机械制造业高精度、高效率、智能化和柔性化的发展方向及磨超加工的重要性

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一、简介：机械制造业作为整个工业的基础，正朝着高精度、高效、智能化、柔性化的方向发展。磨削和超精加工（简称“磨超加工”）往往是机械产品的最终加工步骤，其机械加工的质量直接影响产品的质量和性能。作为机械工业的基础零件之一，在轴承的生产中，套圈的磨削和超加工是决定套圈零件乃至整个轴承精度的主要环节。滚动表面的磨削和超加工也影响轴承寿命和轴承减振。噪声的主要部分。因此，磨削和超加工一直是轴承制造技术领域的关键和核心技术。

在国外轴承行业，20世纪60年代已形成稳定的套圈磨削超加工工艺和基本方法，即：双端面磨削-无心外圆磨削-滚道切入无心磨削-滚道超精磨削加工。除特殊结构的轴承需要多道工序外，批量生产的套圈均按此工序加工。几十年来该工艺没有发生根本性的改变，但这并不意味着轴承制造技术没有发展。简单地说，20世纪60年代，“双端面—无心外圆—切入磨—超精研”工艺流程被确立和发展，相应地一系列切入式无心磨床和超精研机床诞生了。加工精度达到3~5um，单件加工时间13~18s（中小尺寸）。 20世纪70年代主要以60m/s高速磨削、控制力磨削技术和控制力磨床的应用为主。以集成电路为特征的电子控制技术数字控制技术得到广泛应用，从而提高了磨床和工艺的质量。稳定性好，零件加工精度达到1~3um，零件加工时间10~12s。 20世纪80年代以来，工艺和设备的加工精度不再是问题。主要发展方向是在质量稳定的前提下追求制造系统效率更高、调整更容易、数控化和自动化。

2、轴承套圈的磨削 在轴承生产中，磨削劳动力约占总劳动力的60%，所用磨床数量约占所有金属切削机床的60%。磨削成本占整个轴承成本的10%。超过15%。对于高精度轴承，这些比例对于磨削操作来说更大。另外，磨削是整个加工过程中最复杂的部分，对其认识还最不完整。这种复杂性体现在：需要更多的性能指标和更高的精度；加工成型机理较复杂，影响加工精度的因素较多；加工参数在线检测困难。因此，对于磨削这一轴承生产的关键工序之一来说，如何利用新工艺、新技术高精度、高效率、低成本地完成磨削加工是磨削加工的主要任务。

2.1高速磨削技术高速磨削可以实现现代制造技术追求的两大目标和提高产品质量和劳动效率。实践证明，若磨削速度由35m/s提高到50~60m/s，一般生产效率可提高30%~60%，砂轮的耐用度可提高0.7~1倍左右，工件表面粗糙度参数值降低约50%。一般磨削速度在45m/s以上称为高速磨削。国内，我院于1980年代研制的ZYS-811型全自动轴承内圆磨床，是国内轴承行业率先将高速磨削技术应用于套圈磨削加工，并成功开发出高刚性、高转速的内圆磨床。 、大功率配套设备。电主轴和高速砂轮。高速磨削在国内外早已得到广泛应用，并且随着CBN等高磨削比、高耐久性超级磨料的广泛使用，砂轮的磨削速度已达到80～120m/s，甚至更高。例如：德国、日本KOYO公司的无心磨床、日本TOYO公司的轴承内圆磨床等，外表面磨削砂轮线速度达到120m/s，内表面磨削线速度达到60m/s 〜80m/s。增大砂轮驱动（传动）系统的功率、提高机床刚性是实现高速磨削的重要措施，而高速主轴单元是高速磨床最关键的部件。在高速磨削中，砂轮不仅要有足够的强度，还要保证良好的磨削性能，以达到高磨削效果。此外，冷却装置也是实现高速磨削不可缺少的装置之一。

