陸弘道

(上海萊必泰數(shù)控機床股份有限公司，上海 200083)

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

已申請發(fā)明專利的軸承內、外圈磨削超精研加工一體機采用CNC控制，通過工藝過程集成，一次送料可以將一個零件的部分加工過程全部完成，軸承內、外圈的磨(溝道、擋邊、鎖口及內圓)加工、精度檢測和超精研工序，在同一臺機床上完成。下文以角接觸球軸承套圈的磨超一體機為例進行說明。

1 磨削超精研生產(chǎn)線的配置

內圈加工設備由溝道(鎖口)磨床、內圓磨床和溝道超精研機組成；外圈加工設備由擋邊磨床、溝道(鎖口)磨床和溝道超精研機組成；聯(lián)線裝置組成部分為：供料機(配在自動線首位，儲備工件供自動線使用)、擒縱器(控制單個工件下落，防止后續(xù)套圈過多)、下料槽(利用工件自重向下、向前移動，適用于小型套圈)、提升機(將工件由低位向高位提升，達到預定位置)、平送機(將工件由前位向后位輸送，達到預定位置)、擋料器(使運動的工件改變移動方向，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(減少工件中的剩磁，適用于磁性夾具加工后的套圈)、清洗機(清洗工件，適用于磨加工設備加工后的套圈)、檢測機(測量加工后工件精度，信息反饋給主機后修正進給量參數(shù))、旋轉器(使工件在移動的水平面上改變方向，適用于中大型套圈)、翻轉器(使工件在移動的垂直面上改變方向，適用于中大型套圈)和理料機(配在自動線尾部，用以整理、排放工件)。

采用最簡配置生產(chǎn)線對角接觸球軸承內、外圈進行磨削超精研加工的工藝過程分別如圖1、圖2所示，生產(chǎn)線中加工設備的布局如圖3、圖4所示。該生產(chǎn)線的不足之處為：(1)整個生產(chǎn)線需要6～12臺加工設備和8～14臺輔助設備及聯(lián)線機構，占地面積大于60 m2；(2)較長的工藝路線和眾多的加工工位，造成設備基準安裝累計誤差和工件定位基準面損傷概率增大；(3)每臺設備機械、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 角接觸球軸承內圈磨削超精加工設備布局

圖4 角接觸球軸承外圈磨削超精加工設備布局

2 磨削超精研加工一體機

一體機的設計方案是將內、外圈磨削、超精研生產(chǎn)線設計為一臺設備，即一臺機床即為一條生產(chǎn)線；設計一套級進夾具，使軸承套圈一次送料，完整加工；將設備及裝置按自成體系的動作要求，集成為一個程序控制全部或單個工序系統(tǒng)。中小型軸承內、外圈磨削超精研一體機組成結構如圖5所示。

圖5 中小型軸承內、外圈磨削超精研一體機立面圖

一體機中擋邊裝置用來磨削軸承套圈的擋邊表面，置于工序的首位, 輸送機確認基準面后上料，擋邊加工結束后輸送機下料到滾道加工部分；滾道(溝道)鎖口裝置用來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, 輸送機上料、加工后再由輸送機下料到內徑加工部分；內徑裝置用來磨削內圈內圓表面，置于滾道部分之后, 輸送機上料、加工后再由輸送機下料到檢測分選裝置，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，置于內徑部分之后, 輸送機上料、加工后再由輸送機下料后整理外出。上述4個裝置由各自的砂輪主軸(油石擺動機構)、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)、內徑及超精工序加工的單獨設備。

3 一體機的技術特點

(1)高速化。機床結構采用優(yōu)化和輕量化設計，減少輸送環(huán)節(jié)，利于加工的高速化；機械手、連桿等運動部件采用輕合金材料，減小慣性，縮短工件上、下料時間；組合夾具偏心量采用機外調試，縮短工件換型時間；采用集中數(shù)控編程技術，協(xié)調各部位的相關動作，關鍵工序避免停頓時間；采用高速電主軸和高速伺服進給驅動，縮短加工時間。

(2)精密化。一體機將使加工精度由生產(chǎn)線的微米時代進入亞微米時代。采用自制內置式電主軸，減少振動；修正結構采用門式結構，提高剛性；減少各工序在同時加工中振動的相互影響，采用機械阻尼減小各工序加工時產(chǎn)生的振幅量，采用動作程序控制降低相同振動頻率同時出現(xiàn)的概率，系統(tǒng)控制動作程序，在無進給時避免振源的影響。

(3)從工序復合到完整加工。布局從多工序分散加工集成到完整加工，在一臺機床上完成軸承套圈(溝道、擋邊、內圓)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)，易于保證整個過程的高可靠性和實現(xiàn)無裝卡誤差生產(chǎn)。此外，完整加工縮短了加工過程鏈和輔助時間，減少了機床臺數(shù)，簡化了物料流，提高了生產(chǎn)設備的柔性，并減小生產(chǎn)總占地面積。

(4)信息化。布局考慮機床信息化的一體機配備有信息塔，實現(xiàn)了加工狀況的自主管理。信息塔具有語音、文本和視像等通信功能；可與生產(chǎn)計劃調度系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，也可與手機聯(lián)絡，下載工作指令和加工程序；工件試加工時，可在屏幕上觀察加工過程；信息塔實時反映機床工作狀態(tài)和加工進度，同時進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和磨具壽命管理，以及故障報警顯示和在線幫助排除。

(5)智能化。一體機具有在線測量、監(jiān)控和補償功能，對套圈位置的自動檢測和其閉環(huán)反饋控制是本機的主要特征之一。為了進一步提高加工精度，機床的圓周運動精度和磨具接觸點的空間位置，可以通過主動測量后，輸入數(shù)控系統(tǒng)加以補償。機床配備各種微型傳感器，以監(jiān)控磨削力、振動及熱變形等所產(chǎn)生的誤差，并自動加以補償或調整，以提高機床的工作精度和穩(wěn)定性。

(6)直接驅動技術。一體機將電動機與機械部件集成為一體，成為機電一體化的功能部件，選用直線伺服電動機、電主軸和力矩電動機等，簡化了機床結構，提高了機床的剛度和動態(tài)性能，加快了運動速度，提高了加工精度。

(7)可重組制造系統(tǒng)。機床布局考慮了可重構性和制造系統(tǒng)的可重組性，通過數(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零件[4]。

(8)系統(tǒng)可靠度高。一體機布局緊湊，考慮了自動調整干涉防碰撞功能、斷電保護功能、加工零件主動檢測和自動補償反饋功能、軸承套圈結構變化可進行智能化參數(shù)選用功能和加工過程自動消除機床振動等功能。

4 結束語

中小型軸承內、外圈磨削超精研一體機的產(chǎn)生，促進了國內軸承套圈加工設備的發(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，采用油氣潤滑取代油霧潤滑，減少了對生產(chǎn)環(huán)境的污染。一體機結構的優(yōu)化設計，機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、振動等動態(tài)誤差補償技術，使機床的加工精度大大提高，將促使套圈的加工進入亞微米、納米級超精加工時代。