我國(guó)軸承行業(yè)經(jīng)過新中國(guó)建立60多年、特別是近十幾年來的建設(shè)發(fā)展，經(jīng)歷了“從無(wú)到有、從小到大”歷史過程，從2003年開始，已成為規(guī)?？偭糠€(wěn)居世界第三的軸承大國(guó)，成績(jī)顯著。2013年，我國(guó)軸承行業(yè)銷售收入為1 535億元，規(guī)模以上企業(yè)為1 358家。目前，已進(jìn)入“由大到強(qiáng)”的關(guān)鍵轉(zhuǎn)型期。
我國(guó)軸承行業(yè)“大而不強(qiáng)”，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1） 產(chǎn)品技術(shù)質(zhì)量水平不高。以近10年來的國(guó)家監(jiān)督抽查結(jié)果為例，平均抽樣合格率僅為70%左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全國(guó)工業(yè)品平均抽樣合格率90%以上的水平。
（2）企業(yè)市場(chǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)力不足。除中低端軸承主要靠低價(jià)優(yōu)勢(shì)占據(jù)市場(chǎng)外，在高速鐵路、民用航空、高檔機(jī)床、高級(jí)汽車、盾構(gòu)機(jī)、計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器等領(lǐng)域，由于技不如人，至今沒有實(shí)力與國(guó)外品牌軸承相抗衡，長(zhǎng)期被排除在高端軸承市場(chǎng)之外。
（3） 行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱。缺乏具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，在軸承基礎(chǔ)理論和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)方面幾無(wú)貢獻(xiàn)，在世界軸承工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域中尚沒有取得與之相對(duì)稱的話語(yǔ)權(quán)。
在上述差距中，體現(xiàn)在最基本的產(chǎn)品質(zhì)量方面，可歸結(jié)如下：
在精度上，主要存在精度離散性、精度儲(chǔ)備率和精度保持性等問題。
在性能上， 以最常規(guī)的動(dòng)態(tài)性能中的振動(dòng)與噪聲為例，主要是“異音”和振動(dòng)（噪聲）水平保持性等問題。
在壽命及可靠性上，以最基本的疲勞壽命為例，一般僅為國(guó)外著名公司產(chǎn)品的1/2、1/3甚至更短，有些滾子軸承連額定壽命都不到，可靠度普遍偏低。
國(guó)產(chǎn)軸承存在技術(shù)質(zhì)量水平不高的原因很多，包括設(shè)計(jì)、制造、材料、檢測(cè)、試驗(yàn)以及管理等各個(gè)方面，但其中制造裝備及加工工藝問題一直是最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。
軸承工業(yè)的生產(chǎn)特征
現(xiàn)代軸承工業(yè)的起源是以1883年德國(guó)FAG公司發(fā)明了磨球機(jī)為標(biāo)志。軸承工業(yè)的誕生依附于機(jī)械化，軸承工業(yè)的發(fā)展始終追求自動(dòng)化，這是由于軸承作為高度“三化（標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化）”的產(chǎn)品，必須實(shí)現(xiàn)大批量規(guī)模化生產(chǎn)所決定的?！皺C(jī)械化、自動(dòng)化、規(guī)?；毙纬闪溯S承產(chǎn)品最顯著的生產(chǎn)特征。
軸承屬于精密機(jī)械產(chǎn)品，其標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低精度等級(jí)相當(dāng)于手表精度水平。因此，軸承制造若采用普通機(jī)床，則精度達(dá)不到要求；若采用精密機(jī)床，則加工效率太低。
也因此，軸承制造就有了“專用機(jī)床”存在的需要。軸承專用機(jī)床以 “兩溝一孔”磨床為典型代表，即主要指用于加工球軸承的外圈溝道、內(nèi)圈溝道和內(nèi)圈內(nèi)孔的三種磨床，簡(jiǎn)稱外溝磨床、內(nèi)溝磨床和內(nèi)徑磨床。其他磨床，如用于加工滾子軸承的外圈滾道、內(nèi)圈滾道、內(nèi)圈擋邊等的磨床，都是以“兩溝一孔”磨床為基礎(chǔ)，經(jīng)局部改變而派生出來的磨床。正是有了專用機(jī)床，從而使得軸承制造的技術(shù)門檻大大降低，從第二次世界大戰(zhàn)前只有工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家才能生產(chǎn)，變成一般工業(yè)水平國(guó)家也能生產(chǎn)。也正是由于有了專用機(jī)床的不斷升級(jí)換代，使得軸承制造對(duì)于裝備的依賴度越來越高，沒有先進(jìn)的裝備，現(xiàn)在已難以生產(chǎn)出具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的高精度儲(chǔ)備率的軸承。
