新一代微型軸承套圈磨床的研發(fā)

行動(dòng)的矮子

       隨著我國軸承用戶對(duì)微型軸承品質(zhì)要求的提高，微型軸承廠的低噪音、軸承的生產(chǎn)批量與日俱增。由于局限于原有軸承套圈磨床設(shè)計(jì)上的先天缺陷，所以僅從機(jī)床的工裝和磨頭等部件的局部改進(jìn)幾乎無法消除諸如套圈溝道尺寸散差大，加工件形狀和位置精度偏低等諸多BUG。由于液壓控制和步進(jìn)電機(jī)控制的機(jī)床進(jìn)給補(bǔ)償傳動(dòng)鏈過于復(fù)雜，液壓控制系統(tǒng)執(zhí)行元件的穩(wěn)定性差，加上機(jī)床關(guān)鍵零部件主要工作面的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏低，所以要想在原有設(shè)備批量加工P5級(jí)以上精度等級(jí)的軸承套圈，軸承加工車間的工藝實(shí)踐非常困難。 以3MZ201A/1自動(dòng)軸承內(nèi)圓磨床為例（圖1），該機(jī)床加工606套圈內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)為，Δdmp為7μm，Vdmp為3μm，磨削表面粗糙度Ra標(biāo)準(zhǔn)是0.63。日本的SIG02LMB內(nèi)圓磨床加工693ZZ內(nèi)圈的內(nèi)徑，它的樣本標(biāo)準(zhǔn)為，Δdmp為3μm，Vdmp為0.9μm，磨削面Ra標(biāo)準(zhǔn)是0.12（圖2）。洛陽研究所ZYS等精密軸承制造企業(yè)的相同尺寸段的P4級(jí)軸承的出廠標(biāo)準(zhǔn)，Δdmp為4μm，Vdmp為2μm。我國國內(nèi)有相當(dāng)數(shù)量的軸承廠的內(nèi)圓加工精度可以達(dá)到Z3、V3組低噪音深溝球軸承套圈磨加工工序間要求，但是需要先期分選，軸承套圈加工尺寸CPK值比較低。由于現(xiàn)有液壓控制和步進(jìn)電機(jī)控制的微型軸承磨床的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)偏低，導(dǎo)致機(jī)床零部件控制檢驗(yàn)指標(biāo)偏低，所以機(jī)床出廠實(shí)際水平參差不齊，部分綜合精度較差的產(chǎn)品也作為合格品流入軸承廠，一些設(shè)備甚至很難達(dá)到加工普通級(jí)軸承套圈的技術(shù)條件。現(xiàn)有的3MZ201A/1自動(dòng)軸承內(nèi)圓磨床相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)明顯不符合國內(nèi)普通級(jí)深溝球軸承的加工現(xiàn)狀，建議軸承行業(yè)相關(guān)部門盡快修訂微型軸承套圈磨床檢驗(yàn)細(xì)則，重新制定適合我國微型軸承套圈磨削工序生產(chǎn)實(shí)際的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。 再以3MZ131A/1自動(dòng)軸承內(nèi)圈溝磨床為例，該機(jī)床加工606套圈的內(nèi)徑溝道的標(biāo)準(zhǔn)為，Δdmp為20μm， ΔCir為1.2μm，磨削表面粗糙度Ra標(biāo)準(zhǔn)是0.32。日本的SG1-IR內(nèi)圈溝磨床加工693ZZ內(nèi)圈的內(nèi)徑，它的樣本標(biāo)準(zhǔn)為，Δdmp為外徑尺寸變動(dòng)值＋4μm，ΔCir為外徑圓度＋0.3μm，磨削面Ra標(biāo)準(zhǔn)是0.3 （圖3）。經(jīng)過調(diào)研的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國目前采用液壓系統(tǒng)和步進(jìn)電機(jī)定程控制尺寸的微型軸承溝道磨床的溝道尺寸散差大都在15－20μm之間，該類機(jī)床均達(dá)不到Z3、V3組低噪音深溝球軸承套圈磨加工工序間技術(shù)條件。