滾動軸承在曲軸磨床改造中的應(yīng)用

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

我公司是發(fā)動機(jī)曲軸專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)，年產(chǎn)各類型號曲軸能力達(dá)百萬根。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對發(fā)動機(jī)零部件的技術(shù)要求越來越嚴(yán)，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(guān)重要的工序，我公司從采用普通曲軸磨床到現(xiàn)今高端數(shù)控CBN磨床，從國產(chǎn)到進(jìn)口，應(yīng)有盡有。通過多年的維護(hù)維修，摸索到磨床軸承的合理選用，能有效地保證產(chǎn)品的質(zhì)量、效率及使用壽命?，F(xiàn)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(zhuǎn)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(chǎn)H系列曲軸磨床和進(jìn)口SAIMP曲軸磨床，其磨頭都是采用這一原理制成的。這種結(jié)構(gòu)的軸瓦結(jié)構(gòu)比較簡單，但通過多年的使用，我們發(fā)現(xiàn)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(shè)計制造和維護(hù)，也只能做到使油液的泄漏減少到最低限度，卻無法使系統(tǒng)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(jī)構(gòu)在運(yùn)動中也發(fā)生變化。為了解決這種現(xiàn)象，要使用溫度控制裝置來保證工作機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)動。

(3)氣體的滲入 在系統(tǒng)設(shè)計不良和密封裝置出現(xiàn)不當(dāng)?shù)那闆r下，空氣極容易進(jìn)入系統(tǒng)，從而使機(jī)床磨削產(chǎn)生振動、噪聲等現(xiàn)象。

(4)機(jī)床零件的制造質(zhì)量 零件的加工質(zhì)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(zhuǎn)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(tǒng)故障 液壓系統(tǒng)的故障極不易檢查和排除，因?yàn)樵斐晒收系脑蜉^多，有些還純是偶然的，所以判斷和排除較難。

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

(7)設(shè)計沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 靜壓支承的軸承到現(xiàn)在還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，特別是旋轉(zhuǎn)的被支承體的剛度，很多廠家根本就沒有測試設(shè)施，只靠理論的計算為標(biāo)準(zhǔn)。

(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(jù)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(jié)流，將節(jié)流間隙留在軸瓦的外圓上，一旦發(fā)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(shè)計 靜壓支承最大的缺點(diǎn)是設(shè)計計算和制造的難度而引起的主軸剛度不足，使主軸在運(yùn)轉(zhuǎn)中存有漂移現(xiàn)象。如H系列磨床就有這種現(xiàn)象。由于砂輪在修正側(cè)面時是根據(jù)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(yùn)轉(zhuǎn)時有擺動現(xiàn)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(xiàn)抱軸現(xiàn)象，其主要原因涉及到液體的質(zhì)量變化。由于動靜壓除了存在上述缺點(diǎn)，砂輪線速度最高達(dá)到46m/s，而在實(shí)際工作運(yùn)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(chǎn)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(jù)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(jīng)驗(yàn)，綜合考慮了機(jī)床的各項(xiàng)性能指標(biāo)，確定影響砂輪架主軸支承的軸承是保證產(chǎn)品質(zhì)量的主要指標(biāo)。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(jī)構(gòu)不變，砂輪線速度保持在45m/s。通過磨削玉柴 YC6108曲軸，運(yùn)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(zhì)量問題除外)。生產(chǎn)節(jié)拍也有較大的提高，磨削一根曲軸時間比原來縮短3min，機(jī)床工作仍處于良好狀態(tài)。在節(jié)約成本方面，節(jié)電26400度，這主要是減少了空調(diào)、油泵等輔助設(shè)施的電耗。同時也減少日常維護(hù)修理的費(fèi)用，特別是主軸潤滑油的損耗更換，可節(jié)約15000元左右，最主要的是主軸剛度有了質(zhì)的改變，體現(xiàn)在砂輪兩側(cè)面的修正上，與工件小擋的尺寸誤差能達(dá)到0.01mm，砂輪完全無擺動現(xiàn)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(dāng);靜壓軸承到了一定的時間和因潤滑不良產(chǎn)生抱死現(xiàn)象就必須更換，更換的價格就是100%的費(fèi)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(shí)踐證明，我公司的十多臺H系列磨床現(xiàn)在已全部進(jìn)行了維修更換，并投入使用。

3.結(jié)語

雖然滾動軸承在磨床上曾一度獲得應(yīng)用，但因當(dāng)時的制造技術(shù)的限制，制造的軸承只能做高速運(yùn)轉(zhuǎn)，無法保證機(jī)床的運(yùn)轉(zhuǎn)精度，而不易在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)床上應(yīng)用。隨著制造技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)今制造的軸承和高剛度、高精度的主軸，完全可滿足高速運(yùn)轉(zhuǎn)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(dá)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(chǎn)品質(zhì)量，滾動軸承在磨削機(jī)床上會得到廣泛的應(yīng)用。