機(jī)床主軸和轉(zhuǎn)臺(tái)軸承的選型
2016-8-24 來(lái)源：轉(zhuǎn)載 作者：
在機(jī)械產(chǎn)品中，軸承屬于高精度產(chǎn)品，不僅需要數(shù)學(xué)、物理等諸多學(xué)科理論的綜合支持，而且需要材料科學(xué)、熱處理技術(shù)、精密加工和測(cè)量技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和有效的數(shù)值方法及計(jì)算機(jī)技術(shù)等諸多學(xué)科為之服務(wù)。軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)、配置、精度、安裝、調(diào)整、潤(rùn)滑和冷卻都直接影響主軸組件的工作性能。
機(jī)床設(shè)備中主軸軸承及轉(zhuǎn)臺(tái)軸承的選型
一、主軸軸承的選型
用于機(jī)床主軸上的軸承精度應(yīng)為ISOP5或以上(P5或P4是ISO的精度等級(jí)，通常從低到高為(P0、P6、P5、P4、P2)，而對(duì)于數(shù)控機(jī)床、加工中心等高速、高精密機(jī)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(lèi)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(dòng)體是球，因?yàn)樗且环N點(diǎn)接觸(區(qū)別于滾子軸承的線(xiàn)接觸)，所以能提供更高的轉(zhuǎn)速、更小的發(fā)熱量和更高的旋轉(zhuǎn)精度。在一些超高速的主軸應(yīng)用場(chǎng)合，還會(huì)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(rèn)為與傳統(tǒng)的全淬透鋼球相比，陶瓷球材料自身的特點(diǎn)賦予了陶瓷球軸承具有高剛度、高轉(zhuǎn)速、耐高溫、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，從而滿(mǎn)足高端客戶(hù)對(duì)機(jī)床軸承產(chǎn)品的需求。
2、精密圓柱滾子軸承
在機(jī)床主軸的應(yīng)用中，雙列精密圓柱滾子軸承也會(huì)被使用到，通常與精密角接觸球軸承或推力軸承組合應(yīng)用。此類(lèi)軸承能承受較大的徑向載荷并允許有較高的轉(zhuǎn)速。金屬加工在線(xiàn)軸承中的兩列滾子以交叉方式排列，旋轉(zhuǎn)時(shí)波動(dòng)頻率比單列軸承大幅提高，振幅降低60%-70%。此類(lèi)軸承通常有兩種形式：NN30、NN30K兩個(gè)系列軸承內(nèi)圈帶擋邊，外圈可分離;NNU49、NNU49K兩個(gè)系列軸承外圈帶擋邊，內(nèi)圈可分離，其中NN30K和NNU49K系列內(nèi)圈為錐孔(錐度1：12)，與主軸的錐形軸頸配合，軸向移動(dòng)內(nèi)圈，可使內(nèi)圈脹大，這樣軸承游隙可以被減小甚至預(yù)緊軸承(負(fù)游隙狀態(tài))。圓柱孔軸承通常采用熱裝，利用過(guò)盈配合減小軸承游隙，或者預(yù)緊軸承。對(duì)內(nèi)圈可分離的NNU49系列軸承，一般在內(nèi)圈裝上主軸后再對(duì)滾道精加工，以提高主軸旋轉(zhuǎn)精度。
3、精密圓錐滾子軸承
在一些重載且對(duì)速度有一定要求的機(jī)床應(yīng)用場(chǎng)合中，如鍛件的荒磨、石油管道的車(chē)絲機(jī)、重型車(chē)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(xiàn)接觸的設(shè)計(jì)，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(dòng)的軸承設(shè)計(jì)，它能很好地降低軸承運(yùn)轉(zhuǎn)扭矩和發(fā)熱，從而確保主軸的轉(zhuǎn)速和精度。由于圓錐滾子軸承能夠在安裝過(guò)程中調(diào)節(jié)軸向預(yù)載(游隙)，這能讓客戶(hù)在軸承的整個(gè)使用周期中更好地優(yōu)化軸承游隙調(diào)節(jié)。
二、轉(zhuǎn)臺(tái)軸承的選型
數(shù)控機(jī)床中常用的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有分度工作臺(tái)和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。數(shù)控機(jī)床在加工某些零件的時(shí)候，除了需要X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸的直線(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)外，有時(shí)候還需要有繞X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸的圓周運(yùn)動(dòng)，分別稱(chēng)為A、B、C軸。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可用來(lái)實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，除此之外，還可以完成分度運(yùn)動(dòng)。而分度工作臺(tái)的功用只是將工件轉(zhuǎn)位換面，和自動(dòng)換刀裝置配合使用，實(shí)現(xiàn)工件一次安裝能完成幾個(gè)面的多種工序，因此，大大提高了工作效率。