细节里的真功夫

       轴承是重大装备的关键零部件，国内众多轴承企业在我国迈入世界轴承生产大国的过程中都起到了至关重要的作用，这其中就包括洛阳轴研科技股份有限公司（以下简称“轴研科技”）。轴研科技作为国内轴承制造行业的代表，其“高、精、尖、专、特”轴承产品加工可以说是国内轴承制造技术发展的标杆。轴研科技的航天特种轴承、精密机床轴承、数控电主轴等主导产品在市场上已经取得良好的口碑，其高精密角接触球轴承和滚动丝杠球轴承被中国质量协会用户委员会全国数控设备用户委员会授予“全国用户满意产品称号”。

精密、多工序、成型加工
       在谈到轴承零部件加工技术特点时，轴研科技精密轴承制造部部长助理何灵辉介绍说，和一般机械零部件相比，轴承零部件的加工表面多是短而薄的回转体表面，因此就导致了加工机床比较单一，绝大多数为车床和磨床。零件短决定了其轴向刚度好，轴向变形就非常小，壁薄决定了其径向刚度较差，加工时的夹紧方法要特别注意。对于轴承套圈的车加工，轴研科技选择的车床有沈阳机床、浙江凯达等国内著名机床公司生产的数控车床和液压半自动车床，如CK6150B、CY6132B、CA7620等，用于胶木保持架、金属保持架以及轴承内、外套圈的加工。
       据何灵辉介绍，滚动轴承零部件虽然结构简单，但技术要求很高，其中最大的特点就是对精度要求很高，要求实现精密加工。轴承零部件绝大部分表面要经过磨削加工，磨加工尺寸和几何精度都以μm为单位，而套圈的滚道和滚动体的精度要求更高，需超精加工或研磨加工，因此必须配备高精度的内圆磨床、外圆磨床及平面磨床等，并且对于砂轮的选择也有特殊的要求，不但要考虑砂轮的磨料粒度，也要考虑结合剂、硬度、形状和尺寸等因素。
       在谈到砂轮材质选用时，何灵辉介绍说：“像棕刚玉（代号A（GZ））多用于磨削碳钢、合金钢、可锻铸铁和硬青铜等加工；白刚玉（代号WA（GB））多用于精磨淬火钢、高碳钢、高速钢及薄壁零件等加工；而立方氮化硼（代号CBN（JLD））属于立方型晶体结构，硬度略低于金刚石，强度较高，导热性能好，多用于磨削、研磨各种既硬又韧的淬火钢和高钼、高钒、高钴钢和不锈钢等。”
       轴承零部件加工要求高，生产工序也必然增多，据何灵辉介绍，一般轴承生产需20～40道工序，而短圆柱滚子轴承多达70道工序。因此在选用机床时，应根据不同的用途，选择合适的粗磨、细磨、超精设备以及合适的砂轮。“在粗磨时，磨削余量大，要求的表面粗糙度值比较大，尽量选用较粗磨粒的砂轮，因为磨粒粗，气孔大，磨削深度大，砂轮不易堵塞和发热。”何灵辉介绍说，“精磨时，余量较小，要求粗糙度值较低，可选取较细磨粒的砂轮，一般来说，磨粒愈细，磨削表面粗糙度愈好。”
       “轴承零部件的工作表面都是回转成型面，适合使用成型法加工，如套圈滚道的锻造辗压与车、磨，都是采用成型刀具或防型板加工的。”在何灵辉看来，成型加工比较适用于部分轴承零部件加工。“在成型刀具选用上，我们使用的刀具有可转位沟道刀具、密封槽刀具、端面倒R角刀具以及焊接式沟道及密封槽刀具，这些成型刀具在加工中可实现一次车削成形，不仅提高了加工效率，还保证了每一个工件尺寸一致性，精度高，外观漂亮，防止了滚道磨退火，降低了磨加工废品率，提高了轴承的使用寿命。”
       针对绝大多数轴承都是标准化产品，属于批量化生产范畴，为了提高生产力、降低成本和保证加工质量，何灵辉认为应广泛采用新技术、提高机械化和自动化水平。“轴研科技一般是按轴承型号和品种进行大批量生产，我们建有专门的自动线或流水线进行生产。”

