必须以更高的技术起点研制高精度多功能圆度仪。国外发达工业国家均生产多种圆度仪，如英、美、德、日70年代就生产主轴精度优于±0.025μm的高精度圆度仪，特别是英国R.T.H公司生产的圆度仪性能比较稳定，世界上有很高的市场占有率，该公司80年代初生产的新型圆度仪圆度测量值的不确定度在0.005μm以内，放大倍率已达到100万倍，分辨率已达到纳米级，代表了当代圆度仪的最高水平。90年代计算机技术飞速发展并在圆度仪上广泛应用，圆度仪的功能更加完善，实现了圆度、圆柱度、垂直度、倾斜度、平面度等参数的测量，并增加了斜率分析、谐波分析等功能。国外的圆度仪一般分为两大类，一种是低速滑动主轴带动传感器围绕被测工件回转的传感器回转型，如英国的TaIyrond73型等。另一种是气浮（或油浮）的工作台回转、传感器不转的工作台回转型，此种圆度仪回转精度一般在0.05μm左右，如Talyrond300型等。国外的高精度圆度仪一般采用分离主轴回转误差的办法来提高测量精度，分离后的高精度圆度仪圆度测量值的不确定度可达0.005μm。国内开发生产的圆度仪种类也很多，如上海机床厂和中原量仪厂仿TaLyrond51型，主轴回转精度0.1μm，上海量具刃厂生产的台式圆度仪，回转精度0.1μm左右；北京机床所生产的台式圆度仪，回转精度0.05μm。洛轴所于70年代开发的高速圆度仪Y9025开创了圆度测量的一个新领域，获国家发明奖，主轴精度0.05μm，十余年来这种圆度仪已在国内外轴承及其它行业大量应用销售400台左右。91年洛轴所成功改造了TALYROND51型圆度仪，96年开发出Y9025的改进产品Y9025G，98年开发出Y905，其主轴回转精度达0.04μm，电气系统已全部计算机化，增加了三种评定圆度方法和斜率分析、谐波分析等功能，2002年，对TALYROND73型圆度仪进行了改造，使其精度有较大的提高。通过多年对圆度测量的研究，已系统掌握了圆度测量技术，并掌握了研制高精度圆度仪的关键技术-分离主轴误差的方法及数学模型，通过主轴回转方面的纳米级不确定度和主轴误差分离技术，从而为最终实现纳米圆度测量提供了可能和保证。目前这项研发计划正在实施，相信不久就可实现并投入市场，在较大程度上接近国外同类仪器的测量水平，从而为国内的使用厂家节约较大的检测成本。 2.网络技术轴承属精密零件,加工过程中有严格的工艺、检测方法和质量检测记录。我国目前在轴承加工企业普遍贯彻了ISO9000系列质量管理体系，其中对质量管理、检测方法、特别是检测记录有严格的要求。将检测结果全部按时间记录存档是最基本的要求，而国内的大部分企业在这方面仍普遍采用由检查员人工将检测结果记录存档，从而造成人工记录数据可靠性由于人的因素容易产生错误；因记录数据及存档工作量大，检查员一般只是将抽检的数据存档；数据分析困难，如做一些工艺分析、统计分析、质量分析等复杂运算都很困难。在轴承工艺间检查方面，国内仍采用传统的机械式仪器，用扭簧表、齿轮杠杆比较仪等机械量表显示测量数据，人工判断工件的合格与否。这种方法测量精度低，由于人工记录，受人的主观因素影响较大。但是这种仪器应用简单，仪器故障率低，所以在轴承行业上得到了广泛的应用，而且成为轴承生产中不可缺少的仪器。如何更有效地利用现有的机械式仪器，并在此基础上改善人为因素对产品检测带来的影响，实现集中监测和分析，是我们实现对制造系统进行质量管理，与国外先进测量技术接轨必然要逾越的阶段。随着科学技术的进步，轴承行业对全自动加工机床、自动轴承加工生产线及装配线的广泛使用，有力地促进了轴承工业的进步，使轴承加工质量和效率大大地提高，从而对检测技术、质量管理和统计工作等方面提出了更高的要求。需要改变目前这种落后的检测方式，提高检测精度，并随时对加工情况进行统计分析，保证生产线及自动线成处于最佳状态，同时做到质量记录无纸化，实现企业加工过程自动化和计算机网络化管理，轴承企业的质量管理者随时可得到企业产品的检测结果和统计分析结果。网络化检测技术的应用，将使国内轴承企业在质量管理方面上一个新台阶。轴承行业现在役的仪器已满足不了日益发展的行业需要，需对传统仪器进行改造并开发一批新的仪器，新开发的和改造的仪器应具有测量精度高、数据处理及输出的功能，可以通过监测计算机对其进行管理，实现仪器的网络化管理。本项目已经进入实施阶段，项目的目标是针对我国目前轴承企业检测手段和质量管理比较落后，轴承质量不能得到有效控制的现状，开发研制轴承智能检测仪器及企业质量检测网络化管理系统，利用先进的检测手段和现代网络技术进行质量管理，来提升产品档次，增强企业产品的竞争力，使检测技术及质量管理系统接近或达到国际先进水平。本项目利用最新的数字网络系统和精密检测技术的有机结合，对轴承的多参数进行网络管理和工艺分析，达到控制轴承产品质量的目的，完善企业的现代化质量管理。本项目完成后，经过很短时间地完善后便可批量生产，进行市场推广转化。本项目开发的数字网络化智能轴承检测仪器属国内首创，填补了国内空白，接近或达到国际先进水平。