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轴承知识
轴承知识
用好高速圆度仪 把住轴承降噪指标关
2010-06-08作者：钟小滨；马润梅
简 介：本文从轴承磨超线工序圆度检查及圆度仪维护两个角度出发，阐述了如何高效率用好圆度仪。通过增加工序圆度检查密度，监控轴承套圈圆度指标和波数指标，提高轴承套圈成品率，达到降噪的目的。
我国轴承行业直到七十年代末止，一直使用主轴转速不超过每分钟六转的低速圆度仪，如T51、T73、YD200等。测量套圈及钢球时，由于调心时间过长，测量效率低，难以满足生产的需要。常常是上午送检，下午才能拿到结果，延误调整机床生产，甚至导致产品合格率降低。
八十年代初，洛阳轴承研究所研制出了Y9025圆度仪，主轴转速高达96rpm，顶心式调心机构使得调心时间及测量时间缩短许多，效率提高了20倍以上。使得圆度仪加入了工序间检测仪器的行列。对提高产品质量，提高劳动生产率有很大的促进作用。但是，由于当时技术条件的限制，电气部分采用分立元件搭制，系统性能受到限制，仅能计算Z小二乘圆，放大倍率仅有两万倍，若被测工件圆度值为1mm左右时，仅能在小示波管上看到一个不甚清晰的轮廓。图形也不能打印，难以分辨出圆度的具体形状。对机床调整作用不大。
九十年代初，872厂在Y9025的基础上进行了改进，研制成功了由计算机控制的电气系统。增加了三种圆度评定方法、谐波分析、绘图等功能。在计算机屏幕上显示的圆度图形也较清晰，方便了用户对图形的分析，对磨床的调整有显著的作用。但是，其设计方面考虑不够全面，一是操作较繁琐，使得测量效率降低了许多，也不便用户学习使用；二是调整工件时，屏幕上的工件图形轨迹闪烁，对调整有影响；三是前置电路集成度不高，可靠性、易维修性均不高。
自1995年起，洛阳轴承研究所对Y9025圆度仪的电气系统进行了重新设计。用通用计算机系统加上一块插入计算机中的多功能前置卡，完成所有电气测控功能。在软件方面，结合高速前置电路系统，实现了实时跟踪显示工件图形轨迹，快速计算圆度值，通用打印机打印图形，快速计算谐波值等功能。按两次空格键，一次回车键，即可完成测量，一个熟练的圆度检查员每小时可测量100～200个工件，效率大大提高。按每个工位每批次送检五个工件，每班送检四批次计算，一台圆度仪至少可满足4条磨超线的检测需要。体现了从用户角度出发，易操作、高速实时、界面简单明了、显示清晰的设计原则。自97年投放市场以来，受到用户的欢迎。
有了高速圆度仪，如何才能充分发挥其效能，用以检查指导套圈磨加工生产过程，成为了一个重要问题，笔者通过深入多家轴承生产厂调研，总结出一些使用方法，可供轴承生产厂家参考。
一、改变生产检查工艺过程
因以前的圆度仪测量效率低，生产线上只能采用少量抽检的办法。反应速度低，等发现问题，已生产出了许多不合格的产品。由于Y9025G圆度仪的测量效率很高，使得生产车间的工序发生了变化。一些生产厂开始实施磨超线班前检查制度。每一工位开工时磨（超）五个工件即送检，测出圆度值和谐波值。圆度检验单内容如图一所示。根据测量结果，调整机床再开工。此后，每两小时送检一次。工厂凭工人的加工数量结合每次的检验单考核工人，以保证产品的质量。实践证明，此方法对提高产品质量是有效的。
我国轴承行业直到七十年代末止，一直使用主轴转速不超过每分钟六转的低速圆度仪，如T51、T73、YD200等。测量套圈及钢球时，由于调心时间过长，测量效率低，难以满足生产的需要。常常是上午送检，下午才能拿到结果，延误调整机床生产，甚至导致产品合格率降低。
