提高球轴承减振降噪的技术及工艺设备

目前我国的深沟密封球轴承与国外先进公司的产品内部结构参数几乎相同，然而我国此类产品的振动与噪声水平却与国外产品相差甚远，主要原因是在制造和工况因素的影响。从轴承行业角度来考虑，工况因素可以对主机提出合理要求来解决，而如何降低由制造因素引起的振动和噪声是轴承行业必须解决的问题。 国内外大量试验表明：保持架、套圈、钢球的加工质量对轴承振动具有不同程度的影响，其中钢球的加工质量对轴承振动影响最明显，其次是套圈的加工质量，最主要影响因素是钢球和套圈的圆度、波纹度、表面粗糙度、表面磕碰伤等。 我国钢球产品最突出的问题是振动值离散大，表面缺陷严重（单点、群点、凹坑等），尽管表面粗糙度、尺寸、形状、误差都不低于圈外水平，但合套后轴承振动值高，甚至产生异音，主要问题是波纹度没有控制（无标准、无合适测试分析仪器），同时说明机床的抗振性差，砂轮、研磨盘、冷却液、工艺参数均存在问题；另一方面要提高管理水平，避免磕碰伤、划伤、烧伤等随时机性质量问题。 对于套圈，影响轴承振动最为严重的也是沟道波纹度和表面粗糙度。例如，中小型深沟球轴承内外沟道圆度大于2μm时，将对轴承振动产生明显影响，内外沟道波纹度大于0.7μm时，轴承振动值随波纹度增加而增加，沟道严重磕伤可使振动上升4dB以上，甚至出现异音。 无论是钢球还是套圈，波纹度产生于磨削加工，超精研虽然可以改善波纹度并降低粗糙度，但最根本的措施是要降低磨削超精过程中的波纹度，避免随机性磕碰伤，主要有两方面措施： 一是降低滚动表面磨削超精时的振动，获得良好的表面加工形状精度和表面纹路质量为降低振动，磨超机床必须具有良好的抗振性，床身等重要结构件具有吸振性，超精机床的油石振荡系统具有良好的抗振动性能；提高磨削速度，国外磨削6202外滚道普遍采用6万电主轴，磨削速度60m/s以上，国内一般低得多，主要受主轴及主轴承性能的限制。在高速磨削时，磨削力小，磨削变质层薄，不容易烧伤，又可以提高加工精度和效率，对低噪声球轴承影响很大；主轴动静刚度及其速度特性对低噪声球轴承磨削振动影响很大，刚度越高，磨削速度对磨削力的变化越不敏感，磨削系统振动越小；提高主轴轴承支刚性，采用随机动平衡技术，提高磨削主轴的抗振性。国外磨头振动速度（如Gamfior）约为国内一般主轴的十分之一；提高砂轮油石的切削性能及修整质量至关重要。我国目前砂轮油石主要问题是组织结构均匀性差，严重影响低噪声球轴承磨超加工质量；充分冷却，提高过滤精度；提高精给系统的进给分辨率，降低进给惯性；合理的磨超加工工艺参数和加工流程是不可忽视的因素，磨削留量要小，形位公差从严，中小型球轴承外径不宜用超精研，粗精磨超不宜分开，以保证良好的表面质量。 二是提高加工基准面精度，降低磨超加工过程中的误差复映外径与端面是磨超加工过程中的定位基准。外径对沟道超精的误差复映是通过外径对沟磨，沟磨对沟超的误差复映间接传递的。如果工件在传递过程中产生磕碰伤，将直接复映到滚道加工表面上，影响轴承振动。所以必须采取以下措施：提高定位基准表面形状精度；加工过程中传递平稳，无磕碰伤；毛坯留量形位误差不能过大，特别是在留量较小时，过大误差会造成终磨和超精结束时形状精度尚未改善到最终的质量要求，严重影响加工质量的一致性。 从上面分析不难看出：由高性能、高稳定性机床系统组成的自动线方式磨超加工低噪声球轴承最合适，可以避免磕碰伤，降低传递误差，排除人工因素，提高加工效率和质量一致性，降低生产成本，提高企业效益。 如何降低球轴承噪声呢？应从以下两方面着手努力： （一）制造工艺。工艺流程精化，主要指工艺流程尽可能短，工序加工合并，生产无中间库存，有效降低影响低噪声球轴承性能工艺因素；生产洁净化，这是一个系统的技术，包括磨削液、超精液、清洗液、空气、高压空气、生产环境等技术工艺；自动化，从车加工到装配全过程自动化，少人或无人化；规模化，此类轴承特别是静音球轴承，必须形成大规模化，才能具备全球市场竞争能力。 （二）装备。高速磨削、电主轴精度、刚度、寿命以及各种完善的检测保护性能对磨削加工精度与效率起主要作用；磨床技术，国外内圆磨床一般都具备高速磨削，交流伺服控制，进给分辨率0.25μ，全自动简易操作，自诊断功能等；超精技术，主要以日本大阪精机为代表的无心支承两工位超精和以德国梯伦豪斯为代表的液压定心四工位超精两种方式；在线检测技术，二十世纪八十年代以来，日本轴承工业以主动测量机外反馈控制的自动磨超短线应用最为普遍。我国以此方式构成的磨超自动线应用也比较成熟，目前国内已有100条左右。随着工业先进国家主机技术不断提高，联线越来越简单，逐步减少或不用主动测量和机外检测；无心外圆磨床，圆外（KOYO、MIKROSA等）普遍采用滚动轴承砂轮主轴单元，具有高刚度、高精度、长寿命、装卸方便、使用可靠等一系列优点；床身具有阻尼衰减减特性；进给采用高精度微动交流伺服系统，稳定的传动交流变频导轮调整系统，可具备在线随机智能化测量，可实现CBN砂轮磨削等，可实现自动联线，圆度可达0.3μm，尺寸分散可达3μm。 平面磨床，国外双端（如KOYO、Landis Gardner）面磨床主轴都普遍采用高精度、高刚度滚动轴承主轴单元砂轮轴系统，油雾润滑。以Gardner技术为例，该公司研究生产系统装备已有九十多年历史，可磨削轴承、陶瓷、玻璃、橡胶、塑料等材料。主要技术有自动砂轮修整和补偿，砂轮磨头进给以伺服电机丝杠同轴结构，砂轮向内外快速同步进给，进给精度可达到0.25μm，机身放置在两个水平垫块和平衡器上，平衡器具有自平衡支承杆，可自动调整与两个水平垫块成一水平面，使机床得到一个稳固的支承效果，平衡器重点是在维持砂轮轴同心度，增加修整砂轮间隔时间，工件进给有旋转式、往复式、贯穿式和特殊四种形式，可使用超级磨料砂轮，金刚石砂轮和CBN磨削，磨削精度高、稳定性好，极长的砂轮使用寿命和方便的操作调整，可以根据加工要求专门配制磨料、结合剂、结构（圆环、钮状或环节状），从而达到最佳磨削效果，平行差及平面度达1μm。