軸承套圈的磨削加工和高速磨削技術(shù)

在軸承生產(chǎn)中，磨削加工勞動(dòng)量約占總勞動(dòng)量的60%，所用磨床數(shù)量也占全部金屬切削機(jī)床的60%左右，磨削加工的成本占整個(gè)軸承成本的15%以上。對(duì)于高精度軸承，磨削加工的這些比例更大。另外，磨削加工又是整個(gè)加工過(guò)程中最復(fù)雜，對(duì)其了解至今仍是最不充分的一個(gè)環(huán)節(jié)。這個(gè)復(fù)雜性表現(xiàn)在：所要求的性能指標(biāo)更多、精度更高；加工成形機(jī)理更復(fù)雜，影響加工精度的因素眾多；加工參數(shù)在線檢測(cè)困難。因此，對(duì)于軸承生產(chǎn)中關(guān)鍵工序之一的磨削加工，如何采用新工藝，新技術(shù)，以高精度、高效率、低成本地完成磨削過(guò)程，便是磨削加工的主要任務(wù)。
　　高速磨削技術(shù)
　　高速磨削能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代制造技術(shù)追求的兩大目標(biāo)提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)效率。實(shí)踐證明：若將磨削速度由35m/s提高到50～60m/s時(shí)，一般生產(chǎn)效率可提高30%～60%，對(duì)砂輪的耐用度提高約0.7～1倍，工件表面粗糙度參數(shù)值降低50%左右。
　　一般磨削速度達(dá)到45m/s以上稱為高速磨削。國(guó)內(nèi)以我所八十年代研制的ZYS—811全自動(dòng)軸承內(nèi)圓磨床為代表，率先在國(guó)內(nèi)軸承行業(yè)套圈磨削加工中應(yīng)用高速磨削技術(shù)，配套成功研制了高剛度、高轉(zhuǎn)速、大功率電主軸及高速砂輪。而國(guó)內(nèi)外高速磨削早已廣泛應(yīng)用，并隨著廣泛采用高磨削比,高耐用度的超硬磨料如CBN，砂輪磨削速度已達(dá)80～120m/s，甚至更高。如：德國(guó)Mikrosa、日本KOYO公司的無(wú)心磨床，日本TOYO公司的軸承內(nèi)圓磨床等，外表面磨削砂輪線速度達(dá)120m/s，內(nèi)表面磨削線速度達(dá)60m/s～80m/s。
　　增大砂輪驅(qū)動(dòng)(傳動(dòng))系統(tǒng)的功率和提高機(jī)床的剛性，是實(shí)現(xiàn)高速磨削一條重要措施，而其中高速主軸單元是高速磨床最為關(guān)鍵的部件。在高速磨削中，砂輪除應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度外，還需要保證具有良好的磨削性能，才能獲得高磨效果。另外，冷卻裝置也是實(shí)現(xiàn)高速磨削不可缺少的裝置之一。
　　CBN砂輪磨削技術(shù)
　　立方氮化硼磨料簡(jiǎn)稱CBN磨料，由其制造的砂輪稱為CBN砂輪，其主要具有下列特征：⑴硬度高，導(dǎo)熱率高，熱穩(wěn)定性好，可承受1300～1500℃高溫。⑵耐用性高，磨耗小，磨削比可達(dá)4000～10000(磨削比是指磨削過(guò)程去除工件材料量與砂輪磨損量的比值)而普通剛玉砂輪僅為50～80。⑶磨削力小，磨削熱小，加工工件應(yīng)力小，表層應(yīng)力薄或沒(méi)有。⑷輔助時(shí)間(修整砂輪、更換砂輪)大大減少。
　　對(duì)我國(guó)軸承行業(yè)來(lái)說(shuō)，利用CBN進(jìn)行套圈磨削加工是種新的加工技術(shù)，應(yīng)用前景非常廣闊，但需要研究解決下列技術(shù)：CBN砂輪的制造技術(shù)、修整技術(shù)、專用軸承磨床和磨削冷卻液等。
