軸承制造技術(shù)——磨削加工

圖1  球軸承的磨削、超精加工工序?qū)嵗?/span>

1.1 平面磨削

用雙端面磨床磨削內(nèi)、外圈的兩端面。雙端面磨削是按規(guī)定的間隔、正確校準(zhǔn)并裝配兩塊砂輪，使套圈通過兩砂輪之間，以規(guī)定的尺寸與平行度精磨兩端面，能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的高效率加工。

1.2 縱向進(jìn)給貫穿無心磨

用縱向進(jìn)給貫穿無心磨床磨削外圈外徑。其方法為：無心磨床導(dǎo)輪、托板和砂輪3點(diǎn)支承外圈，導(dǎo)輪旋轉(zhuǎn)外圈，砂輪旋轉(zhuǎn)進(jìn)行磨削。由于并不具備如卡盤加工一樣的工件旋轉(zhuǎn)中心，所以稱為無心磨削，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2  縱向進(jìn)給貫穿無心磨

1.3 支承塊無心磨削

圖3為支承塊無心磨削示意圖。用支承塊分別支承已在磨削中的外徑面或內(nèi)溝，用電磁力將端面吸附到稱為支承板的夾具上，在主軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的狀態(tài)下磨削外溝或內(nèi)徑面。主軸中心與用支承塊支承的工件(外圈)中產(chǎn)生偏心，利用由于偏心與旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的推壓力，工件穩(wěn)定地在支承塊上旋轉(zhuǎn)。外徑與外溝可按恒定壁厚加工，能夠得到規(guī)定的溝與外徑的同心度與溝圓度。

圖3  外溝的支承塊式無心磨削

為實(shí)現(xiàn)圓弧狀的R形溝，要將砂輪成形為R形狀(砂輪修整)，復(fù)制并加工出該形狀。R形修整中，有以下方法：復(fù)制預(yù)先制作出了其R形狀的成形滾動(dòng)式砂輪修整器形狀；與旋轉(zhuǎn)單一金剛石修整工具進(jìn)行修整的方法。

內(nèi)溝也是支承塊式無心磨削，而該工序用支承塊支承被磨削的溝進(jìn)行磨削。因?yàn)橛弥С袎K支承磨削面，并不像前述的外溝磨削那樣，已處在成為圓度基準(zhǔn)面上，用該工序加工出新的圓度。為范成加工。該圓度的范成機(jī)理與外圈的無心磨削一樣，無心前托塊與后支塊相當(dāng)于無心磨床的托板與導(dǎo)輪。

1.4 超精加工

圖4為球軸承的超精加工示意圖。超精加工是將粒度細(xì)小的油石壓在旋轉(zhuǎn)的工件上(如內(nèi)、外圈)，與工件旋轉(zhuǎn)呈直角方向上給予微小的擺動(dòng)，精加工工件表面。至于球軸承溝道的超精加工，是以溝R中心為油石擺動(dòng)中心，進(jìn)行加工。此外，開始時(shí)，使用適應(yīng)于工件形狀的油石，由于并不實(shí)施油石的修整，利用由于油石磨耗導(dǎo)致的油石自銳作用，一邊維持油石形狀，一邊持續(xù)進(jìn)行加工。

圖4  球軸承的超精加工

超精加工表面為鏡面，由于凹凸少，油膜破裂難，所以具有以下特性：耐磨性、耐蝕性優(yōu)異；由于產(chǎn)生的加工熱量小，加工變質(zhì)層很薄，故承載能力高；與斷續(xù)式切削加工痕跡的磨削面不同，由于形成連續(xù)的切削加工痕跡，產(chǎn)品靜音性能好。

2 軸承加工技術(shù)方向

2.1 應(yīng)對(duì)難切削材料的加工技術(shù)

從磨削特性來看，高功能的新材料基本上屬于難切削材料，產(chǎn)生加工效率差，砂輪銳度維持難的問題。作為適應(yīng)于難切削材料的磨削技術(shù)，首先提及的是擴(kuò)大CBN砂輪的應(yīng)用范圍。CBN砂輪的磨粒硬度與鋒利度、壽命優(yōu)于傳統(tǒng)的氧化鋁砂輪，適合于難切削材料，但有修整性能及價(jià)格上(高)的問題，不過其應(yīng)用范圍在逐步擴(kuò)大。