八十年代初，洛阳轴承研究所研制出了Y9025圆度仪，主轴转速高达96rpm，顶心式调心机构使得调心时间及测量时间缩短许多，效率提高了20倍以上。使得圆度仪加入了工序间检测仪器的行列。对提高产品质量，提高劳动生产率有很大的促进作用。但是，由于当时技术条件的限制，电气部分采用分立元件搭制，系统性能受到限制，仅能计算Z小二乘圆，放大倍率仅有两万倍，若被测工件圆度值为1mm左右时，仅能在小示波管上看到一个不甚清晰的轮廓。图形也不能打印，难以分辨出圆度的具体形状。对机床调整作用不大。
九十年代初，872厂在Y9025的基础上进行了改进，研制成功了由计算机控制的电气系统。增加了三种圆度评定方法、谐波分析、绘图等功能。在计算机屏幕上显示的圆度图形也较清晰，方便了用户对图形的分析，对磨床的调整有显著的作用。但是，其设计方面考虑不够全面，一是操作较繁琐，使得测量效率降低了许多，也不便用户学习使用；二是调整工件时，屏幕上的工件图形轨迹闪烁，对调整有影响；三是前置电路集成度不高，可靠性、易维修性均不高。
自1995年起，洛阳轴承研究所对Y9025圆度仪的电气系统进行了重新设计。用通用计算机系统加上一块插入计算机中的多功能前置卡，完成所有电气测控功能。在软件方面，结合高速前置电路系统，实现了实时跟踪显示工件图形轨迹，快速计算圆度值，通用打印机打印图形，快速计算谐波值等功能。按两次空格键，一次回车键，即可完成测量，一个熟练的圆度检查员每小时可测量100～200个工件，效率大大提高。按每个工位每批次送检五个工件，每班送检四批次计算，一台圆度仪至少可满足4条磨超线的检测需要。体现了从用户角度出发，易操作、高速实时、界面简单明了、显示清晰的设计原则。自97年投放市场以来，受到用户的欢迎。
有了高速圆度仪，如何才能充分发挥其效能，用以检查指导套圈磨加工生产过程，成为了一个重要问题，笔者通过深入多家轴承生产厂调研，总结出一些使用方法，可供轴承生产厂家参考。
一、改变生产检查工艺过程
因以前的圆度仪测量效率低，生产线上只能采用少量抽检的办法。反应速度低，等发现问题，已生产出了许多不合格的产品。由于Y9025G圆度仪的测量效率很高，使得生产车间的工序发生了变化。一些生产厂开始实施磨超线班前检查制度。每一工位开工时磨（超）五个工件即送检，测出圆度值和谐波值。圆度检验单内容如图一所示。根据测量结果，调整机床再开工。此后，每两小时送检一次。工厂凭工人的加工数量结合每次的检验单考核工人，以保证产品的质量。实践证明，此方法对提高产品质量是有效的。
表一、圆度检验单
由表一所示圆度检验单可看到，圆度检测共分疏波（2～15）、密波（15～500）、全波（2～500）、谐波分量四项。如此分类的圆度值，是因为疏波主要影响轴承振动的低频段；密波主要影响轴承振动的中、高频段；全波是衡量全频段振动品质的主要指标之一；谐波则可帮助了解因形状误差引起振动的主要波次。同时上述分类的圆度指标对精磨、超精研工序有着不同的指导意义。
大家知道，工件圆度中的疏波值主要是靠精磨工序来保证的。但精磨后的工件的密波值还不能达到要求，需要进行超精研。超精研一般采用定时法，若精磨后的密波值太大，定时短则超精研后的密波值难以达到要求，定时长则降低生产效率。所以在精磨工序中也要控制密波值。因此，对不同等级轴承的套圈制定不同的圆度技术标准，并且按疏波、密波、全波、谐波分量值细分精磨、超精研的圆度值是必要的。