　　由于CBN砂輪具有良好的加工特點(diǎn)，利用CBN砂輪進(jìn)行軸承套圈磨削國(guó)外早已進(jìn)行了研制并應(yīng)用于生產(chǎn)中，并稱其為“生產(chǎn)加工技術(shù)的一場(chǎng)大革命”。從1982年以來(lái)，CBN砂輪在日本已大批應(yīng)用，并且高速增長(zhǎng)。
　　外表面磨削砂輪自動(dòng)動(dòng)平衡技術(shù)
　　對(duì)于外表面磨削，由于砂輪較大并且為非均質(zhì)組織體，砂輪系統(tǒng)重心總是偏離主軸中心，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)必然引起砂輪系統(tǒng)及其整個(gè)機(jī)床的振動(dòng)，直接影響機(jī)床的使用壽命。在此情況下，磨削加工將難以達(dá)到高精度，易導(dǎo)致工件表面產(chǎn)生磨削振紋，波紋度增大。
　　機(jī)床砂輪上直接安裝上機(jī)械的或其他方式的自動(dòng)動(dòng)平衡裝置，開機(jī)后快速直接逼近最平衡位置，自動(dòng)平衡較為完善且還可省略砂輪靜平衡。該項(xiàng)技術(shù)的突破推動(dòng)了磨削技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)能夠極大限度地延長(zhǎng)砂輪、修整用金剛石及主軸軸承壽命，減小機(jī)床振動(dòng)，長(zhǎng)期保持機(jī)床的原有精度。
　　快速消除內(nèi)表面磨削空程的技術(shù)
　　在所有軸承磨加工設(shè)備中，內(nèi)表面磨床的水平具有象征的意義。這主要是磨削孔徑限制了砂輪尺寸及相應(yīng)的系統(tǒng)機(jī)構(gòu)集合參數(shù)，從根本上限制了工藝系統(tǒng)的剛性，同時(shí)其加工精度要求較高。這些都要求我們必須對(duì)內(nèi)表面磨削的工藝過(guò)程進(jìn)入深入的研究，除了最大限制地發(fā)揮機(jī)床與砂輪的切削能力外，減小輔助磨削時(shí)間是提高磨削效率的關(guān)鍵，因?yàn)槟ハ骺粘陶颊麄�(gè)磨削時(shí)間的10%左右。
　　目前，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的快速消除磨削空程的技術(shù)有以下幾種：控制力磨削技術(shù)，恒功率磨削技術(shù)，利用主動(dòng)測(cè)量?jī)x技術(shù)和測(cè)量電主軸電流技術(shù)。
　　CNC數(shù)控技術(shù)及交流伺服技術(shù)
　　交流伺服電機(jī)與PLC可編程序控制器的定位模塊，伺服放大器相連即可構(gòu)成伺服系統(tǒng)，伺服電機(jī)本身帶有光學(xué)旋轉(zhuǎn)編碼器，將其輸出的信號(hào)反饋到伺服放大器即可構(gòu)成半閉環(huán)控制系統(tǒng)。在高轉(zhuǎn)速(3000rpm)及低速運(yùn)轉(zhuǎn)都能保證定位精度，使用伺服系統(tǒng)可以完成快跳、快趨、修整補(bǔ)償、粗精磨削，使機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，性能可靠性大大提高。
　　交流變頻調(diào)速技術(shù)
　　在磨削中砂輪的線速度隨著砂輪的消耗逐漸降低，其開始與終末的線速度之比約為3：2。目前，在砂輪磨削領(lǐng)域已采用高線速度磨削，為了提高磨削效率、保證磨削質(zhì)量一致性，采用可編程控制器計(jì)算功能在每次修整砂輪后計(jì)算出砂輪半徑，進(jìn)而計(jì)算出保持砂輪恒線速度的變頻器輸入頻率，并傳送給交流變頻器，從而保證砂輪線速度不變。