軸承套圈的磨削加工和高速磨削技術

在軸承生產(chǎn)中，磨削加工勞動量約占總勞動量的60%，所用磨床數(shù)量也占全部金屬切削機床的60%左右，磨削加工的成本占整個軸承成本的15%以上。對于高精度軸承，磨削加工的這些比例更大。另外，磨削加工又是整個加工過程中最復雜，對其了解至今仍是最不充分的一個環(huán)節(jié)。這個復雜性表現(xiàn)在：所要求的性能指標更多、精度更高；加工成形機理更復雜，影響加工精度的因素眾多；加工參數(shù)在線檢測困難。因此，對于軸承生產(chǎn)中關鍵工序之一的磨削加工，如何采用新工藝，新技術，以高精度、高效率、低成本地完成磨削過程，便是磨削加工的主要任務。
　　高速磨削技術
　　高速磨削能實現(xiàn)現(xiàn)代制造技術追求的兩大目標提高產(chǎn)品質量和勞動效率。實踐證明：若將磨削速度由35m/s提高到50～60m/s時，一般生產(chǎn)效率可提高30%～60%，對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。
　　一般磨削速度達到45m/s以上稱為高速磨削。國內以我所八十年代研制的ZYS—811全自動軸承內圓磨床為代表，率先在國內軸承行業(yè)套圈磨削加工中應用高速磨削技術，配套成功研制了高剛度、高轉速、大功率電主軸及高速砂輪。而國內外高速磨削早已廣泛應用，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80～120m/s，甚至更高。如：德國Mikrosa、日本KOYO公司的無心磨床，日本TOYO公司的軸承內圓磨床等，外表面磨削砂輪線速度達120m/s，內表面磨削線速度達60m/s～80m/s。
　　增大砂輪驅動(傳動)系統(tǒng)的功率和提高機床的剛性，是實現(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鍵的部件。在高速磨削中，砂輪除應具有足夠的強度外，還需要保證具有良好的磨削性能，才能獲得高磨效果。另外，冷卻裝置也是實現(xiàn)高速磨削不可缺少的裝置之一。
　　CBN砂輪磨削技術
　　立方氮化硼磨料簡稱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4000～10000(磨削比是指磨削過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，加工工件應力小，表層應力薄或沒有。⑷輔助時間(修整砂輪、更換砂輪)大大減少。
　　對我國軸承行業(yè)來說，利用CBN進行套圈磨削加工是種新的加工技術，應用前景非常廣闊，但需要研究解決下列技術：CBN砂輪的制造技術、修整技術、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，利用CBN砂輪進行軸承套圈磨削國外早已進行了研制并應用于生產(chǎn)中，并稱其為“生產(chǎn)加工技術的一場大革命”。從1982年以來，CBN砂輪在日本已大批應用，并且高速增長。
　　外表面磨削砂輪自動動平衡技術
　　對于外表面磨削，由于砂輪較大并且為非均質組織體，砂輪系統(tǒng)重心總是偏離主軸中心，高速旋轉時必然引起砂輪系統(tǒng)及其整個機床的振動，直接影響機床的使用壽命。在此情況下，磨削加工將難以達到高精度，易導致工件表面產(chǎn)生磨削振紋，波紋度增大。
　　機床砂輪上直接安裝上機械的或其他方式的自動動平衡裝置，開機后快速直接逼近最平衡位置，自動平衡較為完善且還可省略砂輪靜平衡。該項技術的突破推動了磨削技術的發(fā)展，同時能夠極大限度地延長砂輪、修整用金剛石及主軸軸承壽命，減小機床振動，長期保持機床的原有精度。
　　快速消除內表面磨削空程的技術
　　在所有軸承磨加工設備中，內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的系統(tǒng)機構集合參數(shù)，從根本上限制了工藝系統(tǒng)的剛性，同時其加工精度要求較高。這些都要求我們必須對內表面磨削的工藝過程進入深入的研究，除了最大限制地發(fā)揮機床與砂輪的切削能力外，減小輔助磨削時間是提高磨削效率的關鍵，因為磨削空程占整個磨削時間的10%左右。
　　目前，國內外應用較為廣泛的快速消除磨削空程的技術有以下幾種：控制力磨削技術，恒功率磨削技術，利用主動測量儀技術和測量電主軸電流技術。
　　CNC數(shù)控技術及交流伺服技術
　　交流伺服電機與PLC可編程序控制器的定位模塊，伺服放大器相連即可構成伺服系統(tǒng)，伺服電機本身帶有光學旋轉編碼器，將其輸出的信號反饋到伺服放大器即可構成半閉環(huán)控制系統(tǒng)。在高轉速(3000rpm)及低速運轉都能保證定位精度，使用伺服系統(tǒng)可以完成快跳、快趨、修整補償、粗精磨削，使機床進給機構大大簡化，性能可靠性大大提高。
　　交流變頻調速技術
　　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，在砂輪磨削領域已采用高線速度磨削，為了提高磨削效率、保證磨削質量一致性，采用可編程控制器計算功能在每次修整砂輪后計算出砂輪半徑，進而計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。