同时，由于机床状态的不稳定性、工件的材质不稳定性，又需要每台设备每班多批次检验；加上磨超线多、圆度仪少等因素的影响，若采用普通的低速圆度仪检测太慢，常常是上午送检，下午出结果，难以实现上述细分检测方法。而高速圆度仪正是推广这一细分检测方法的主要手段。
下面用一个简单的例子说明上述方法的应用。
某种202轴承，对精磨工序和超精研工序的圆度要求如下：
大家知道，工件圆度中的疏波值主要是靠精磨工序来保证的。但精磨后的工件的密波值还不能达到要求，需要进行超精研。超精研一般采用定时法，若精磨后的密波值太大，定时短则超精研后的密波值难以达到要求，定时长则降低生产效率。所以在精磨工序中也要控制密波值。因此，对不同等级轴承的套圈制定不同的圆度技术标准，并且按疏波、密波、全波、谐波分量值细分精磨、超精研的圆度值是必要的。
同时，由于机床状态的不稳定性、工件的材质不稳定性，又需要每台设备每班多批次检验；加上磨超线多、圆度仪少等因素的影响，若采用普通的低速圆度仪检测太慢，常常是上午送检，下午出结果，难以实现上述细分检测方法。而高速圆度仪正是推广这一细分检测方法的主要手段。
下面用一个简单的例子说明上述方法的应用。
某种202轴承，对精磨工序和超精研工序的圆度要求如下：
表二、圆度值要求
在表二中可看出，由于精磨过程对2～15的疏波影响较大，故其指标控制较严。同时，出于降低成品振动噪声值的考虑，对精磨中的疏波的各谐波分量亦有严格的控制。
这里需要强调的是：两个圆度值相同的套圈，因其谐波分量的大小不同，产生的振动会有较大差异。要想降低因套圈圆度引起的低频振动噪声，必须严格控制其所有的谐波分量。根据对一些生产低噪音轴承的厂家调查，其Z大谐波分量控制在圆度指标值的15%～30%为宜。但对密波值的控制相对较松，只要满足定时超精研的需要即可。
磨工按每班两到四次的要求，每次送检五个工件。当送检工件不合格时，可以打印圆度图，交由调整工，分析问题，调整精磨磨床的工件转速、砂轮转速、支点位置等状态，以及工磨速度、光磨时间等磨削条件。再磨工件，再次送检、出图、分析、指导磨床调整。车间负责人可根据汇总每位操作工的加工工件数量、质量工票（如表一为其中的一种），决定对其实行奖惩。
据笔者这两年的观察，采用这种即时抽查测量圆度方法的轴承生产厂家的产品质量均有较大的提高。
这里需要强调的是：两个圆度值相同的套圈，因其谐波分量的大小不同，产生的振动会有较大差异。要想降低因套圈圆度引起的低频振动噪声，必须严格控制其所有的谐波分量。根据对一些生产低噪音轴承的厂家调查，其Z大谐波分量控制在圆度指标值的15%～30%为宜。但对密波值的控制相对较松，只要满足定时超精研的需要即可。
磨工按每班两到四次的要求，每次送检五个工件。当送检工件不合格时，可以打印圆度图，交由调整工，分析问题，调整精磨磨床的工件转速、砂轮转速、支点位置等状态，以及工磨速度、光磨时间等磨削条件。再磨工件，再次送检、出图、分析、指导磨床调整。车间负责人可根据汇总每位操作工的加工工件数量、质量工票（如表一为其中的一种），决定对其实行奖惩。
据笔者这两年的观察，采用这种即时抽查测量圆度方法的轴承生产厂家的产品质量均有较大的提高。
图1 主轴系统示意图
二、养护是为了更高效的使用
高速圆度仪一方面是一种高精度仪器；另一方面又使用在环境较差的工序间中。如何在潮湿、油气、电磁干扰的工序间使用好该仪器，保养是非常重要的问题。根据笔者的调查，主要有以下几方面的问题值得特别关注。
1、主轴系统的维护