*1 綜上所述，研制新一代伺服控制的軸承磨床，這是精密微型軸承磨床制造領(lǐng)域的不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。伺服系統(tǒng)控制的軸承磨床的性就是它能夠可靠的提高軸承套圈磨削表面的尺寸變動(dòng)值精度。軸承套圈工作表面批量尺寸分散精度的提高不僅給高精度軸承裝配自動(dòng)線打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，而且會(huì)對(duì)降低成套軸承的噪聲起到至關(guān)重要的作用。不僅軸承套圈內(nèi)圓表面的尺寸精度需要嚴(yán)格控制，而且對(duì)低噪聲軸承套圈的溝道直徑尺寸分散度也同樣需要關(guān)注。溝道直徑尺寸嚴(yán)重分散，意味著結(jié)構(gòu)尺寸的變更，可以改變軸承內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)特性，進(jìn)而導(dǎo)致噪聲分散范圍的增大。*2 高精度微型軸承磨床的研發(fā)主要有三種思路，種是學(xué)習(xí)消化的機(jī)床結(jié)構(gòu)全新開展設(shè)計(jì)工作；第二種是部分借用國內(nèi)現(xiàn)有機(jī)床合理的結(jié)構(gòu)，局部重新設(shè)計(jì)；第三種是僅改進(jìn)機(jī)床的進(jìn)給補(bǔ)償系統(tǒng)，將液壓控制和步進(jìn)電機(jī)控制更新為伺服系統(tǒng)控制。 第三種是的適合于單機(jī)的改進(jìn)思路，改進(jìn)成本較低。此種模式特別適用于舊機(jī)床的數(shù)控改造，也適用于曾經(jīng)批量生產(chǎn)過微型軸承磨床的企業(yè)。以內(nèi)表面軸承磨床為例，需要做的工作主要是重新設(shè)計(jì)工件架進(jìn)給機(jī)構(gòu)，將磨架進(jìn)給改為工件架進(jìn)給，這種改進(jìn)模式可以明顯提高原機(jī)床的尺寸分散精度，但機(jī)床其它技術(shù)指標(biāo)沒有太大的提高。 第二種研發(fā)思路適合于微型軸承磨超自動(dòng)線的磨床單機(jī)設(shè)計(jì)，主要是在原微型軸承磨床的基礎(chǔ)上根據(jù)低噪音軸承套圈加工精度的要求提高和嚴(yán)格控制機(jī)床關(guān)鍵零部件的加工精度。為了提高機(jī)床的可靠性和加工件精度的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)BOM對(duì)外購件的采購品牌和技術(shù)條件要嚴(yán)格標(biāo)定，即使外購件的精選要根據(jù)客戶的配置要求和訂單做適當(dāng)調(diào)整，但原則上不能夠超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的底線，這需要機(jī)床制造廠和軸承廠反復(fù)的溝通。 以內(nèi)圈溝磨床的為例，首先，將原兩套液壓進(jìn)給補(bǔ)償部分改為單伺服電機(jī)控制系統(tǒng)和一根滾珠絲杠，使工件架和修整補(bǔ)償架逆向同步移動(dòng)。其次，將滾動(dòng)軸承砂輪主軸系統(tǒng)改為靜壓或動(dòng)靜壓滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)，日本的SG1-IR機(jī)床采用的是非真圓單側(cè)銜接的靜承。采用靜壓或動(dòng)靜壓滑動(dòng)軸承軸系，砂輪的線速度可以穩(wěn)定達(dá)到80 M/s。我們用3MZ135自動(dòng)軸承內(nèi)圈溝磨床的軸系做過高速運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，在安裝上做過靜平衡的Φ500mm直徑砂輪的軸系建壓浮起后，變頻電機(jī)加到主軸4000R.P.M轉(zhuǎn)速過程前后，動(dòng)靜系均沒有顯著的噪聲和溫升，砂輪安裝一側(cè)徑向跳動(dòng)始終在1μm（千分表）刻度以內(nèi)。 