精密加工的影响因素多
       轴承零部件在加工过程中，由于其各工作表面的粗糙度要求都很高，如不按照作业指导书进行操作，高速旋转的砂轮就会造成各种表面缺陷，从而影响到轴承的质量。“轴承各表面均有粗糙度要求，尤其是轴承滚道，要求更高，基本都需要进行超精加工。因此，对于精密轴承来说，超精技术是关系到整个产品质量的最主要因素。”在何灵辉看来，超精加工是轴承零部件加工最大的挑战。
       据何灵辉介绍，超精加工过程中会存在很多问题，如工件转速太高或太低、油石包角过大、上工序粗糙度太差等因素会造成表面粗糙度低；超精加工深度不够、超精时间太短、油石太硬、压力不够、中心太高、参数设置不匹配、油石摆角太小、油石宽度太窄（沟边）等因素容易造成砂轮花；油石粘铁、切削液太脏有杂质、油石压力太大、油石磨粒太小不均 、材料有夹杂物、油石包角过大切屑磨粒排不出等会引起划伤；工件旋转不稳定、油石粘铁、参数设置不匹配等会造成粗丝。
       “沟道磨削对于精密轴承来说也是非常重要的工序，在磨削过程中，我们不但要控制轴承的沟曲率还要控制沟底位置，以及沟形、圆度、表面粗糙度等。”何灵辉介绍说，在沟道磨削过程中，如果修整器精度差、砂轮没修好、砂轮太软、支承磨损偏心量没对好、进给量过大、光磨时间太短会造成沟道形状不好；如果靠山未修好、工件轴轴向窜动、切削液不足或太脏、靠山磁力不够、端面平行差不好会造成侧摆；如果支承偏心量未调、支承磨损严重或角度不对、工件轴砂轮轴跳动精度不高会造成圆度（椭圆度、棱圆度）偏差；如果冷却液变质或冷却不充足、进给量分配不均、进给速度太大、金刚石笔太钝、砂轮太硬、磁力不足、工件转速过低则会出现烧伤；如果磨削速度太快、光磨时间太短、靠山磨损、工件转速过高、修整器速度过快、金刚石笔太钝、砂轮过软则会致使粗糙度偏差。
       精密轴承外圆磨削基本都是无心磨，直接决定轴承最终外径尺寸，外径精度，进而关系到轴承与轴承座的配合。据何灵辉介绍，外圆磨削加工过程中经常出现各种质量问题，如导轮不圆、导轮旋转时有跳动、磨削轮磨钝、磨削轮轴振动等原因可能引起的尺寸不合格；工件中心高不合适、斜角过大、磨削余量过大、磨削轮不平衡等因素造成的圆度、椭圆度、棱圆度偏差；磨削轮不平衡、磨削轮磨钝、托板太薄或斜角过大、工件中心过高等原因造成的振纹；磨粒太粗或金刚石笔磨钝、导板位置没有调好、工件纵向速度太快、导轮速度过高等因素造成的粗糙度不好；烧伤、啃伤、擦伤三角形磨伤、倒角磨伤、沟式磨伤、垫伤等造成的外观不佳；工件间靠的不紧、托板磨损严重、火花没有调好、不均匀前后导板的位置不正确等造成的锥度偏差。
       “内径尺寸直接关系到轴承与主轴的配合，因此，对于精密轴承内径来说，尺寸和精度一定要严格控制，控制项主要有尺寸、椭圆度、锥度、垂直差、粗糙度、外观。”何灵辉表示，内径工序也有一些问题需要格外注意，如测规调整不当或故障、磨削量选择不合适、切削液不足温差大、上工序外径偏差大（微型）等会造成尺寸超差；主轴径向摆动大、上工序圆度不好复映开内径面上、砂轮不好或磨钝，支承调整不当、进给量过大等会造成圆度不合格；磨架角度未调好、砂轮没修好成锥形、工件中心和砂轮中心不等高、上工序质量不好（微型）等会造成锥度偏差；工件主轴有轴向窜动、工件端面尺寸偏差太大、靠山未修平等会致使垂直度偏差；支承边角未修磨好、机械手磨损严重碰到沟道、料道没调好等磨内径时引起的沟道碰伤。
       “在精密轴承的生产过程中，磨削加工量约占总加工量的60%，所用磨床数量也占全部金属切削机床的60%左右，磨削加工成本占整个轴承成本15%以上。对于高精度轴承，磨削加工的比例更大。”何灵辉坦言，在机械加工中磨削加工的整个加工过程最为复杂，对其了解也是至今最不充分一个环节。其复杂性表现为所要求性能指标更多、精度更高，加工成形机理更复杂，影响加工精度因素众多，加工参数线检测困难等。因此，对于轴承零部件加工的关键工序——磨削加工，如何采用新工艺、新技术，高精度、高效率、低成本地完成磨削加工，是精密轴承生产的主要任务。