2.2 CBN砂轮磨削技术立方氮化硼磨料简称CBN磨料，用它制成的砂轮称为CBN砂轮。它主要具有以下特点：（1）硬度高、导热率高、热稳定性好，可耐1300～1500℃高温。 ⑵高耐用性、低磨损，磨削比可达4000～10000（磨削比是指磨削过程中去除的工件材料量与砂轮磨损量的比值），而普通刚玉砂轮仅50～80。 ⑶磨削力小，磨削热小，工件受力小，表面应力薄或无。 ⑷辅助时间（修整砂轮、更换砂轮）大大减少。对于我国轴承行业来说，采用CBN进行套圈磨削是一种新的加工技术，具有非常广阔的应用前景，但需要研究解决以下技术：CBN砂轮制造技术、修整技术、专用轴承磨床和磨削冷却液体等

由于CBN砂轮具有良好的加工特性，因此采用CBN砂轮磨削轴承套圈，国外早已开发并应用于生产，被称为“生产加工技术的一次伟大革命”。 1982年以来，CBN砂轮在日本得到广泛应用，并迅速发展。

2.3外表面磨削砂轮自动动平衡技术。对于外表面磨削，由于砂轮较大且为非均质组织，因此砂轮系统的重心总是偏离主轴中心。当高速旋转时，砂轮系统及其整个机床将不可避免地受到损坏。振动直接影响机床的使用寿命。在这种情况下，磨削过程中就很难达到高精度，容易在工件表面造成磨削振动纹，增加波纹度。机械或其他自动动平衡装置直接安装在机床的砂轮上。启动后，迅速直接接近最平衡的位置。自动平衡比较完善，可以省去砂轮的静平衡。这项技术的突破促进了磨削技术的发展。同时可以大大延长砂轮、修整金刚石和主轴轴承的寿命，减少机床振动，长期保持机床原有精度。

2.4 快速消除内表面磨削间隙的技术 在所有轴承磨削加工设备中，内表面磨床的水平具有标志性意义。这主要是因为磨削孔径限制了砂轮尺寸及相应的系统机构设定参数，从根本上限制了工艺系统的刚性，同时要求加工精度较高。这些都需要我们对内表面磨削工艺进行深入研究。除了最大限度地发挥机床和砂轮的切削能力外，减少辅助磨削时间是提高磨削效率的关键，因为磨削空程约占整个磨削时间的10%。目前，国内外广泛采用以下技术来快速消除磨削间隙：控制力磨削技术、恒功率磨削技术、主动测量仪技术和电主轴电流测量技术。

2.5 CNC数控技术和交流伺服技术。交流伺服电机与PLC可编程控制器的定位模块和伺服放大器连接构成伺服系统。伺服电机本身带有一个光学旋转编码器，将其输出信号馈送到伺服放大器可以形成半闭环控制系统。高速（）和低速时都能保证定位精度。采用伺服系统可完成快速跳跃、快速趋势、修整补偿、粗磨、精磨等，大大简化了机床进给机构，大大提高了性能可靠性。

2.6交流变频调速技术磨削过程中，砂轮线速度随着砂轮消耗而逐渐降低，起止线速度之比约为3：2。目前砂轮磨削领域已采用高线速度磨削。为了提高磨削效率，保证磨削质量的一致性，利用可编程控制器的计算功能，计算出砂轮每次修整后的砂轮半径，进而计算出维护值。变频器输入砂轮恒定线速度，传输至交流变频器，保证砂轮线速度保持不变。

3、轴承套圈的超精加工。超精加工方法从20世纪30年代中期开始发展。它是为轴承滚动表面的加工而成立的。是一种精密、经济的加工技术。随着机械加工零件精度和表面质量要求的不断提高，超精加工的应用越来越广泛。在我们轴承制造的精加工工序（抛光、砂带磨削、超精加工和超精加工）中发挥着重要作用。超精加工，简称“超精加工”，一般是指在良好的润滑条件下，被加工工件以一定的速度旋转，油石按一定的压力对工件的加工表面进行弹性压紧，并垂直于工件旋转。能按一定图案在往复摆动运动中自动完成的精加工加工方法。

