軸承套圈磨削超精研加工一體機(jī)

陸弘道

(上海萊必泰數(shù)控機(jī)床股份有限公司，上海 200083)

現(xiàn)有的中小型軸承內(nèi)、外圈磨削超精研生產(chǎn)線由生產(chǎn)設(shè)備與聯(lián)線裝置組合而成。生產(chǎn)設(shè)備為加工軸承各部位的磨床和超精研機(jī)，根據(jù)軸承套圈類型不同，可選用相應(yīng)的種類及數(shù)量；聯(lián)線裝置由輔助設(shè)備和連接機(jī)構(gòu)組成。由于組成聯(lián)線的設(shè)備及裝置較多，各部分運(yùn)行的協(xié)調(diào)性、可靠性和準(zhǔn)確性將直接影響整條生產(chǎn)線的加工效率和穩(wěn)定性。

已申請(qǐng)發(fā)明專利的軸承內(nèi)、外圈磨削超精研加工一體機(jī)采用CNC控制，通過(guò)工藝過(guò)程集成，一次送料可以將一個(gè)零件的部分加工過(guò)程全部完成，軸承內(nèi)、外圈的磨(溝道、擋邊、鎖口及內(nèi)圓)加工、精度檢測(cè)和超精研工序，在同一臺(tái)機(jī)床上完成。下文以角接觸球軸承套圈的磨超一體機(jī)為例進(jìn)行說(shuō)明。

1 磨削超精研生產(chǎn)線的配置

內(nèi)圈加工設(shè)備由溝道(鎖口)磨床、內(nèi)圓磨床和溝道超精研機(jī)組成；外圈加工設(shè)備由擋邊磨床、溝道(鎖口)磨床和溝道超精研機(jī)組成；聯(lián)線裝置組成部分為：供料機(jī)(配在自動(dòng)線首位，儲(chǔ)備工件供自動(dòng)線使用)、擒縱器(控制單個(gè)工件下落，防止后續(xù)套圈過(guò)多)、下料槽(利用工件自重向下、向前移動(dòng)，適用于小型套圈)、提升機(jī)(將工件由低位向高位提升，達(dá)到預(yù)定位置)、平送機(jī)(將工件由前位向后位輸送，達(dá)到預(yù)定位置)、擋料器(使運(yùn)動(dòng)的工件改變移動(dòng)方向，適用于小型套圈)、接料器(使工件按要求滑入料槽，適用于小型套圈)、認(rèn)面器(控制工件端面大小，適用于不等端面寬度的套圈)、退磁機(jī)(減少工件中的剩磁，適用于磁性?shī)A具加工后的套圈)、清洗機(jī)(清洗工件，適用于磨加工設(shè)備加工后的套圈)、檢測(cè)機(jī)(測(cè)量加工后工件精度，信息反饋給主機(jī)后修正進(jìn)給量參數(shù))、旋轉(zhuǎn)器(使工件在移動(dòng)的水平面上改變方向，適用于中大型套圈)、翻轉(zhuǎn)器(使工件在移動(dòng)的垂直面上改變方向，適用于中大型套圈)和理料機(jī)(配在自動(dòng)線尾部，用以整理、排放工件)。

采用最簡(jiǎn)配置生產(chǎn)線對(duì)角接觸球軸承內(nèi)、外圈進(jìn)行磨削超精研加工的工藝過(guò)程分別如圖1、圖2所示，生產(chǎn)線中加工設(shè)備的布局如圖3、圖4所示。該生產(chǎn)線的不足之處為：(1)整個(gè)生產(chǎn)線需要6～12臺(tái)加工設(shè)備和8～14臺(tái)輔助設(shè)備及聯(lián)線機(jī)構(gòu)，占地面積大于60 m2；(2)較長(zhǎng)的工藝路線和眾多的加工工位，造成設(shè)備基準(zhǔn)安裝累計(jì)誤差和工件定位基準(zhǔn)面損傷概率增大；(3)每臺(tái)設(shè)備機(jī)械、電氣及冷卻等裝置自成系統(tǒng)，部件利用率低，能源消耗量大，環(huán)保性較差。

