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浅析深沟球轴承专用磨床的发展方向

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洪学江

(安瑞控股•黄山明明德轴承有限公司,安徽黄山 245200)

  摘 要:我国轴承行业经过近几十年的发展,不断缩小与国际品牌的差距,其中很重要的一个环节就是我国轴承生产专用设备的不断改进及创新,设备自动化程度、制造精度、稳定性、可靠性等方面都有了长足的进步。随着如今全球经济化和一体化的演进,我国轴承设备行业遇到技术突破的瓶颈和极大的挑战。本文重点就我国轴承设备发展方向与我国轴承设备制造技术公关方向进行研究分析,以供参考和借鉴。

  关键词:磨床;轴承专机;智能化;可靠性;稳定性

  1 我国轴承专用磨床的发展历程

  我国轴承行业经过近几十年的发展,不断缩小与国际品牌的差距,其中很重要的一个环节就是我国轴承生产专用设备的不断改进及创新,设备自动化程度、制造精度、稳定性、可靠性等方面都有了长足的进步,在上世纪70年代开始,国内逐步开发自动化轴承专机,其中最为行业熟知的有无锡机床厂,洛阳精密机床厂、新乡机床厂、石家庄机床厂等,这些国企就在上世纪生产的部分磨床,如无锡机床厂上世纪70年代生产的无心磨床MZ11100以及3MZ131设备,目前还有很多当时制造的设备在服务生产,足以说明我国当时在国家政策的指导下,引进先进生产技术,为我国的工业进程奠定了良好的基础。

  上世纪90年以前,我国生产的轴承专用磨床控制上基本上以液压和继电器为主,进给普遍采用齿轮或者杠杆方式进行传动,存在故障率高,进给精度不精确、传动不稳定性等现象;90年代初期以来,国内设备厂家结合国际上一些设备厂家的先进技术,逐渐采用先进的数字控制系统,大功率、高转速电主轴也相继研发成功,高转速主轴突破每分钟20万转以上,极大地改善了我国现有轴承专机的现状,21世纪以来,国内众多轴承设备制造厂不断创新、改进,轴承专机在自动化程度以及精度方面都有了长足的进步,另外在汽车轴承专用磨床、高精度滚子磨床等方面都做出了突破,也极大地提高了我国轴承行业的综合竞争力。发展至今,我国现通用轴承磨床发展已经遇到瓶颈,无论在精度、效率、智能化等方面都面临着提升困难的局面。

  2 我国轴承磨床的现有技术分析

  我国目前轴承专用设备,普遍存在价格低廉、寿命短、精度储备不足、加工精密度不足等诸多问题,结合我国现代化建设和工业自动化建设进程,究其根本原因是市场需求关系的主导问题,我国是轴承生产大国,年产轴承数量居全球第一,年生产2000亿人民币,但其中高端制造占比极低,在国内企业面临成本因素的情况下,投资生产设备时成本是其重要的衡量指标,2015年国务院提出《我国制造2025》,总体部署和规划我国制造强国的战略思想和工作路线,近几年来,我国的轴承及轴承设备制造也在总纲领的指导下,不断加大研发,积极创新升级,近几年来,轴承设备的自动化程度,精密度,加工效率等方面都取得不俗的成绩。其中日升设备、日发精机等一批轴承专业设备制造厂家设备已经远销国际市场,也说明我国的轴承专机已经有了不错的发展。

  3 未来轴承专机的发展方向

  3.1轴承设备内质方面

  我国轴承设备的发展已经遇到技术突破的瓶颈,近几年的轴承设备展览发现,设备制造企业鲜有新的突破,众多厂家把设备外观设计的更加新颖,把连线生产自动化程度提高等方面,在内质方面没有做出突围,分析有以下几个原因:

  (1)我国在专利方面的法律约束不足,我国40年的改革开放,有着超强的模仿能力,轴承磨床制造方面,很难有不可察觉,不可拆卸、不可恢复的特点,主要原因是在设备设计过程中要考虑设备使用及后期维护的便捷性,所以很难在技术保密方面做出严密防范,同时也考虑到设备后期售后服务的成本问题,要解决这些问题,设备制造商必须综合考虑这些问题,所以进展很慢。(2)我国的轴承市场以中低端为主,产品附加值不高,在低利润的主导下,固定资产的投入需要精细计算投资金额,限制了设备的基本价格。这是一个我国制造长期需要重视及解决的课题,在轴承领域,国内一些优秀轴承生产厂家,不断攻克高端轴承领域,但从研发到品质保障到市场认同都是一个艰难漫长的过程,在这期间,很少有轴承厂家画重金投入设备,因为这是一个摸索探索过程,风险防范是企业经营的重要环节。(3)提升设备性能是一个系统问题,使用维护好高端设备,与之同步的领域涉及很广,比如加工零件毛坯是否能满足加工要求、砂轮的选用、设备的综合管理能力等等都制约着轴承生产厂家能否够支撑高端设备的投入与使用。

