濟南市鴻慷機電設備有限公司位于交通便利的泉城濟南，是全球生產滾動軸承和直線運動產品的領導企業---德國舍弗勒集團在山東的授權代理商。公司專營舍弗勒集團旗下兩大品牌INA軸承和FAG軸承，是一家順應經濟發展需要而誕生的專業化新型高端軸承公司。多年來一直從事軸承的銷售和售后技術支持，在機械行業技術方面有著非常豐富的經驗，今天濟南鴻慷機電進口軸承專家為大家介紹一下軸承套圈加工技術水平分析及解決方案。
1． 前言
作為整個工業基礎的機械制造業，正在朝著高精度、高效率、智能化和柔性化的方向發展。磨削、超精研加工（簡稱“磨超加工”）往往是機械產品的終極加工環節，其機械加工的好壞直接影響到產品的質量和性能。作為機械工業基礎件之一軸承的生產中，套圈的磨超加工是決定套圈零件乃至整個軸承精度的主要環節，其中滾動表面的磨超加工，則又是影響軸承壽命以及軸承減振降噪的主要環節。因此，歷來磨超加工都是軸承制造技術領域的關鍵技術和核心技術。
國外軸承工業，60年代已形成一個穩定的套圈磨超加工工藝流程及基本方法，即：雙端面磨削——無心外圓磨削——滾道切入無心磨削——滾道超精研加工。除了結構特殊的軸承，需要附加若干工序外，大量生產的套圈均是按這一流程加工的。幾十年來，工藝流程未出現根本性的變化，但是這并不意味著軸承制造技術沒有發展。簡要地說，60年代只是建立和發展“雙端面——無心外圓——切入磨——超精研”這一工藝流程，并相應誕生了成系列的切入無心磨床和超精研機床，零件加工精度達到3～5um，單件加工時間13～18s（中小型尺寸）。70年代則主要是以應用60m/s高速磨削、控制力磨削技術及控制力磨床大量采用，以集成電路為特征的電子控制技術的數字控制技術被大量采用，從而提高了磨床及工藝的穩定性，零件加工精度達到1～3um，零件加工時間10～12s。80年代以來，工藝及設備的加工精度已不是問題，主要發展方向是在穩定質量的前提下，追求更高的效率，調整更方便以及制造系統的數控化和自動化。
2． 軸承套圈的磨削加工
在軸承生產中，磨削加工勞動量約占總勞動量的60%，所用磨床數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節。這個復雜性表現在：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；加工參數在線檢測困難。因此，對于軸承生產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。
2．1 高速磨削技術
高速磨削能實現現代制造技術追求的兩大目標提高產品質量和勞動效率。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）系統的功率和提高機床的剛性，是實現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，冷卻裝置也是實現高速磨削不可缺少的裝置之一。
2．2 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中，并稱其為“生產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。
2.3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，砂輪系統重心總是偏離主軸中心，高速旋轉時必然引起砂輪系統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。
2．4 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機構集合參數，從根本上限制了工藝系統的剛性，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。
2．5 CNC數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，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控制系統。在高轉速（3000rpm）及低速運轉都能保證定位精度，使用伺服系統可以完成快跳、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。
