1.前言
作為整個(gè)工業(yè)基礎(chǔ)的機(jī)械制造業(yè)，正在朝著高精度、高效率、智能化和柔性化的方向發(fā)展。磨削、超精研加工(簡稱“磨超加工”)往往是機(jī)械產(chǎn)品的終極加工環(huán)節(jié)，其機(jī)械加工的好壞直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。作為機(jī)械工業(yè)基礎(chǔ)件之一軸承的生產(chǎn)中，套圈的磨超加工是決定套圈零件乃至整個(gè)軸承精度的主要環(huán)節(jié)，其中滾動(dòng)表面的磨超加工，則又是影響軸承壽命以及軸承減振降噪的主要環(huán)節(jié)。因此，歷來磨超加工都是軸承制造技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)和核心技術(shù)。
國外軸承工業(yè)，60年代已形成一個(gè)穩(wěn)定的套圈磨超加工工藝流程及基本方法，即：雙端面磨削——無心外圓磨削——滾道切入無心磨削——滾道超精研加工。除了結(jié)構(gòu)特殊的軸承，需要附加若干工序外，大量生產(chǎn)的套圈均是按這一流程加工的。幾十年來，工藝流程未出現(xiàn)根本性的變化，但是這并不意味著軸承制造技術(shù)沒有發(fā)展。簡要地說，60年代只是建立和發(fā)展“雙端面——無心外圓——切入磨——超精研”這一工藝流程，并相應(yīng)誕生了成系列的切入無心磨床和超精研機(jī)床，零件加工精度達(dá)到3～5um，單件加工時(shí)間13～18s(中小型尺寸)。70年代則主要是以應(yīng)用60m/s高速磨削、控制力磨削技術(shù)及控制力磨床大量采用，以集成電路為特征的電子控制技術(shù)的數(shù)字控制技術(shù)被大量采用，從而提高了磨床及工藝的穩(wěn)定性，零件加工精度達(dá)到1～3um，零件加工時(shí)間10～12s。80年代以來，工藝及設(shè)備的加工精度已不是問題，主要發(fā)展方向是在穩(wěn)定質(zhì)量的前提下，追求更高的效率，調(diào)整更方便以及制造系統(tǒng)的數(shù)控化和自動(dòng)化。
2.軸承套圈的磨削加工
在軸承生產(chǎn)中，磨削加工勞動(dòng)量約占總勞動(dòng)量的60％，所用磨床數(shù)量也占全部金屬切削機(jī)床的60％左右，磨削加工的成本占整個(gè)軸承成本的15％以上。對于高精度軸承，磨削加工的這些比例更大。另外，磨削加工又是整個(gè)加工過程中最復(fù)雜，對其了解至今仍是最不充分的一個(gè)環(huán)節(jié)。這個(gè)復(fù)雜性表現(xiàn)在：所要求的性能指標(biāo)更多、精度更高；加工成形機(jī)理更復(fù)雜，影響加工精度的因素眾多；加工參數(shù)在線檢測困難。因此，對于軸承生產(chǎn)中關(guān)鍵工序之一的磨削加工，如何采用新工藝，新技術(shù)，以高精度、高效率、低成本地完成磨削過程，便是磨削加工的主要任務(wù)。
2.1高速磨削技術(shù)
高速磨削能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代制造技術(shù)追求的兩大目標(biāo)提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)效率。實(shí)踐證明：若將磨削速度由35m/s提高到50～60m/s時(shí)，一般生產(chǎn)效率可提高30％～60％，對砂輪的耐用度提高約0.7～1倍，工件表面粗糙度參數(shù)值降低50％左右。
一般磨削速度達(dá)到45m/s以上稱為高速磨削。國內(nèi)以我所八十年代研制的ZYS—811全自動(dòng)軸承內(nèi)圓磨床為代表，率先在國內(nèi)軸承行業(yè)套圈磨削加工中應(yīng)用高速磨削技術(shù)，配套成功研制了高剛度、高轉(zhuǎn)速、大功率電主軸及高速砂輪。而國內(nèi)外高速磨削早已廣泛應(yīng)用，并隨著廣泛采用高磨削比,高耐用度的超硬磨料如CBN，砂輪磨削速度已達(dá)80～120m/s，甚至更高。如：德國Mikrosa、日本KOYO公司的無心磨床，日本TOYO公司的軸承內(nèi)圓磨床等，外表面磨削砂輪線速度達(dá)120m/s，內(nèi)表面磨削線速度達(dá)60m/s～80m/s。
增大砂輪驅(qū)動(dòng)(傳動(dòng))系統(tǒng)的功率和提高機(jī)床的剛性，是實(shí)現(xiàn)高速磨削一條重要措施，而其中高速主軸單元是高速磨床最為關(guān)鍵的部件。在高速磨削中，砂輪除應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度外，還需要保證具有良好的磨削性能，才能獲得高磨效果。另外，冷卻裝置也是實(shí)現(xiàn)高速磨削不可缺少的裝置之一。
2.2CBN砂輪磨削技術(shù)
立方氮化硼磨料簡稱CBN磨料，由其制造的砂輪稱為CBN砂輪，其主要具有下列特征：⑴硬度高，導(dǎo)熱率高，熱穩(wěn)定性好，可承受1300～1500℃高溫。⑵耐用性高，磨耗小，磨削比可達(dá)4000～10000(磨削比是指磨削過程去除工件材料量與砂輪磨損量的比值)而普通剛玉砂輪僅為50～80。⑶磨削力小，磨削熱小，加工工件應(yīng)力小，表層應(yīng)力薄或沒有。⑷輔助時(shí)間(修整砂輪、更換砂輪)大大減少。
對我國軸承行業(yè)來說，利用CBN進(jìn)行套圈磨削加工是種新的加工技術(shù)，應(yīng)用前景非常廣闊，但需要研究解決下列技術(shù)：CBN砂輪的制造技術(shù)、修整技術(shù)、專用軸承磨床和磨削冷卻液等。
由于CBN砂輪具有良好的加工特點(diǎn)，利用CBN砂輪進(jìn)行軸承套圈磨削國外早已進(jìn)行了研制并應(yīng)用于生產(chǎn)中，并稱其為“生產(chǎn)加工技術(shù)的一場大革命”。從1982年以來，CBN砂輪在日本已大批應(yīng)用，并且高速增長。