  3.2轴承专用设备近期主攻方向

  社会的发展与进步,驱使着设备制造不断改善,不断提升,诸多问题都会逐步得到改善与进步,结合目前国内设备行业的情况,轴承设备行业必须前行,必须跟上时代的步伐,必须为我国制造提供一流的设备主机,才能生产国际品质的轴承应用于市场,服务于社会,轴承专用设备在以下几个方面是近期主攻方向:

  (1)机床精度储备方面要下功夫,设备自身的主体精度有待提升,国际上工作台的精密程度超乎想象,而且在使用多年后检测与新设备基本一致,而我国生产的设备在出厂精度方面就不能与之相比,在长期使用后就很难保证其基本精度,我国的设备制造重点是把精力和成本花在核心部件上面,从而提高出厂精度,但是,铸造件及易损件材料的选择,润滑系统的设计;防护等级的提升等方面设计就没有重点考虑,从而不能长期有效保障设备精度。

  (2)高速磨削是发展必然趋势,我国目前采用的基本上是大功率磨削,虽然大功率磨削能暂时性的解决磨削效率问题,但在磨削表面质量、磨削精度、加工应力等方面不如高速磨削,但就提高磨削效率、抑制设备振动来说,大功率磨削更容易实现,所以目前我国设备基本上采用大功率磨削為主,但如何实现高速磨削,是属于高端制造的范畴,高速磨削的优点在于,高效率、低磨削热、低粗糙度、低切削力、低功耗,磨削效率高等特点,但要实现高速磨削,首先要解决设备刚性、高速共振问题,设备制造设计时要就全面考虑震源产生点,高速主轴温、刚性及共振问题,主轴高速旋转必须具备的旋转精,以及CBN砂轮自身配方的改进、砂轮修整方式的改进问题都是设备厂与轴承生产厂家共同需要面对的问题,特别是高速主轴的使用,目前我国在高速主轴方面的不足也是制约高速磨削的瓶颈之一,国际上高速磨削砂轮线速度已经高达150m/s,而我们国家在高速磨削领域达到60m/s都还仅限于大砂轮内圈滚道磨削,内孔及外圈滚道磨削几乎达不到60m/s以上,主要原因就是高速主轴的限制以及震源及共振点的问题没有解决,这是未来设备的重要研究方向。

  (3)设备运行中可靠性和稳定性是考量设备的关键指标,如何提升设备的可靠性和稳定性,配件质量保证是前提,制造精度是必要条件,但是,最容易忽略的是防护与润滑,要在设计初始阶段就把防护与润滑作为一个重要必要因素全面设计,另外,我国设备制造厂商往往都是重视核心零件的加工与制造,比如床身、工作台、主轴等部件,但是在一些易损件方面就不够重视,如上下料部套,很容易造成磨损后的上料不到位引起撞车,给设备造成不可挽回的精度损失。设备要提高可靠度,必须要重视上述环节,再结合控制系统,防止撞车等重大事故发生,才能长期保障精度,提高设备可靠性和稳定性。

  (4)先进运动控制系统的运用,我国设备发展进程,从手动到液压再到现在伺服运动控制,其中丝杆和伺服运动控制器的功不可没,极大地提高设备的控制能力,但丝杆每天少则三五千次,多则几万次的运动,丝杆间隙的产生是不可避免的,诸多厂家都在寻求方法,降低丝杆的磨损周期,但是由于我国采用的是大功率磨削方式,丝杆采用的是负游隙的装配方式,在前期能满足设备磨削需求,一旦丝杆出现游隙,磨削效率、加工精度、尺寸稳定性问题就随之而来,所以,直线伺服运动控制是轴承磨床发展趋势,取消丝杆及丝杆链接装置,能避免上述问题的发生。但是,直线伺服的运用,又与大功率磨削产生相对矛盾,直线伺服的推力值无法与丝杆的扭矩相媲美,另外直线伺服的防护等级还不能完全满足轴承磨床的酸碱水雾环境中长期工作,所以如何运用好直线伺服是一个重要课题。

  (5)轴承磨床的智能化提升,互联网飞速发展,随着5G时代的到来,轴承制造及轴承设备也迎来互联网时代,如何随时控制和监测设备;设备运行中的动态管理,比如:电流大小、主轴温度、在线测量、数值化调机、设备记忆、运行状态、故障代码功能等等,我国的无人化车间路还很长,但是由于我国人口红利的消失,迫使我们必须加快无人化车间的进展,所以综合提高设备的自动化、智能化、可视化、动态管理是设备未来发展的必然趋势。

  4 结语

  我国制造到我国智造,工业大国到工业强国是我们这一代人的光荣使命,是时代的宠儿,我们轴承磨床同样要从低端走向高端,从制造走向智造,在《我国制造2025》的历程中写上浓厚一笔,用科技、创新、坚持、梦想迎接明天。

来源:《中国科技纵横》2019年10期