過去，軸承磨床多以手動(dòng)機(jī)床發(fā)展到“機(jī)電液”控制的半自動(dòng)和自動(dòng)化機(jī)床為主，隨著機(jī)床工業(yè)和軸承工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，目前，數(shù)字控制機(jī)床已在軸承磨床中占據(jù)主體地位。數(shù)控磨床不僅在高精度、高效率方面特別適合于普通軸承的大批量連續(xù)性生產(chǎn)，而且在柔性化方面還非常契合于一些專用軸承的多品種小批量生產(chǎn)。因此，數(shù)控磨床以及數(shù)控車床、數(shù)控超精機(jī)等已成為軸承裝備的“標(biāo)準(zhǔn)配置”和普及方向。
軸承產(chǎn)品的生產(chǎn)方式
過去，機(jī)群式是軸承零件機(jī)械加工的主要生產(chǎn)方式。近些年來，采用自動(dòng)線的企業(yè)越來越多，主要有車加工自動(dòng)線、車輾自動(dòng)線、磨超自動(dòng)線、磨裝自動(dòng)線等。有些企業(yè)在磨削工序已全部采用了自動(dòng)線。以最為主要的磨超自動(dòng)線為例，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2004年才300多條，經(jīng)過短短10年的發(fā)展，現(xiàn)在已達(dá)到5 000多條。采用自動(dòng)線及數(shù)控化程度較高的裝備，可以優(yōu)化工藝參數(shù)，控制加工節(jié)拍，固化工藝紀(jì)律，使得人為因素大大減少，保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定達(dá)到規(guī)定要求，而且生產(chǎn)效率也顯著提高。
對(duì)于以深溝球軸承為代表的球軸承磨超自動(dòng)線，我國(guó)軸承行業(yè)大多采用是由5臺(tái)機(jī)床組成的“磨超短線”，即內(nèi)圈3臺(tái)（磨內(nèi)溝、磨內(nèi)徑和內(nèi)溝超精各1臺(tái)），外圈兩臺(tái)（磨外溝、外溝超精各1臺(tái)，見附圖）。對(duì)于圓錐滾子軸承為代表的滾子軸承的磨超短線，則一般由9臺(tái)機(jī)床組成，即內(nèi)圈5臺(tái)（粗磨內(nèi)滾道、粗磨內(nèi)徑、細(xì)磨滾道、細(xì)磨內(nèi)徑、磨擋邊、滾道及擋邊超精各1臺(tái)），外圈4臺(tái)（粗磨外滾道、精磨外徑、精磨外滾道、外滾道及外徑超精各1臺(tái)）。這種配置盡管比較緊湊和成熟，但由于機(jī)床之間的加工節(jié)拍不盡一致（內(nèi)表面加工效率低于外表面），因此造成部分機(jī)床效能得不到充分發(fā)揮，整條線的產(chǎn)能沒有充分利用，存在浪費(fèi)現(xiàn)象。
國(guó)外先進(jìn)的磨超生產(chǎn)線通常采用長(zhǎng)線或稱復(fù)線的形式，如日本的球軸承磨超自動(dòng)線由12臺(tái)機(jī)床組成，其中內(nèi)圈7臺(tái)（磨內(nèi)徑3臺(tái)、磨內(nèi)溝兩臺(tái)和內(nèi)溝超精兩臺(tái)），外圈5臺(tái)（磨外溝3、外溝超精兩臺(tái)），整條線的生產(chǎn)節(jié)拍匹配協(xié)調(diào)，生產(chǎn)效率大大提高。此外還有9臺(tái)、15臺(tái)、21臺(tái)和25臺(tái)機(jī)床等多種組合。
我國(guó)部分軸承企業(yè)現(xiàn)在也開始嘗試采用復(fù)線形式，生產(chǎn)方式與國(guó)際先進(jìn)水平接軌，從自動(dòng)生產(chǎn)線向自動(dòng)生產(chǎn)工段、自動(dòng)生產(chǎn)車間的雛形轉(zhuǎn)變。
一些國(guó)外著名軸承公司，近期已開始采用“一個(gè)流”等更先進(jìn)的機(jī)床配置與生產(chǎn)流程?！耙粋€(gè)流”生產(chǎn)，即各工序間只有一個(gè)工件在流動(dòng)，使加工過程始終處于不停滯、不堆積、不超越的流動(dòng)狀態(tài)，生產(chǎn)節(jié)拍完全同步，各種問題和浪費(fèi)明顯化。相應(yīng)，對(duì)裝備的功能要求也趨于單一化或最簡(jiǎn)化，以期保證其具備高可靠性和高穩(wěn)定性。
我國(guó)軸承制造裝備的技術(shù)水平
我國(guó)軸承行業(yè)對(duì)制造裝備的技術(shù)進(jìn)步一直充滿熱情。例如，對(duì)國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的推廣應(yīng)用，早在1990年代中后期就已形成了一定規(guī)模。