金屬加工在線(xiàn)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的外形和分度工作臺(tái)沒(méi)有多大差別，但在結(jié)構(gòu)上則具有一系列的特點(diǎn)。由于數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)能實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，所以它在結(jié)構(gòu)上和數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有許多共同之處。不同點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的是直線(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，而數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)的是圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)廣泛地使用于各種數(shù)控銑床、鏜床、各種立車(chē)以及立銑等機(jī)床。除了要求回轉(zhuǎn)工作臺(tái)能很好地承受工件重量外，還需要保證其在承載下的回轉(zhuǎn)精度。轉(zhuǎn)臺(tái)軸承，作為轉(zhuǎn)臺(tái)的核心部件，在轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)行過(guò)程中，不僅要具有很高的承載能力，還需具備高回轉(zhuǎn)精度、高抗傾覆能力、以及較高的轉(zhuǎn)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(lèi)設(shè)計(jì)應(yīng)用廣泛，并且成本也相對(duì)比較低廉。由于推力球是一種點(diǎn)接觸的軸承，所以它的軸向承載力相對(duì)比較有限，主要用于小型或中型的機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。此外推力球的潤(rùn)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(nèi)建立靜壓承載油膜以實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑的滑動(dòng)軸承。靜壓軸承從起動(dòng)到停止始終在潤(rùn)滑下工作，所以沒(méi)有磨損，使用壽命長(zhǎng)，起動(dòng)功率小;此外，這種軸承還具有旋轉(zhuǎn)精度高，油膜剛度大，能抑制油膜振蕩等優(yōu)點(diǎn)。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(jí)的軸承，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)精度也能得到保證。使用該類(lèi)設(shè)計(jì)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)能承受很高的軸向力，有些工件的重量超過(guò)200t以上，轉(zhuǎn)臺(tái)直徑超過(guò)10m。但是該類(lèi)設(shè)計(jì)也有一些不足之處，由于靜壓軸承必須附帶一套專(zhuān)用的供油系統(tǒng)來(lái)供給壓力油，維護(hù)比較復(fù)雜，而且成本也比較高。
3、交叉滾子軸承
交叉滾子軸承在轉(zhuǎn)臺(tái)上的應(yīng)用比較普遍。交叉滾子軸承的特征是軸承中有兩個(gè)滾道，兩排交叉排列的滾子。與傳統(tǒng)的推力軸承徑向定心軸承組合相比，交叉滾子軸承結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧，并簡(jiǎn)化了工作臺(tái)設(shè)計(jì)，從而降低了轉(zhuǎn)臺(tái)的成本。由于使用了優(yōu)化的預(yù)緊力，該類(lèi)軸承具有很高的剛度，因而轉(zhuǎn)臺(tái)的剛度和精度也都得到了保證。得益于兩排交叉滾子的設(shè)計(jì)，軸承的有效跨距能被顯著提高，所以該類(lèi)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(lèi)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(jià)格比圓錐交叉滾子軸承低，適用于轉(zhuǎn)速相對(duì)較低的轉(zhuǎn)臺(tái)應(yīng)用中;而圓錐交叉滾子軸承采用了圓錐滾子的純滾動(dòng)設(shè)計(jì)，具有運(yùn)轉(zhuǎn)精度高，轉(zhuǎn)速能力強(qiáng)，減少了軸長(zhǎng)度和加工成本等優(yōu)勢(shì)。交叉滾子軸承適用于各種類(lèi)型的立式或臥式鏜床，以及立磨、立車(chē)和大型齒輪銑床等應(yīng)用。
綜上所述，為了能選擇合適尺寸和類(lèi)型的軸承，需要綜合考慮各種工況條件，例如運(yùn)行速度、潤(rùn)滑、安裝類(lèi)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(shè)計(jì)特點(diǎn)以及由此帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，才能充分發(fā)揮軸承的性能。軸承作為機(jī)床主軸和轉(zhuǎn)臺(tái)的核心部件，對(duì)機(jī)床的運(yùn)行表現(xiàn)起到了舉足輕重的作用。
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