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      機床主軸和轉臺用軸承選用

      發布時間:2018-08-13 點擊:251

        用于機床主軸上的軸承精度應為ISOP5或以上(P5或P4是ISO的精度等級,通常從低到高為P0、P6、P5、P4、P2),而對于數控機床、加工中心等高速、高精密機床的主軸支承,則需選用ISOP4或以上的精度。主軸軸承包括角接觸球軸承、圓錐滾子軸承,以及圓柱滾子軸承等類型。

        在上述的幾種軸承中,以精密角接觸球軸承的使用***為廣泛。角接觸球軸承的滾動體是球,因為它是一種點接觸(區別于滾子軸承的線接觸),所以能提供更高的轉速、更小的發熱量和更高的旋轉精度。在一些超高速的主軸應用場合,還會采用陶瓷球(一般為Si3N4或者是Al2O3)的混合型軸承。與傳統的全淬透鋼球相比,陶瓷球材料自身的特點賦予了陶瓷球軸承具有高剛度、高轉速、耐高溫、壽命長的特點,從而滿足高端客戶對機床軸承產品的需求。

        就角接觸球軸承的接觸角而言,目前比較流行的是15和25的接觸角;通常15的接觸角具有比較高的轉速性能,而25的接觸角具有較高的軸向承載能力。由于預載的選擇對于精密角接觸球軸承應用的影響非常大,如在高承載、高剛性的場合,一般會選用中型或重型的軸承預載;而針對一些高轉速、高精度的應用場合,在軸承的早期選型中,需要注意選擇合適的預載。預載一般分成輕型、中型、重型三種,一般輕預載比較常見。為了方便客戶的使用,目前世界上的幾大軸承制造商都普遍提供預先研磨軸承端面而加預載的軸承,也就是人們通常所說的萬能配對精密角接觸球軸承形式。該類軸承免去了客戶的預載調節,從而節省了安裝時間。

        在一些重載且對速度有一定要求的機床應用場合中,如鍛件的荒磨、石油管道的車絲機、重型車床和銑床等,選擇精密圓錐滾子軸承是一種比較理想的方案。由于圓錐滾子軸承的滾子是線接觸的設計,因此它能為主軸提供很高的剛性和承載;另外,圓錐滾子軸承是一種純滾動的軸承設計,它能很好地降低軸承運轉扭矩和發熱,從而確保主軸的轉速和精度。由于圓錐滾子軸承能夠在安裝過程中調節軸向預載(游隙),這能讓客戶在軸承的整個使用周期中更好地優化軸承游隙調節。

        此外,在一些內圈擋邊線速度大于30m/s的高速應用中,某些特殊設計的圓錐滾子軸承也能滿足要求,如TSMA軸承或Hydra-Rib液力浮動擋邊軸承TSMA軸承的擋邊有多個軸向方向的潤滑油孔,可采用循環油潤滑或油霧潤滑,離心力可將油分布到滾子與擋邊接觸區,從而能更充分地潤滑軸承,提高軸承轉速。而Hydra-Rib液力浮動擋邊軸承是專為優化主軸系統的預載而設計,軸承有可浮動的擋邊,與滾子大端接觸,不像常見的軸承有固定內圈擋邊;且該浮動擋邊由“壓力”系統定位,這樣就能保證軸承在各個工況條件下都能發揮***優異的性能,并且已經成功地在國內客戶中使用。

        對于圓錐滾子軸承的精度選擇而言,ISOP5級的軸承主要應用在傳統的車床和銑床中;如果是加工中心、磨床等應用,通常會選擇ISOP4或以上的精密軸承。在主軸設計中,比較常見的圓錐滾子軸承布局有兩種。***種是前端和后端各采用一個圓錐滾子軸承,并采用面對面的安裝方式,這類設計結構緊湊,剛度高且便于安裝和調節。

        第二種是采用兩個圓錐滾子軸承面對面安裝作為主軸的前端,而后端使用一個雙外圈、兩個單內圈的軸承(TDO)作為浮動端使用;由于具有浮動能力,這類設計能很好地承受主軸的軸向熱膨脹,且剛度很高,保證了機床的精度。

        在機床主軸的應用中,雙列精密圓柱滾子軸承也會被使用到,通常與精密角接觸球軸承或推力軸承組合應用。此類軸承能承受較大的徑向載荷并允許有較高的轉速。軸承中的兩列滾子以交叉方式排列,旋轉時波動頻率比單列軸承大幅提高,振幅降低60%~70%。此類軸承通常有兩種形式:NN30、NN30K兩個系列軸承內圈帶擋邊,外圈可分離;NNU49、NNU49K兩個系列軸承外圈帶擋邊,內圈可分離,其中NN30K和NNU49K系列內圈為錐孔(錐度1:12),與主軸的錐形軸頸配合,軸向移動內圈,可使內圈脹大,這樣軸承游隙可以被減小甚至預緊軸承(負游隙狀態)。圓柱孔軸承通常采用熱裝,利用過盈配合減小軸承游隙,或者預緊軸承。對內圈可分離的NNU49系列軸承,一般在內圈裝上主軸后再對滾道精加工,以提高主軸旋轉精度。


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