高速圆度仪一方面是一种高精度仪器；另一方面又使用在环境较差的工序间中。如何在潮湿、油气、电磁干扰的工序间使用好该仪器，保养是非常重要的问题。根据笔者的调查，主要有以下几方面的问题值得特别关注。
1、主轴系统的维护
图2 传感器结构示意图
主轴系统是圆度仪的测量基准，其回转精度直接影响工件测量的结果。维护好主轴系统是仪器维护的核心。这台仪器采用的是气浮主轴系统，如图1所示，过滤过的压缩空气进入轴套，由向上下及向内的均匀分布的小气孔喷出，支撑主轴及上下止推板悬浮。其精度一是靠其加工精度来保证，二是靠气孔喷出的压缩空气的压力均匀程度及压缩空气的洁净程度来保证。若压缩空气不够洁净，易导致个别气孔堵塞；若压缩空气过于潮湿，易导致主轴系统生锈。这些故障均会使得测量精度下降。因此，为了维护好主轴系统，必须做到以下两点：
⑴、非专业人员不可拆卸主轴系统，尤其不可在非通气的状况下旋转或拆卸主轴系统。以防碰伤。
⑵、保持压缩空气的洁净及不含水分，必须定期更换空气过滤器的滤芯。若当地的气候过于潮湿，则有必要再加一级具有油水分离功能的空气过滤系统。
2、传感器的维护
这台仪器采用的是压电晶体原理的传感器系统，其结构如图2所示。其优点是频率响应速度高，但压电晶体质地较脆，抗冲击强度差，易碎。根据这两年维修的状况看，70%左右的故障是传感器损坏造成的。因此，使用中小心防撞防摔是必要的。特别是对于205以上的套圈，调心过度时，会发生甩圈，易撞击传感器测头，因此，对于测量新手来说，有必要使用防甩圈保护杆。
3、安装地线
⑴、非专业人员不可拆卸主轴系统，尤其不可在非通气的状况下旋转或拆卸主轴系统。以防碰伤。
⑵、保持压缩空气的洁净及不含水分，必须定期更换空气过滤器的滤芯。若当地的气候过于潮湿，则有必要再加一级具有油水分离功能的空气过滤系统。
2、传感器的维护
这台仪器采用的是压电晶体原理的传感器系统，其结构如图2所示。其优点是频率响应速度高，但压电晶体质地较脆，抗冲击强度差，易碎。根据这两年维修的状况看，70%左右的故障是传感器损坏造成的。因此，使用中小心防撞防摔是必要的。特别是对于205以上的套圈，调心过度时，会发生甩圈，易撞击传感器测头，因此，对于测量新手来说，有必要使用防甩圈保护杆。
3、安装地线
图3 简易地线接法
在生产车间环境下，电源系统的电磁干扰是很强的，易造成仪器的电气系统损坏。因此有必要装上一条独立的地线。切不可将地线与电源的零线相接，这是因为工厂环境下零线的不平衡电流很大，极易造成计算机系统烧毁。若无铺设接地网的条件，可制作简易地线。如图3所示方法如下：在大地上挖一个深大于1.5米，底直径大于0.25米的洞。将一根f10mm左右，长约1.6m的钢棒垂直焊接在直径＞150mm，厚约2mm的铜板中间，铜板在下，插入洞中；在回填土中拌入2公斤盐，回填入洞，再浇上适量的水；将截面积＞2mm2的铜导线的一端焊接在钢棒的地面部分上，另一端接在电源插座的地线端即可。
4、计算机的维护
计算机系统是仪器测量控制的核心，维护好计算机的硬件及软件系统，才能更高效地进行测量。在硬件维护方面，要定期将主机机箱盖打开，用气老虎或干净的油漆刷将主机板上的灰尘清扫干净即可。注意：若不懂计算机结构，切记不可动里面的硬件及连线。软件的维护主要是指系统维护。需懂计算机软件的技术人员来操作。一般来讲，只要不随意安装或删除软件，不易出现大问题。
笔者认为，只要遵循一套科学的测量管理模式，严格按使用说明书操作，高速圆度仪会为产品质量的提高发挥更大的效用。