在新一代微型軸承磨床的研制初期，采用第二種研發(fā)思路風(fēng)險(xiǎn)最小，見效較快，而且比較容易被我國大多數(shù)軸承廠的技術(shù)人員和操作工熟悉掌握。在取得一段時(shí)間的軸承廠車間磨削加工實(shí)踐之后，研發(fā)的方向就要轉(zhuǎn)向種思路?？梢詫I(yè)已成熟的小型軸承磨床的某些技術(shù)應(yīng)用到微型軸承磨床的設(shè)計(jì)當(dāng)中。比如大功率高速電主軸的應(yīng)用，國內(nèi)無錫開源機(jī)床集團(tuán)磨頭制造廠和洛陽軸承研究所已經(jīng)推出了120000R.P.M、功率可以達(dá)到1Kw的發(fā)蘭式電主軸，保修期限3個(gè)月。日本的M15H-UP電主軸轉(zhuǎn)速可以達(dá)到150000R.P.M，基準(zhǔn)輸出功率可以達(dá)到0.94Kw，保證期限不低于2000小時(shí)。未來全新設(shè)計(jì)的微型軸承磨床的磨頭將采用貫通式結(jié)構(gòu)，比之發(fā)蘭式電主軸，貫通式電主軸的轉(zhuǎn)速和功率可以達(dá)到更好的水平。目前，3MZ201A/1自動(dòng)軸承內(nèi)圓磨床磨削6200內(nèi)圈內(nèi)徑大都采用90000R.P.M轉(zhuǎn)速的電主軸，相當(dāng)一部分廠家還在采用60000R.P.M轉(zhuǎn)速的電主軸，如果使用Φ8mm直徑的砂輪，磨削線速度只達(dá)到35M/s，比之再小直徑的套圈內(nèi)徑磨削線速度甚至低于30 M/s，低線速度磨削不僅使整個(gè)磨削循環(huán)工作在一個(gè)低效的系統(tǒng)當(dāng)中，而且在低線度磨削系統(tǒng)中，軸承磨床很難達(dá)到更好的磨削表面質(zhì)量。在微型軸承套圈磨床實(shí)現(xiàn)高速磨削，是微型軸承套圈磨削的一個(gè)里程碑，它將使得微型軸承磨床CBN砂輪和金剛石滾輪等技術(shù)的應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。希望我國電主軸制造廠能夠在盡量短的時(shí)間內(nèi)，消化和吸收國外電主軸制造的的研究成果，在150000R.P.M以上轉(zhuǎn)速的磨頭制造精度和使用壽命方面不斷有新的突破。 生產(chǎn)低噪聲微型軸承，需要軸承套圈磨床的進(jìn)給頻率和工作電機(jī)轉(zhuǎn)速具有更寬的調(diào)速范圍和更精密的調(diào)速精度，的軸承磨床磨削系統(tǒng)能夠根據(jù)機(jī)床反饋的磨削數(shù)據(jù)適應(yīng)控制使之優(yōu)化和修正，使加工件表面測(cè)試分析的頻譜和磨削紋理更加合理，從而為降低整套軸承的噪聲和異音打下良好的基礎(chǔ)。 日本的SIG02α系列微型軸承用全自動(dòng)前內(nèi)圓磨床和SG1-IR微型軸承內(nèi)圈溝用全自動(dòng)圓筒磨床的加工節(jié)拍均為5.5sec（毛坯公差Φ0.09），在這個(gè)節(jié)拍條件下，該類機(jī)床能夠連續(xù)穩(wěn)定地加工P5級(jí)以上的微型軸承套圈，這是我們研發(fā)新一代微型軸承套圈磨床的目標(biāo)。制造適合我國軸承加工的需要，具有良好的性價(jià)比，同時(shí)又能夠達(dá)到水平的微型軸承套圈磨床，是提高我國微型軸承品質(zhì)的一個(gè)關(guān)鍵步驟。液壓系統(tǒng)控制的軸承磨床已經(jīng)被淘汰，步進(jìn)電機(jī)控制的軸承磨床也將淡出市場(chǎng)，我國新一代微型軸承套圈磨床的研發(fā)工作很有希望取得喜人的進(jìn)展，希望我國軸承行業(yè)同仁加強(qiáng)合作和交流，為提高我國微型軸承的加工水平而努力工作。