滾動軸承在曲軸磨床改造中的應用

天潤曲軸股份有限公司（山東 文登 264400) 叢建臣 宋文友 周揚帆 于新貴

我公司是發動機曲軸專業生產企業，年產各類型號曲軸能力達百萬根。隨著科學技術的進步，對發動機零部件的技術要求越來越嚴，諸如曲軸軸頸形狀公差圓度0.005mm，圓柱度0.01mm，止推擋距尺寸公差0.047mm。以此便知，在其加工工藝中，軸頸磨削是至關重要的工序，我公司從采用普通曲軸磨床到現今高端數控CBN磨床，從國產到進口，應有盡有。通過多年的維護維修，摸索到磨床軸承的合理選用，能有效地保證產品的質量、效率及使用壽命。現介紹給同仁，以求共享。

1.動靜壓軸承使用中暴露的問題

動壓或靜壓軸承是分別依靠軸轉動和外供壓力油在軸與軸承間形成一層壓力油膜，從而處于液體摩擦下工作的，我公司使用國產H系列曲軸磨床和進口SAIMP曲軸磨床，其磨頭都是采用這一原理制成的。這種結構的軸瓦結構比較簡單，但通過多年的使用，我們發現它有下列不足之處。

(1)泄漏與污染 特別是泄漏，雖然有較好的設計制造和維護，也只能做到使油液的泄漏減少到最低限度，卻無法使系統完全地保證油液的清潔而不漏，因此污染不可避免。

(2)油液的黏度變化 油液的黏度隨著溫度而變化，這是不能避免的物理特性。因此溫度的變化使工作機構在運動中也發生變化。為了解決這種現象，要使用溫度控制裝置來保證工作機構的正常運動。

(3)氣體的滲入 在系統設計不良和密封裝置出現不當的情況下，空氣極容易進入系統，從而使機床磨削產生振動、噪聲等現象。

(4)機床零件的制造質量 零件的加工質量要求較高，為了減少泄漏、摩擦，往往要求零件的加工精度較高，如果是旋轉體的加工，還有一個同軸度的要求，所以加工有較大的難度，特別是靜壓壓腔的加工一般廠家極難做好。

(5)系統故障 液壓系統的故障極不易檢查和排除，因為造成故障的原因較多，有些還純是偶然的，所以判斷和排除較難。

(6)介質的要求 液壓系統特別是靜壓對介質的要求極高，必須保證介質的各項指標，特別是更換周期。

(7)設計沒有統一標準 靜壓支承的軸承到現在還沒有統一的標準，特別是旋轉的被支承體的剛度，很多廠家根本就沒有測試設施，只靠理論的計算為標準。

(8)互換性 靜壓支承的軸承一旦損壞就必須重新制作，大部分是更換一套總成，這樣就使維修成本增加。

(9)修理困難 因制造廠家是根據自己的計算來制作的，修理時有時都找不到從什么地方入手。如有的廠家制作靜壓軸承采用的是縫隙節流，將節流間隙留在軸瓦的外圓上，一旦發生故障，必須將軸瓦抽出，這樣很容易使軸承報廢。

(10)剛度與理論設計 靜壓支承最大的缺點是設計計算和制造的難度而引起的主軸剛度不足，使主軸在運轉中存有漂移現象。如H系列磨床就有這種現象。由于砂輪在修正側面時是根據曲軸擋距的尺寸要求來修整，必須小于工件0.1mm。如果工件要求小擋是mm，我們在修砂輪時就要修到mm的尺寸，這樣磨削出來的小擋尺寸合格。如果大于小的修正尺寸，磨出來的工件不松就緊，也就是說砂輪在運轉時有擺動現象，而且線速度較低，振棱較多。靜壓的軸承更難做到所要求的尺寸間隙，如間隙較小，往往出現抱軸現象，其主要原因涉及到液體的質量變化。由于動靜壓除了存在上述缺點，砂輪線速度最高達到46m/s，而在實際工作運行中，一般維持在30～32m/s，因此磨削效率低。

2.磨床改造效果

由于上述動靜壓軸承的缺陷存在，我們采用滾動軸承對國產H系列磨床的改造作了一些嘗試。該系列磨床分別用于精磨主軸和精磨連桿工序，其砂輪架主軸支承均采用的是靜壓軸承。根據所磨曲軸的形位精度、尺寸精度和磨削效率，使改造后的磨床能滿足這些要求，通過多年維修積累的經驗，綜合考慮了機床的各項性能指標，確定影響砂輪架主軸支承的軸承是保證產品質量的主要指標。因此我們選擇了SKF工廠制作的滾動軸承。將原有主軸及靜壓軸承等部件一并拆除。更換一套含滾動軸承的主軸部件，其他機構不變，砂輪線速度保持在45m/s。通過磨削玉柴 YC6108曲軸，運行了12000h，所磨曲軸軸頸均能滿足工藝要求。特別是振棱從根本上消除 (因砂輪質量問題除外)。生產節拍也有較大的提高，磨削一根曲軸時間比原來縮短3min，機床工作仍處于良好狀態。在節約成本方面，節電26400度，這主要是減少了空調、油泵等輔助設施的電耗。同時也減少日常維護修理的費用，特別是主軸潤滑油的損耗更換，可節約15000元左右，最主要的是主軸剛度有了質的改變，體現在砂輪兩側面的修正上，與工件小擋的尺寸誤差能達到0.01mm，砂輪完全無擺動現象。

從成本上來說，液體靜壓軸承的更換價格基本上和更換的滾動軸承支承主軸相當;靜壓軸承到了一定的時間和因潤滑不良產生抱死現象就必須更換，更換的價格就是100%的費用。而滾動軸承的更換價格只占原有價格的20%，且使用周期長。

通過實踐證明，我公司的十多臺H系列磨床現在已全部進行了維修更換，并投入使用。

3.結語

雖然滾動軸承在磨床上曾一度獲得應用，但因當時的制造技術的限制，制造的軸承只能做高速運轉，無法保證機床的運轉精度，而不易在高速運轉的機床上應用。隨著制造技術的進步，現今制造的軸承和高剛度、高精度的主軸，完全可滿足高速運轉精度要求。所使用的線速度和工作速度有了一個跨時代的提升，由過去的30m/s提高到120～140m/s。使用壽命可達幾萬小時。國外 NAXOS和JUNER近年制造的高端磨床砂輪主軸均采用了滾動軸承，為了提高效率和保證產品質量，滾動軸承在磨削機床上會得到廣泛的應用。