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(jī)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(fù)雜,對其了解至今仍是最不充分的一個環(huán)節(jié)。這個復(fù)雜性表現(xiàn)在:所要求的性能指標(biāo)更多、精度更高;加工成形機(jī)理更復(fù)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(guān)鍵工序之一的磨削加工,如何采用新工藝,新技術(shù),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(wù)。
1.高速磨削技術(shù)
高速磨削能實現(xiàn)現(xiàn)代制造技術(shù)追求的兩大目標(biāo)提高產(chǎn)品質(zhì)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(dá)到45m/s以上稱為高速磨削。國內(nèi)外高速磨削早已廣泛應(yīng)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(dá)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(nèi)圓磨床等,外表面磨削砂輪線速度達(dá)120m/s,內(nèi)表面磨削線速度達(dá)60m/s~80m/s。
增大砂輪驅(qū)動(傳動)系統(tǒng)的功率和提高機(jī)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(guān)鍵的部件。在高速磨削中,砂輪除應(yīng)具有足夠的強(qiáng)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。
2.CBN砂輪磨削技術(shù)
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(dǎo)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(dá)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(yīng)力小,表層應(yīng)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(jìn)行套圈磨削加工是種新的加工技術(shù),應(yīng)用前景非常廣闊,但需要研究解決下列技術(shù):CBN砂輪的制造技術(shù)、修整技術(shù)、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(jìn)行軸承套圈磨削國外早已進(jìn)行了研制并應(yīng)用于生產(chǎn)中,并稱其為“生產(chǎn)加工技術(shù)的一場大革命”。從1982年以來,CBN砂輪在日本已大批應(yīng)用,并且高速增長。
3.外表面磨削砂輪自動動平衡技術(shù)
對于外表面磨削,由于砂輪較大并且為非均質(zhì)組織體,砂輪系統(tǒng)重心總是偏離主軸中心,高速旋轉(zhuǎn)時必然引起砂輪系統(tǒng)及其整個機(jī)床的振動,直接影響機(jī)床的使用壽命。在此情況下,磨削加工將難以達(dá)到高精度,易導(dǎo)致工件表面產(chǎn)生磨削振紋,波紋度增大。
機(jī)床砂輪上直接安裝上機(jī)械的或其他方式的自動動平衡裝置,開機(jī)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(shù)的突破推動了磨削技術(shù)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(jī)床振動,長期保持機(jī)床的原有精度。
4.快速消除內(nèi)表面磨削空程的技術(shù)
在所有軸承磨加工設(shè)備中,內(nèi)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(yīng)的系統(tǒng)機(jī)構(gòu)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(nèi)表面磨削的工藝過程進(jìn)入深入的研究,除了最大限制地發(fā)揮機(jī)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(guān)鍵,因為磨削空程占整個磨削時間的10%左右。
目前,國內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的快速消除磨削空程的技術(shù)有以下幾種:控制力磨削技術(shù),恒功率磨削技術(shù),利用主動測量儀技術(shù)和測量電主軸電流技術(shù)。
5.交流變頻調(diào)速技術(shù)
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(lǐng)域已采用高線速度磨削,為了提高磨削效率、保證磨削質(zhì)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(jìn)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。