圖1 角接觸球軸承內(nèi)圈磨削超精加工流程圖

圖2 角接觸球軸承外圈磨削超精加工流程圖

圖3 角接觸球軸承內(nèi)圈磨削超精加工設(shè)備布局

圖4 角接觸球軸承外圈磨削超精加工設(shè)備布局

2 磨削超精研加工一體機(jī)

一體機(jī)的設(shè)計(jì)方案是將內(nèi)、外圈磨削、超精研生產(chǎn)線設(shè)計(jì)為一臺(tái)設(shè)備，即一臺(tái)機(jī)床即為一條生產(chǎn)線；設(shè)計(jì)一套級(jí)進(jìn)夾具，使軸承套圈一次送料，完整加工；將設(shè)備及裝置按自成體系的動(dòng)作要求，集成為一個(gè)程序控制全部或單個(gè)工序系統(tǒng)。中小型軸承內(nèi)、外圈磨削超精研一體機(jī)組成結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 中小型軸承內(nèi)、外圈磨削超精研一體機(jī)立面圖

一體機(jī)中擋邊裝置用來(lái)磨削軸承套圈的擋邊表面，置于工序的首位, 輸送機(jī)確認(rèn)基準(zhǔn)面后上料，擋邊加工結(jié)束后輸送機(jī)下料到滾道加工部分；滾道(溝道)鎖口裝置用來(lái)磨削軸承套圈的滾道或溝道及鎖口表面，置于擋邊部分之后, 輸送機(jī)上料、加工后再由輸送機(jī)下料到內(nèi)徑加工部分；內(nèi)徑裝置用來(lái)磨削內(nèi)圈內(nèi)圓表面，置于滾道部分之后, 輸送機(jī)上料、加工后再由輸送機(jī)下料到檢測(cè)分選裝置，再到超精加工部分；超精研裝置超精研軸承套圈滾道或溝道表面，置于內(nèi)徑部分之后, 輸送機(jī)上料、加工后再由輸送機(jī)下料后整理外出。上述4個(gè)裝置由各自的砂輪主軸(油石擺動(dòng)機(jī)構(gòu))、工件軸、修整器及夾具組成，分別替代了現(xiàn)有滾道(溝道)、擋邊(鎖口)、內(nèi)徑及超精工序加工的單獨(dú)設(shè)備。

3 一體機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)

(1)高速化。機(jī)床結(jié)構(gòu)采用優(yōu)化和輕量化設(shè)計(jì)，減少輸送環(huán)節(jié)，利于加工的高速化；機(jī)械手、連桿等運(yùn)動(dòng)部件采用輕合金材料，減小慣性，縮短工件上、下料時(shí)間；組合夾具偏心量采用機(jī)外調(diào)試，縮短工件換型時(shí)間；采用集中數(shù)控編程技術(shù)，協(xié)調(diào)各部位的相關(guān)動(dòng)作，關(guān)鍵工序避免停頓時(shí)間；采用高速電主軸和高速伺服進(jìn)給驅(qū)動(dòng)，縮短加工時(shí)間。

(2)精密化。一體機(jī)將使加工精度由生產(chǎn)線的微米時(shí)代進(jìn)入亞微米時(shí)代。采用自制內(nèi)置式電主軸，減少振動(dòng)；修正結(jié)構(gòu)采用門式結(jié)構(gòu)，提高剛性；減少各工序在同時(shí)加工中振動(dòng)的相互影響，采用機(jī)械阻尼減小各工序加工時(shí)產(chǎn)生的振幅量，采用動(dòng)作程序控制降低相同振動(dòng)頻率同時(shí)出現(xiàn)的概率，系統(tǒng)控制動(dòng)作程序，在無(wú)進(jìn)給時(shí)避免振源的影響。

