大型轴承装备现状及发展设想教材.docx
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大型轴承装备现状及发展设想教材
大型轴承装备现状及发展设想
国内大型轴承装备发展现状
近年来,从产销量来看中国已位居世界前列,是名副其实的世界轴承生产大国。
出口轴承单套均价虽然相对进口轴承单套均价仍然相差较大,但较过去有所提高。
说明轴承行业产品不仅是“量”,在“质”方面也有所提高,但是我国重点行业主机配套的关键轴承产品还存在大量依赖于进口的现象,自给率不足。
尤其是中大型轴承产品,精度、性能、寿命和可靠性在一些主机行业还达不到配套的要求。
目前,这类轴承的高端市场很大一部分由国际轴承行业巨头控制。
因此尽快使我国实现由轴承生产大国向轴承生产强国的转变、扩大精品轴承在我国轴承产品结构中的比例,就成为整个行业的当务之急,提高我国轴承加工制造技术水平则成为其中极其重要的环节之一。
轴承零件加工水平的提高,必须有先进的轴承工艺装备支持才能得以完成。
所以,只有轴承工艺装备不断发展,紧跟轴承制造技术进步的趋势,才能促进我国轴承制造水平的提升。
近几年,在轴承协会的领导下,包括无锡开源,上海莱必泰,新乡日升,浙江日发,濮阳贝英等轴承装备制造公司都为行业发展做出了很大贡献。
目前,国内这些厂家已经能够全面提供外径在500mm以下尺寸段的轴承所需的精加工装备,主要技术指标已达到或接近国际先进水平,并实现批量出口。
但是,外径500mm以上尺寸段的大型轴承精加工设备与国外同类装备相比,差距则相对更为明显,这类设备因其加工精度高、工艺能力强、技术附加值高等原因,成为各装备制造厂家重点研究开发的对象。
新乡日升作为国内领先的滚动轴承数控装备供应商,专业从事轴承套圈数控装备、轴承滚动体数控装备的研发、生产和销售。
十二五以来,新乡日升紧跟轴承行业发展趋势,为国家规划重点发展的航天航空、高速机车、高速轧机、精密机床、电力能源、工程机械等所需的高精度、长寿命大型轴承提供新一代数控制造装备,多款产品达到国际先进水平。
高精度数控立式复合磨床:
采用龙门框架结构,新乡日升专利工作台,转塔自动切换内、外磨头,能够一次装夹完成多个型面磨削加工,适合深沟球类、推力球类、角接触球类、圆锥圆柱滚子类、调心滚子类等各类常规轴承套圈的精密加工,主要适用于高速轧机、高速铁路、数控机床等行业轴承加工需要。
该机床典型试件加工圆度可以达到0.001mm,进给定位精度±0.005mm,可满足P4级以上的精密轴承套圈加工需要。
机床可选配砂轮自动更换刀库、无心夹具、在线自动测量等功能或部件,以满足不同用户的需求。
大型高精度数控立车:
新乡日升高精度立车回转精度,自开发以来一直处于国内领先,2.5米以车代磨数控立式车床工作台跳动小于0.005mm,已被评为2010年度“国家重点新产品”,填补国内空白。
打破高精度立车国外垄断的局面,将有力的推动我国在大型精密轴承制造领域的快速发展,为国防工业、电力能源、工程机械、大飞机等行业提供高端轴承产品,进一步优化我国轴承产业结构。
未来大型轴承装备发展设想
依靠着不断创新,新乡日升已经找到适合自身发展的产品开发路线,开发一些高技术水准产品,目的是和国内外轴承用户共同分享,不断改进成熟,为企业的进一步发展奠定基础,更好的满足用户需求。
现以立式磨床为例,介绍公司在大型轴承制造装备方面的研发设想。
一、机床结构布局
目前国内外大多采用龙门框架结构,机床的进给轴都安排在横上,称之为“龙门布局”。
这种布局具有结构对称、刚性好、便于扩充自动换刀、在线测量功能等,细分又可分为立柱横梁一体结构和分体结构。
这种结构应该是大规格立磨的主要发展方向。
分体式龙门布局结构一体式龙门布局结构
还有一些独具特色的结构,相对来说也比较适合轴承行业的加工。
比如仅有立柱无横梁,进给轴分别独立在立柱和工作台拖板上,称之为“C型布局”。
这种结构适合小规格立磨,进给轴互相独立互不影响,可以实现极高的几何加工精度,应该是未来小规格立磨的主要发展方向。
C型布局结构进给轴互相独立
龙门布局的结构CAE分析图C型布局的结构CAE分析图
综合来说,两种布局各有千秋。
龙门布局经典传统,也是目前国内外的主流布局型式,能够均衡兼顾立磨的高精度、高柔性、通用性特点。
而C型布局作为立磨较晚出现的型式,能适应轴承行业苛刻的几何精度加工要求,同时也便于实现工作台交换,适合自动化加工的发展趋势。
二、基础件材料
除了优秀合理的机床结构布局外,基础件材质也是机床性能得以实现的重要基础。
我们通常所说的基础件主要指床身、立柱、横梁、拖板等组成机床的重要基本零部件。