技术含量高，拥有多项先进技术，处于国内领先地位，与国外相比具有价格优势。项目成果的应用，将显著提高我国轴承的质量水平，增加轴承企业的竞争能力。进而，为企业全面的信息化管理（ERP）打下良好的技术基础。 3.虚拟仪器与智能仪器现代化技术的进步以计算机技术的进步为代表，不断革新的计算机技术从各个层面上影响、引导着各行各业的技术革新。基于计算机技术的虚拟仪器系统技术正以不可逆转的力量推动着测试技术的革命。虚拟仪器系统的概念不仅推进了以仪器为基础的测试系统的改造，同时也影响了以数据采集为主的测试系统的传统构造方式的进化。虚拟仪器系统的概念汇集了各种分散的测试领域，并正在逐步取代传统的测试方法，成为一种标准的技术规范。虚拟仪器技术的出现是计算机技术发展的结果，同时也是用户对仪器品种、功能、精度、测试速度、实时性、友好性、复杂运算、可存储性等苛求的结果，是测试技术领域的一大突破。虚拟仪器因其无比的优越性迅速占领了市场，测试功能设计方面的可自由扩充性、兼容性以及低廉的成本大大缩短了开发周期。从虚拟仪器概念的提出到产品大量而快速的普及也仅仅是短短的十几年时间，而测试功能的多样性、准确度却达到了前所未有的程度，从而节约了大量的人力和物力去进行更深层次的研发。虚拟仪器就是在通用计算机上加上一组实现特定功能的软硬件，从而达到甚至超过几台传统仪器应有的效果和功能，且改变了传统仪器不能很好相互兼容的缺点。智能仪器属于虚拟仪器的范畴，是利用了传统计算机硬件固有的高速运算和存储能力，以及能进行复杂运算的特征，并利用已有的高效的程序设计平台，结合需要开发的特定领域，开发出一系列实现特定功能的软硬件和接口。这种特定的软硬件系统联上传统的计算机软硬件平台，就可完成一套完善的智能测试仪器。目前这种技术的应用正在迅速普及到行业检测的各个领域。国内轴承行业在智能测试领域起步也比较早。在90年代计算机刚普及的时候，国内轴承行业就已经开始涉足虚拟和智能测试领域。洛轴所仪器部自90年代中期成功开发出智能化圆度测量仪之后，陆续开发出一系列智能化测量仪器，产品的测试目标涵盖了轴承检测的多项参数。如沟形测量仪、旋转精度测量仪、多参数测量仪、摩擦力矩测量仪、振动测量仪等（其中多项产品曾获得国家发明奖项），并准备将所有的产品全部进行智能化改造或功能扩充，如游隙测量仪、刚度测量仪、接触角测量仪、动静态军工用摩擦力矩测量仪等；杭州试验中心也对已有产品如速度型振动测量仪、寿命试验机等进行了智能化改造。二.在产品可靠性、稳定性等方面对于实现特定功能的同类测试仪器而言，国内与国外的名牌企业在产品的可靠性、长期稳定性，甚至是加工质量、零部件的可互换性和造型方面等都存在着较大的差异。如何迅速和有效地提高或改善这些不足，关系到产品的综合质量和实际使用寿命，甚至直接关系着企业自身的形象。要想在国外同类企业对国内市场的冲击下很好地生存，必须做到未雨绸缪，使自己的产品无论在产品制造质量方面，还是在测试可靠性、稳定性方面都能达到较好的标准和规范。产品的可靠性是产品质量的一个重要组成部分。产品可靠性赋予产品一定的功能和功能参数，如工作精度、工作寿命、机械和运动特性、动力特性等。如果不能保证这些功能参数的有效维持，也就不能相应保证产品的综合质量。研发或设计测试仪器必须把可靠性设计列入重要的范畴，包括产品的固有可靠性（如材料、结构等）和使用可靠性（如人为误差和环境适应性等）都要通盘考虑。产品可靠性低、故障多，不仅维修费用会成倍地增加，而且影响生产进行和经济效益，甚至直接影响企业的自身形象和产品的市场占有率。轴承测试仪器的可靠性无论对于传统仪器，还是对于智能化仪器方面都是存在的，特别是对于智能化仪器影响更大，出现的问题也更多。一方面，传统仪器属于早年开发出的产品，产品的可靠性设计经过几十年的发展已经日趋成熟，后来的改进也只是微小的改动，且经过多次的实验和校准，而智能化仪器在国内从出现到发展也只有很短的时间，更新速度又快，因此更容易出现可靠性设计缺陷；另一方面，智能化仪器涉及的领域较多，在对各方面（如机械、电气、传感器等）进行单独可靠性设计的同时，又存在着兼容和通配方面的可靠性设计。在国内轴承行业检测技术领域可靠性设计方面，普遍存在着设计与制造脱节的现象，出现问题的原因一方面与加工、工艺、管理和检查人员有关，另一方面与精密加工设备有关。只有综合改善这些现象并进行规范化管理，才能逐步杜绝这些不应有的缺陷。洛轴所仪器部早年在计划经济体制下由多个专家开发出了一系列传统测试仪器，产品的可靠性和内外质量方面都达到了当时国内同行业最高水平，这些仪器通过国家交由多家仪器生产厂家进行生产，在行业内达到了相当普及的程度，并获得了用户的一致好评。有了很好的技术基础和丰富的经验，在研发的重点转移到智能仪器上之后，这些智能化仪器很好地继承了高可靠性的优点，大大提高了产品研发成功的概率。但另一方面，因为研发的速度过快和其它方面的原因，与国外同类仪器相比，虽具有相当的价格优势，产品的实际可靠性仍需进一步改进。

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