2004年前后，有關(guān)方面曾經(jīng)開展過一次覆蓋汽車、航天、航空、船舶、兵器、模具、農(nóng)機(jī)、工程機(jī)械和電站設(shè)備等眾多行業(yè)的調(diào)研，其中唯有軸承行業(yè)采用國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床__較多且認(rèn)可度較高，形成了 “國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床在軸承行業(yè)一枝獨(dú)秀”的獨(dú)特現(xiàn)象。
國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床能夠很早就在軸承行業(yè)打開局面，主要原因在于當(dāng)時(shí)（1980年代以后）引進(jìn)的國(guó)外數(shù)控機(jī)床盡管技術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)異、水平很高，但存在著價(jià)格昂貴、維修困難、開放性差、不便于升級(jí)換代等嚴(yán)重問題。因此，在企業(yè)的技術(shù)改造中，以數(shù)控軸承磨床為代表的國(guó)產(chǎn)數(shù)控軸承機(jī)床開始嶄露頭角，并逐漸形成了主導(dǎo)地位。
早期的國(guó)產(chǎn)數(shù)控軸承磨床，普遍存在著數(shù)控系統(tǒng)不穩(wěn)定，尤其是機(jī)械傳動(dòng)部分故障較多，更換工裝夾具及重新調(diào)整定位時(shí)操作復(fù)雜，以及電器壽命短、液氣密元件不過關(guān)等問題。隨著不斷改進(jìn)完善，目前在中小型軸承磨床方面，技術(shù)上已趨于成熟且達(dá)到一定水平，不僅國(guó)內(nèi)企業(yè)大量采用，而且，許多國(guó)際著名軸承公司如SKF、Schaeffler、NSK、NTN和Timken等都已開始采購(gòu)。
國(guó)產(chǎn)軸承制造裝備目前存在的問題是：可靠性與穩(wěn)定性波動(dòng)較大；加工精度的離散度較大；大多集中于中低檔的“同質(zhì)化”水平。
因此，在高端軸承領(lǐng)域，軸承企業(yè)首選仍然是進(jìn)口機(jī)床，如在軍工軸承、鐵路軸承和機(jī)床精密軸承等的關(guān)鍵工序仍以采用國(guó)外品牌機(jī)床為主。
與國(guó)外先進(jìn)機(jī)床相比，國(guó)產(chǎn)軸承制造裝備中重點(diǎn)需要在以下方面取得改進(jìn)或突破：
（1）進(jìn)一步提高磨用電主軸的功率、剛度和精度壽命。
（2）頭架、砂輪修整器推廣應(yīng)用液體靜壓主軸。
（3）采用高精度、高剛度滾珠絲杠、導(dǎo)軌。
（4）廣泛采用在線監(jiān)測(cè)和保護(hù)技術(shù)。
（5）提高機(jī)床的工序能力指數(shù)，至少應(yīng)達(dá)到Cpk＞1.33，甚至Cpk＞1.67。
（6）推廣應(yīng)用磨超復(fù)線和磨裝長(zhǎng)線。
（7）推廣應(yīng)用外表面磨削線速度80m/s以上、內(nèi)圓磨削線速度60m/s以上高速磨削技術(shù)。
（8）研發(fā)穩(wěn)定批量生產(chǎn)P4，特別是P2公差等級(jí)軸承的高精度數(shù)控機(jī)床。
結(jié)語(yǔ)
軸承作為精密機(jī)械產(chǎn)品， 要保證其高精度等基本技術(shù)特性，在影響產(chǎn)品質(zhì)量“人、機(jī)、料、法、環(huán)”的5個(gè)要素中，“機(jī)”是最重要的。各國(guó)際著名軸承公司，無(wú)不高度重視制造裝備的不斷升級(jí)換代，很多核心專用設(shè)備均以自主研制和集成為主，單機(jī)自動(dòng)化、數(shù)控化和自動(dòng)生產(chǎn)線、無(wú)人化車間程度非常高，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代軸承工業(yè)制造技術(shù)的發(fā)展方向。
我國(guó)要想實(shí)現(xiàn)軸承強(qiáng)國(guó)的目標(biāo)，必須首先在制造裝備技術(shù)上取得顯著突破，包括在數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)生產(chǎn)線上不斷改進(jìn)提高，也包括在更高起點(diǎn)上進(jìn)行切入，如直線電動(dòng)機(jī)、工業(yè)機(jī)器人以及柔性化、智能化等技術(shù)的應(yīng)用等，只要遵循世界軸承工業(yè)發(fā)展規(guī)律，并充分利用中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各種紅利因素，我國(guó)軸承工業(yè)就一定會(huì)繼續(xù)取得更大的發(fā)展。
作者：洛陽(yáng)軸承研究所有限公司 楊曉蔚
原文刊發(fā)于：《金屬加工（冷加工）》2014年第19期6頁(yè)，金屬加工版權(quán)所有。
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