这些零件构成了机床的主体框架,其本身属性决定着机床尤其是高端机床的最终性能。
人造大理石材质床身及龙门框架人造大理石基础件机床加工轴承套圈
灰铸铁和人造大理石振动衰减对比
目前国内的立磨主要基础件均为灰铸铁材质,而国外包括立磨在内的高端磨床基础件通常采用天然或人造大理石,其优点主要在于:
低温成型制作工艺,无残余应力,几何精度保持性良好;热稳定性强,热传导率为铸铁的1/25,短期环境温度的变化不会对机床磨削加工产生负面影响,从而保持稳定的加工精度;阻尼性能高,振动衰减能力是灰铸铁的10倍,有效减少机床共振的风险。
这也是一些精密量具采用此类材质的重要原因,当然应用到立式磨床上面,也是将来国内机床厂家更为理想的选择。
三、功能部件
相对于机床结构和基础件材料来说,机床功能部件是我们同国外差距最大的,目前高性能功能部件基本是依赖进口。
立式磨床上的主要机床件包括:
转台、磨头、丝杠(直线电机驱动除外)、导轨、刀库、在线测量及自动平衡装置等。
首先是转台。
对于轴承行业来说,加工圆度是机床最为重要的几何精度之一,对于立磨来说,主要取决于机床的转台旋转精度。
目前国内机床厂家的转台基本上都是自制的,国外的价格极高很难引进。
就转台的支承型式而言,欧洲产品主要是液体静压轴承,日本产品则滚动轴承和静压轴承均有一定的比例;国内厂家也是静压轴承和滚动轴承并存。
液体静压转台(力矩电机直驱型)
滚动轴承转台(力矩电机直驱型)
这两种型式的转台就目前轴承加工精度来说,均能够满足使用,均可达到P4级以上的轴承套圈加工要求。
相比而言静压轴承支承寿命长、阻尼好,但可维护性差、制造工艺复杂;滚动轴承支持易维护、低故障,但阻尼差、存在磨损现象。
如果追求极端精度,比如回转精度小于0.5μm,滚动轴承转台就难以胜任了。
当然,对批量生产的大型轴承来说,目前还不需要这么高的精度。
就发展趋势而言,在满足回转精度要求的前提下,结构简单易维护、低故障率且绿色环保的滚动轴承是趋势之一。
其次是磨头,对磨削质量起着至关重要的作用,尤其是表面质量,如粗糙度、波纹度、外观等。
立磨由于工序集中往往磨头有不同分工,一般分外磨头和内磨头,分别主要应对工件外表面和内表面的磨削。
外磨头砂轮直径较大一般转速低、扭矩大,通常选配在线自动平衡装置,国内目前能够生产一些较简单的电机驱动结构的外面磨头。
内磨头由于需适应不同的内孔磨削,转速跨度很大,多为电主轴,部分自动换刀机床内磨头需要带拉刀机构,另外,为增加砂轮杆接触刚性,一般采用HSK双面约束(锥面和端面同时接触)刀柄。
外磨头
内磨头
再次是机床进给的丝杠(直线电机)、导轨部件。
机床进给精度对于大型机床来说尤为重要,这类机床一般不用主动测量仪,加工尺寸精度完全靠进给来控制。
其中驱动多为施加预压的滚珠丝杠,也有更为高端的采用直线电机直接驱动,省去联轴器、丝杠等环节,提高进给灵敏性、精确性,国内立磨驱动以前者为主,后者尚处于研究阶段。
无论哪种驱动方式,都离不开导轨导向,目前导轨主要有滚动导轨和液体静压导轨,同时还有采用滚动导轨加阻尼块的复合导轨结构。
滚动直线导轨液体静压直线导轨
滚动导轨和静压导轨减震效果比拟
滚动和液体静压两种导轨的最大区别在于使用寿命和减震阻尼性方面,静压导轨要优于滚动导轨,在刚性上两者接近,但滚动导轨承载能力更大些。
复合导轨采用滚动导轨加阻尼块导轨结构,其特性更接近滚动导轨,同时具有一定类似静压导轨的阻尼特性,属于较高性价比的导轨结构型式。
三种导轨型式的阻尼特性对比
最后是刀库、无心夹具、在线测量及自动平衡装置等辅助部件,这些在国内大都是选配件,只作简单介绍,但这些也是细节做的最不到位的地方,恰恰是这些部件,会使机床上升到更高的档次。
带有刀库的立式磨床(左边为立轴砂轮库右边为卧轴砂轮库)
无心夹具支撑(主要用于加工较小规格工件)
结束语
通过以上分析比对,尽管近年来我国大型轴承精加工装备有了长足发展,总体来说尚处于初级研发和模仿阶段。
但这仍然是值得肯定的,国内各主要轴承装备制造厂家都已经重视并正在逐步追赶差距,也实现了相当一部分此类设备的国产化,虽然还有不尽如人意的地方,至少满足了当前一些轴承厂家的基本需求,相信在不久的将来,大型轴承精加工装备,通过不断改进、积累经验,和国外同类装备的差距必定会越来越小,最终达到像中小型轴承装备一样,达到或接近国外先进水平。
参考文献资源
1.东洋先进机床公司产品宣传
2.利雪平公司网站机床信息
3.西泰克产品样本
4.汉布雷格公司网站信息
5.蓝浦树脂应用技术公司产品介绍资料
6.线性和生产机械产品介绍,卡尔白,应用工程,美国,德国舍弗勒集团
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