《中高档数控机床轴承系列产品关键技术研发及产业化》

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中国是轴承大国,但不是轴承强国,中国高端轴承80%以上依赖进口。虽然中国通过“十五”、“十一五”科技攻关计划项目支持,在轴承关键技术研究领域取得了突破,但中国高端轴承没有形成系统化的技术解决方案。为保障国产高档数控机床主机配套需要,提高数控机床国产化率及主机性能,2012年1月,洛阳轴承研究所有限公司牵头实施了“中高档数控机床轴承系列产品关键技术研发及产业化”项目。项目以典型数控车床主轴轴承系列产品、精密镗铣加工中心主轴轴承系列产品等中高档数控机床轴承为对象,开展面向上述产品的设计、制造、装配及服役全过程的研究。通过项目的研究,掌握了上述产品的核心技术,推动了中国精密机床轴承的快速发展,助推了《中国制造2025》重点支持的数控机床及智能装备领域用基础零部件的升级。由中国轴承工业协会卢刚等专家组成的评价委员会认为:项目在高档数控机床轴承研制方面实现了创新,高速主轴轴承高速性能及精度指标达到国际先进水平。项目取得关键技术与创新点如下:

创新点1:超高速角接触球轴承动态分析方法及模型。提出了超高速角接触球轴承动态分析方法及模型,实现了轴承保持架运动轨迹的三维动态重构,得到了预紧力以及转速对轴承动态刚度影响的规律。

创新点2:基于能耗系数的高精密轴承性能评价技术。研究了轴承能耗系数与摩擦力矩、轴承所承受的外力之和以及轴承半径之间的关系,提出了国内首创的基于能耗系数的高精密轴承性能评价技术。

创新点3:精密机床轴承精确润滑技术。研究了超高速工况下滚动轴承内部复杂润滑状态及模型,给出了油气润滑和油脂润滑两种润滑方式的精确微量润滑技术,轴承的高速性能台架试验极限转速达到世界最高水平。

创新点4:精密机床轴承全生命周期数据管理技术。针对精密机床轴承从设计、生产、制造、服役直至报废全过程的所有特征信息,开发了数控机床轴承全生命周期数据管理系统(BLDMS),为企业在空间和时间上的信息孤岛问题提供了解决方案。

创新点5:基于大样本容量的精密机床轴承超长寿命试验技术。针对中高档机床轴承大量的试验需求,提出了基于大样本容量的精密机床轴承超长寿命试验技术,开展了国内首次大规模可靠性疲劳寿命试验。

项目研制的高速微量润滑轴承极限转速dmn达到3.2×106mm.r/min,实验室台架试验速度极限转速dmn达到4.2×106mm.r/min,精度达P2级,整体性能达到国际先进水平;开发的高速环保密封脂润滑轴承脂润滑下轴承极限转速dmn值达到2.10×106mm.r/min,达到国际先进水平;通过制造工艺提升,提高了轴承沟道表面精度,轴承低噪声性能水平提升60%以上,寿命由原来5000小时提升到10000小时,产品性能指标已达高档数控机床主机配套需要,使得中国精密机床轴承得到了快速发展,打破了国外高端机床轴承市场垄断。

项目建立拥有17台试验设备,能实现轴承高速性能、综合性能、可靠性寿命、密封润滑等试验基地;建立了4条示范生产基地,形成了年产95万套的中高档机床轴承生产线。

项目实施期间,获得授权知识产权8项,其中发明5项,实用新型2项,软件著作权1项;发表学术论文8篇,其中SCI二区论文1篇,中文核心论文6篇;制定相关技术标准2项,其中国家标准1项。通过项目的实施,实现了中高档机床主轴轴承的品种覆盖率达90%以上;带动量大面广的机床主轴类国产轴承系列产品市场占有率达50%以上。利用该项目技术,洛阳轴承研究所有限公司和洛阳LYC轴承有限公司2016~2018年新增销售收入共4.46亿元。

该项目的完成奠定了中国中高端机床轴承产品技术升级与发展基础。

成果说明

该项目自2012年开始对中高档数控机床轴承系列产品进行研究、试制,项目技术及所开发的典型型号轴承从2013年开始推广应用。在沈阳机床、新乡日升、苏州敏嘉等机床厂家共进行了试用,获得了良好的使用效果。主要应用情况见下表。

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