機床主軸和轉臺軸承的選型
2016-8-24 來源：轉載 作者：
在機械產品中，軸承屬于高精度產品，不僅需要數學、物理等諸多學科理論的綜合支持，而且需要材料科學、熱處理技術、精密加工和測量技術、數控技術和有效的數值方法及計算機技術等諸多學科為之服務。軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類型、結構、配置、精度、安裝、調整、潤滑和冷卻都直接影響主軸組件的工作性能。
機床設備中主軸軸承及轉臺軸承的選型
一、主軸軸承的選型
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。
1、精密角接觸球軸承
精密角接觸球軸承的使用廣泛，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Al203)的混合型軸承。金屬加工記者認為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。
2、精密圓柱滾子軸承
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。金屬加工在線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。
3、精密圓錐滾子軸承
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。
二、轉臺軸承的選型
數控機床中常用的回轉工作臺有分度工作臺和數控回轉工作臺。數控機床在加工某些零件的時候，除了需要X、Y、Z三個坐標軸的直線進給運動外，有時候還需要有繞X、Y、Z三個坐標軸的圓周運動，分別稱為A、B、C軸。數控回轉工作臺可用來實現圓周進給運動，除此之外，還可以完成分度運動。而分度工作臺的功用只是將工件轉位換面，和自動換刀裝置配合使用，實現工件一次安裝能完成幾個面的多種工序，因此，大大提高了工作效率。金屬加工在線數控轉臺的外形和分度工作臺沒有多大差別，但在結構上則具有一系列的特點。由于數控轉臺能實現進給運動，所以它在結構上和數控機床的進給驅動機構有許多共同之處。不同點是驅動機構實現的是直線進給運動，而數控轉臺實現的是圓周進給運動。
回轉工作臺廣泛地使用于各種數控銑床、鏜床、各種立車以及立銑等機床。除了要求回轉工作臺能很好地承受工件重量外，還需要保證其在承載下的回轉精度。轉臺軸承，作為轉臺的核心部件，在轉臺運行過程中，不僅要具有很高的承載能力，還需具備高回轉精度、高抗傾覆能力、以及較高的轉速能力等。
1、推力球軸承圓柱滾子軸承
推力球軸承能承受一定的軸向力，所以該軸承主要用于承受工件的重量;而圓柱滾子軸承主要用于徑向的定位和承受外部的徑向力(例如切削力、銑削力等)。該類設計應用廣泛，并且成本也相對比較低廉。由于推力球是一種點接觸的軸承，所以它的軸向承載力相對比較有限，主要用于小型或中型的機床回轉工作臺。此外推力球的潤滑也比較困難。
2、靜壓軸承精密圓柱滾子軸承
靜壓軸承是一種靠外部供給壓力油，在軸承內建立靜壓承載油膜以實現潤滑的滑動軸承。靜壓軸承從起動到停止始終在潤滑下工作，所以沒有磨損，使用壽命長，起動功率小;此外，這種軸承還具有旋轉精度高，油膜剛度大，能抑制油膜振蕩等優點。精密圓柱滾子軸承具有很好的徑向承載力，并且由于采用了精密級的軸承，回轉工作臺的回轉精度也能得到保證。使用該類設計的回轉工作臺能承受很高的軸向力，有些工件的重量超過200t以上，轉臺直徑超過10m。但是該類設計也有一些不足之處，由于靜壓軸承必須附帶一套專用的供油系統來供給壓力油，維護比較復雜，而且成本也比較高。
3、交叉滾子軸承
交叉滾子軸承在轉臺上的應用比較普遍。交叉滾子軸承的特征是軸承中有兩個滾道，兩排交叉排列的滾子。與傳統的推力軸承徑向定心軸承組合相比，交叉滾子軸承結構緊湊、體積小巧，并簡化了工作臺設計，從而降低了轉臺的成本。由于使用了優化的預緊力，該類軸承具有很高的剛度，因而轉臺的剛度和精度也都得到了保證。得益于兩排交叉滾子的設計，軸承的有效跨距能被顯著提高，所以該類軸承具有很高的抗傾覆力矩。
在交叉滾子軸承中，又分成兩種類型：第一種是圓柱交叉滾子軸承，第二種是圓錐交叉滾子軸承。通常，圓柱交叉滾子軸承價格比圓錐交叉滾子軸承低，適用于轉速相對較低的轉臺應用中;而圓錐交叉滾子軸承采用了圓錐滾子的純滾動設計，具有運轉精度高，轉速能力強，減少了軸長度和加工成本等優勢。交叉滾子軸承適用于各種類型的立式或臥式鏜床，以及立磨、立車和大型齒輪銑床等應用。
綜上所述，為了能選擇合適尺寸和類型的軸承，需要綜合考慮各種工況條件，例如運行速度、潤滑、安裝類型、主軸剛度、精度等要求。就軸承本身而言，只有充分地了解它的設計特點以及由此帶來的優點和缺點，才能充分發揮軸承的性能。軸承作為機床主軸和轉臺的核心部件，對機床的運行表現起到了舉足輕重的作用。
文章來源于網絡，制造業生態圈重新整理
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