(3)從工序復(fù)合到完整加工。布局從多工序分散加工集成到完整加工，在一臺(tái)機(jī)床上完成軸承套圈(溝道、擋邊、內(nèi)圓)磨削和超精研的全部工序，由于減少了輸送和裝卡環(huán)節(jié)，易于保證整個(gè)過(guò)程的高可靠性和實(shí)現(xiàn)無(wú)裝卡誤差生產(chǎn)。此外，完整加工縮短了加工過(guò)程鏈和輔助時(shí)間，減少了機(jī)床臺(tái)數(shù)，簡(jiǎn)化了物料流，提高了生產(chǎn)設(shè)備的柔性，并減小生產(chǎn)總占地面積。

(4)信息化。布局考慮機(jī)床信息化的一體機(jī)配備有信息塔，實(shí)現(xiàn)了加工狀況的自主管理。信息塔具有語(yǔ)音、文本和視像等通信功能；可與生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，也可與手機(jī)聯(lián)絡(luò)，下載工作指令和加工程序；工件試加工時(shí)，可在屏幕上觀察加工過(guò)程；信息塔實(shí)時(shí)反映機(jī)床工作狀態(tài)和加工進(jìn)度，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和磨具壽命管理，以及故障報(bào)警顯示和在線幫助排除。

(5)智能化。一體機(jī)具有在線測(cè)量、監(jiān)控和補(bǔ)償功能，對(duì)套圈位置的自動(dòng)檢測(cè)和其閉環(huán)反饋控制是本機(jī)的主要特征之一。為了進(jìn)一步提高加工精度，機(jī)床的圓周運(yùn)動(dòng)精度和磨具接觸點(diǎn)的空間位置，可以通過(guò)主動(dòng)測(cè)量后，輸入數(shù)控系統(tǒng)加以補(bǔ)償。機(jī)床配備各種微型傳感器，以監(jiān)控磨削力、振動(dòng)及熱變形等所產(chǎn)生的誤差，并自動(dòng)加以補(bǔ)償或調(diào)整，以提高機(jī)床的工作精度和穩(wěn)定性。

(6)直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)。一體機(jī)將電動(dòng)機(jī)與機(jī)械部件集成為一體，成為機(jī)電一體化的功能部件，選用直線伺服電動(dòng)機(jī)、電主軸和力矩電動(dòng)機(jī)等，簡(jiǎn)化了機(jī)床結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)床的剛度和動(dòng)態(tài)性能，加快了運(yùn)動(dòng)速度，提高了加工精度。

(7)可重組制造系統(tǒng)。機(jī)床布局考慮了可重構(gòu)性和制造系統(tǒng)的可重組性，通過(guò)數(shù)控加工單元改變可以加工深溝球軸承、角接觸球軸承及調(diào)心球軸承[1-3]，采用功能部件的模塊化變換可以加工特殊軸承套圈及其他相關(guān)零件[4]。

(8)系統(tǒng)可靠度高。一體機(jī)布局緊湊，考慮了自動(dòng)調(diào)整干涉防碰撞功能、斷電保護(hù)功能、加工零件主動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)補(bǔ)償反饋功能、軸承套圈結(jié)構(gòu)變化可進(jìn)行智能化參數(shù)選用功能和加工過(guò)程自動(dòng)消除機(jī)床振動(dòng)等功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

中小型軸承內(nèi)、外圈磨削超精研一體機(jī)的產(chǎn)生，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)軸承套圈加工設(shè)備的發(fā)展。與現(xiàn)有的加工工藝及生產(chǎn)線相比[5-6]，一體機(jī)占地面積降低了75%，使用材料降低50%以上，總能耗降低約70%，同時(shí)，采用油氣潤(rùn)滑取代油霧潤(rùn)滑，減少了對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的污染。一體機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，機(jī)床零部件的超精加工和精密裝配，高精度的全閉環(huán)控制和溫度、振動(dòng)等動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償技術(shù)，使機(jī)床的加工精度大大提高，將促使套圈的加工進(jìn)入亞微米、納米級(jí)超精加工時(shí)代。