滚动轴承在曲轴磨床改造中的应用

天润曲轴股份有限公司（山东 文登 264400) 丛建臣 宋文友 周扬帆 于新贵

我公司是发动机曲轴专业生产企业，年产各类型号曲轴能力达百万根。随着科学技术的进步，对发动机零部件的技术要求越来越严，诸如曲轴轴颈形状公差圆度0.005mm，圆柱度0.01mm，止推挡距尺寸公差0.047mm。以此便知，在其加工工艺中，轴颈磨削是至关重要的工序，我公司从采用普通曲轴磨床到现今高端数控CBN磨床，从国产到进口，应有尽有。通过多年的维护维修，摸索到磨床轴承的合理选用，能有效地保证产品的质量、效率及使用寿命。现介绍给同仁，以求共享。

1.动静压轴承使用中暴露的问题

动压或静压轴承是分别依靠轴转动和外供压力油在轴与轴承间形成一层压力油膜，从而处于液体摩擦下工作的，我公司使用国产H系列曲轴磨床和进口SAIMP曲轴磨床，其磨头都是采用这一原理制成的。这种结构的轴瓦结构比较简单，但通过多年的使用，我们发现它有下列不足之处。

(1)泄漏与污染 特别是泄漏，虽然有较好的设计制造和维护，也只能做到使油液的泄漏减少到最低限度，却无法使系统完全地保证油液的清洁而不漏，因此污染不可避免。

(2)油液的黏度变化 油液的黏度随着温度而变化，这是不能避免的物理特性。因此温度的变化使工作机构在运动中也发生变化。为了解决这种现象，要使用温度控制装置来保证工作机构的正常运动。

(3)气体的渗入 在系统设计不良和密封装置出现不当的情况下，空气极容易进入系统，从而使机床磨削产生振动、噪声等现象。

(4)机床零件的制造质量 零件的加工质量要求较高，为了减少泄漏、摩擦，往往要求零件的加工精度较高，如果是旋转体的加工，还有一个同轴度的要求，所以加工有较大的难度，特别是静压压腔的加工一般厂家极难做好。

(5)系统故障 液压系统的故障极不易检查和排除，因为造成故障的原因较多，有些还纯是偶然的，所以判断和排除较难。

(6)介质的要求 液压系统特别是静压对介质的要求极高，必须保证介质的各项指标，特别是更换周期。

(7)设计没有统一标准 静压支承的轴承到现在还没有统一的标准，特别是旋转的被支承体的刚度，很多厂家根本就没有测试设施，只靠理论的计算为标准。

(8)互换性 静压支承的轴承一旦损坏就必须重新制作，大部分是更换一套总成，这样就使维修成本增加。

(9)修理困难 因制造厂家是根据自己的计算来制作的，修理时有时都找不到从什么地方入手。如有的厂家制作静压轴承采用的是缝隙节流，将节流间隙留在轴瓦的外圆上，一旦发生故障，必须将轴瓦抽出，这样很容易使轴承报废。

(10)刚度与理论设计 静压支承最大的缺点是设计计算和制造的难度而引起的主轴刚度不足，使主轴在运转中存有漂移现象。如H系列磨床就有这种现象。由于砂轮在修正侧面时是根据曲轴挡距的尺寸要求来修整，必须小于工件0.1mm。如果工件要求小挡是mm，我们在修砂轮时就要修到mm的尺寸，这样磨削出来的小挡尺寸合格。如果大于小的修正尺寸，磨出来的工件不松就紧，也就是说砂轮在运转时有摆动现象，而且线速度较低，振棱较多。静压的轴承更难做到所要求的尺寸间隙，如间隙较小，往往出现抱轴现象，其主要原因涉及到液体的质量变化。由于动静压除了存在上述缺点，砂轮线速度最高达到46m/s，而在实际工作运行中，一般维持在30～32m/s，因此磨削效率低。

2.磨床改造效果

由于上述动静压轴承的缺陷存在，我们采用滚动轴承对国产H系列磨床的改造作了一些尝试。该系列磨床分别用于精磨主轴和精磨连杆工序，其砂轮架主轴支承均采用的是静压轴承。根据所磨曲轴的形位精度、尺寸精度和磨削效率，使改造后的磨床能满足这些要求，通过多年维修积累的经验，综合考虑了机床的各项性能指标，确定影响砂轮架主轴支承的轴承是保证产品质量的主要指标。因此我们选择了SKF工厂制作的滚动轴承。将原有主轴及静压轴承等部件一并拆除。更换一套含滚动轴承的主轴部件，其他机构不变，砂轮线速度保持在45m/s。通过磨削玉柴 YC6108曲轴，运行了12000h，所磨曲轴轴颈均能满足工艺要求。特别是振棱从根本上消除 (因砂轮质量问题除外)。生产节拍也有较大的提高，磨削一根曲轴时间比原来缩短3min，机床工作仍处于良好状态。在节约成本方面，节电26400度，这主要是减少了空调、油泵等辅助设施的电耗。同时也减少日常维护修理的费用，特别是主轴润滑油的损耗更换，可节约15000元左右，最主要的是主轴刚度有了质的改变，体现在砂轮两侧面的修正上，与工件小挡的尺寸误差能达到0.01mm，砂轮完全无摆动现象。

从成本上来说，液体静压轴承的更换价格基本上和更换的滚动轴承支承主轴相当;静压轴承到了一定的时间和因润滑不良产生抱死现象就必须更换，更换的价格就是100%的费用。而滚动轴承的更换价格只占原有价格的20%，且使用周期长。

通过实践证明，我公司的十多台H系列磨床现在已全部进行了维修更换，并投入使用。

3.结语

虽然滚动轴承在磨床上曾一度获得应用，但因当时的制造技术的限制，制造的轴承只能做高速运转，无法保证机床的运转精度，而不易在高速运转的机床上应用。随着制造技术的进步，现今制造的轴承和高刚度、高精度的主轴，完全可满足高速运转精度要求。所使用的线速度和工作速度有了一个跨时代的提升，由过去的30m/s提高到120～140m/s。使用寿命可达几万小时。国外 NAXOS和JUNER近年制造的高端磨床砂轮主轴均采用了滚动轴承，为了提高效率和保证产品质量，滚动轴承在磨削机床上会得到广泛的应用。