2．6 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。
3． 軸承套圈的超精研加工
超精研加工方法是從30年代中期開始發展起來的，其創立就是針對軸承滾動表面加工的，它是一種精密的、經濟的加工工藝，隨著機械加工零件精密度及表面質量要求的不斷提高，超精研加工得到愈來愈廣泛的應用。在我們軸承制造的光整加工（拋光、砂布帶研磨、超精磨和超精研）中占據重要地位。
超精研加工，簡稱“超精加工”，一般是指在良好的潤滑條件下，被加工工件按一定的速度旋轉，油石按一定的壓力彈性地壓工件加工表面上，并在垂直于工件旋轉方向按一定規律作往復振蕩運動的一種能夠自動完結的光整加工方法。
超精研工整個過程包括獨立的區分明顯的三個階段：修整、恒定切削、磨光（也有分為：切削階段或自銳階段、半切削階段、光整階段）。并且整個過程在基本工藝參數（如切削速度、油石壓力和硬度、振蕩頻率、磨料種類、工件材料以及潤滑冷卻液等）不變的條件下自動完結。
3．1 超精研加工的優點
3.1.1 能有效的減小圓形偏差（主要是波紋度）。
3.1.2 能有效地改善滾道母線的直線性或加工成所需要的凸度形狀。
3.1.3 能去除磨削變質層，降低表面粗糙度值。
3.1.4 能使表面具有殘余的壓應力。
3.1.5 能夠在加工表面形成紋理均勻細膩的、較理想的交叉紋路。
3.1.6 能使工作接觸支承面積增大。
3．2 超精加工對滾動軸承工作性能的影響
3.2.1 提高軸承的旋轉精度，減低軸承的振動和噪聲。
3.2.2 提高軸承的承載能力。
3.2.3 提高軸承的潤滑效果，減小磨損。
3.2.4 減小軸承工作時的發熱。
3．3 超精研加工技術
3.3.1 油石制造技術
它決定油石的使用性能，是超精研技術存在的前提，使用上要求：油石切削性能要好，損耗要慢，又要有足夠的強度。
其中，陶瓷結合CBN超精油石，能夠保持連續不變的高切削率，同時磨損量非常小，臨界壓力高，可大大提高工件加工的整體質量和統一性。金剛石超精油石，能夠獲得最高的切削率，最小的磨損率和最佳的表面精研效果。立方體碳化硅油石，類似于金剛石立方體氮化硼，切削力和加工質量僅次于前兩者，比一般的碳化硅高。
3.3.2 超精加工工藝技術
超精加工工藝上將整個超精研過程分為粗超和精超二個階段。粗超階段中油石磨料比較鋒利，油石壓力較高，工件轉速較低，擺頭頻率較高，因而切削能力強，是去除工件加工量的主要階段。精超階段中油石磨料相對鈍化，油石壓力較低，工件轉速較高，擺頭頻率較低，因而切削能力減弱，對工件表面的拋光作用加強，大大降低表面粗糙度值。
其中，一序二段法，一序二步法，油石自動補償技術，油石自動供給技術，粗、精超油石自動變換技術和高頻小振蕩加低頻大往復技術等都在國內或國外設備上有所應用。
3.3.3 工件定位技術
目前滾道超精研機常用的工件定位方式有下列幾種：端面滾輪機械壓緊式無心夾緊，液壓定心端面滾輪機械壓緊式夾緊，雙滾輪驅動端面壓緊式無心夾緊。
3.3.4 潤滑冷卻技術
超精加工時潤滑液主要三個作用：沖洗冷卻，潤滑，形成吸附油膜。
超精加工對潤滑冷卻的要求：適當的粘度，防銹功能，揮發性小，重復使用。
超精加工對潤滑冷卻液的過濾精度有嚴格的要求，因此必須有高精度的過濾裝置來保證。
綜上所述，工藝工裝專業委員會圍繞中軸協技術委員會“十五”攻關項目要求，打造精品滾子軸承，重點研究如下：
1.軸承滾子的磨、超問題。其中滾子凸度對數曲線超精技術在“八五”就已取得成功，目前主要是是推廣應用和提高超精系統的可靠性、穩定性問題。
2.開發研究并完善的套圈滾道凸度超精機。雖然此項技術研究已取得一定的成果，但距離達到SKF公司的先進的實物水平還差一定的距離。
3.對檔邊的帶凸度超精研技術及裝備開發。
4.滾子的端面超精技術研究及設備開發。
5.推動新型油石的產業化工程和普及與應用。
6.將上述先進的、最新的專利技術應用到滾子軸承的磨超設備技術改造和新一代設備研發上來。同時大力推進滾子軸承的自動生產裝配線的研發。
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——責任編輯：濟南鴻慷機電設備公司01銷售顧問
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