超精磨削的整个过程包括修整、恒切、抛光三个独立且截然不同的阶段（又分为：切削阶段或自锐阶段、半切削阶段、精加工阶段）。并且整个过程在基本工艺参数（如切削速度、油石压力和硬度、振荡频率、磨料类型、工件材料、润滑冷却液等）不变的情况下自动完成。

3.1 超精加工的优点 3.1.1 可有效减少圆偏差（主要是波纹度）。 3.1.2 可有效提高滚道母线的直线度或加工成所需的凸形形状。 3.1.3 可去除磨削变质层，降低表面粗糙度值。 3.1.4 可使表面产生残余压应力。 3.1.5 能在加工表面形成理想的十字图案，纹理均匀、细腻。 3.1.6 可增加工作接触支撑面积。

3.2超精加工对滚动轴承工作性能的影响3.2.1提高轴承的旋转精度，降低轴承的振动和噪声。 3.2.2提高轴承的承载能力。 3.2.3提高轴承的润滑效果，减少磨损。 3.2.4减少轴承运转时产生的热量。

3.3 超精磨加工技术 3.3.1 油石制造技术 它决定了油石的性能，是超精磨技术存在的前提。使用要求是：油石切削性能好，损耗慢，有足够的强度。其中，陶瓷与CBN超级精油石结合，可以保持持续较高的切削速率，同时磨损量很小，临界压力较高，可以大大提高工件加工的整体质量和均匀性。钻石超级精油石可以达到最高的切削率、最小的磨损率和最佳的表面抛光效果。立方碳化硅油石与金刚石立方氮化硼相似。其切削力和加工质量仅次于前两者，高于普通碳化硅。 3.3.2 超精加工工艺技术 超精加工技术将整个超精加工过程分为粗超精加工和精超精加工两个阶段。在粗超阶段，油石磨料比较锋利，油石压力高，工件转速低，刀头摆动频率高，因此切削能力强，是去除毛刺的主要阶段。工件加工量。精加工阶段，油石磨料相对钝化，油石压力低，工件转速高，刀头摆动频率低，因此切削能力减弱，对工件表面的抛光作用加强，且表面粗糙度值大大降低。

其中，一序两级法、一序两步法、油石自动补偿技术、油石自动供给技术、粗细超级油石自动转换技术、高频小振荡加低频大往复的方式在国内外设备中均采用。有一些应用程序。 3.3.3 工件定位技术 目前，滚道超精磨床常用的工件定位方式有：机械端面滚子压缩无心夹紧、液压定心端面滚子机械压缩夹紧、双滚子驱动端面夹紧 无心夹紧。 3.3.4 润滑和冷却技术 润滑液在超精加工过程中具有三个主要作用：冲洗和冷却、润滑和形成吸附油膜。超精加工对润滑和冷却的要求：粘度合适、防锈功能、挥发性低、可重复使用。超精加工对润滑冷却液的过滤精度有严格的要求，因此必须采用高精度的过滤装置来保证。

综上所述，工艺与工装专业委员会围绕中轴协技术委员会“十五”攻关项目要求打造高品质滚子轴承，重点开展以下研究： 1、磨损问题和轴承滚子的超调。其中，滚子冠对数曲线超精技术已在“八五”期间获得成功。目前主要是推广应用，提高超精密系统的可靠性和稳定性。 2、开发、研究和完善套圈滚道冠超精密机床。这项技术研究虽然取得了一定的成果，但距离达到SKF先进的物理水平还很远。 3、凸边超细磨削技术及设备开发。 4、滚子端面超精加工技术及装备开发研究。 5、推进新型油石产业化工程和推广应用。 6、将上述先进、最新的专利技术应用于滚子轴承磨削设备的技术改造和新一代设备的开发。同时大力推进滚子轴承自动化生产装配线的研发。