2.2 應(yīng)對(duì)環(huán)境問題的加工技術(shù)

作為一項(xiàng)與環(huán)境協(xié)調(diào)的磨削加工技術(shù)是開發(fā)加工冷卻潤(rùn)滑液(冷卻液)。冷卻液被用于加工部位的潤(rùn)滑、冷卻、清洗，磨削加工的多數(shù)情況下是加工時(shí)產(chǎn)生熱量，根據(jù)表面精度質(zhì)量的要求，需大量使用冷卻液。正在開發(fā)的技術(shù)是用必要的最少量的冷卻液進(jìn)行磨削加工，以及利用霧滴及油霧冷卻的加工技術(shù)。

為了削減CO₂排放，首先采取的對(duì)策是提高磨床及超精加工機(jī)床的能源效率。但是，作為加工技術(shù)，如從去除加工所需的能源來看，磨削比車削需要更多的能源。因此，有必要通過削減磨削加工余量或硬車，以削減磨削的負(fù)荷，在整個(gè)工序上實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

2.3 應(yīng)對(duì)高精度化的加工技術(shù)

提高機(jī)床主軸軸承的旋轉(zhuǎn)精度，對(duì)電機(jī)軸承的振動(dòng)、靜音性等要求越來越高。

為提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度，通過磨削設(shè)備的低振動(dòng)、高精度化，優(yōu)化磨削條件，排除磨削狀態(tài)的干擾，以提高圓度，應(yīng)使用亞微米級(jí)圓度的主軸軸承。

為實(shí)現(xiàn)軸承的低振動(dòng)、靜音化，改善滾動(dòng)體滾動(dòng)面的超精加工質(zhì)量，有利于大大提高表面粗糙度與圓度等。

2.4 應(yīng)對(duì)低成本化的加工技術(shù)

對(duì)軸承的磨削技術(shù)也在提出低成本化要求。因此，提高自動(dòng)生產(chǎn)線的產(chǎn)量，開發(fā)低價(jià)格的生產(chǎn)線設(shè)備，生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)的省人化、無人化技術(shù)是必要的。

要提高產(chǎn)量，必須壓縮循環(huán)時(shí)間，提高設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率。為縮短作業(yè)周期，必須開發(fā)能壓縮上料等空轉(zhuǎn)時(shí)間的設(shè)備，開發(fā)提高磨削效率的技術(shù)。

為提高磨削效率，使用CBN砂輪、陶瓷砂輪的實(shí)例在增加，這類砂輪具備超過傳統(tǒng)的氧化鋁砂輪的磨粒強(qiáng)度與鋒利度。即便在超精加工工序中，也在通過砂輪的開發(fā)，確保削減磨削加工余量，謀求壓縮加工時(shí)間。

此外，為同時(shí)兼顧提高磨削效率與高精度化，有必要實(shí)現(xiàn)磨削設(shè)備的高剛度化、低振動(dòng)、高精度化，通過功能的集中與重新評(píng)價(jià)設(shè)備的制造工藝，開發(fā)能同時(shí)兼顧低成本及高效率、高精度化的設(shè)備。

在省人化、無人化操作系統(tǒng)方面，正在進(jìn)行的開發(fā)是，對(duì)于過去用人力實(shí)施的加工狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、金剛石磨具磨耗及機(jī)械的熱變形，不通過人力，能自動(dòng)地處理尺寸調(diào)整，交換磨具及設(shè)備異常時(shí)的處置等的系統(tǒng)。

2.5 適應(yīng)于多品種少批量生產(chǎn)的加工技術(shù)

作為應(yīng)對(duì)裝置(裝備)的更換方式，以包括在自動(dòng)化生產(chǎn)線上的搬送在內(nèi)的夾具、工具及修整裝置的交換，容易提高精度為目標(biāo)，正在開發(fā)在以上諸多方面做了精心考慮的加工設(shè)備與生產(chǎn)線。