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如何选用机床主轴和转台用轴承

发布时间:2020年12月21日下午6:06

机床主轴的轴承精度应为 ISO P5 或以上(P5 或 P4 为 ISO 的精度等级,通常从低到高为 P0、P6、P5、P4、P2),对于数控机床、加工中心等高速、高精度机床轴支撑,要求 iso P4 或更高的精度。主轴轴承包括角度接触滚珠轴承、锥形滚子轴承和圆柱形滚子轴承。机床主轴的轴承精度应为 ISO P5 或以上(P5 或 P4 为 ISO 的精度等级,通常从低到高为 P0、P6、P5、P4、P2),对于数控机床、加工中心等高速、高精度机床轴支撑,要求 iso P4 或更高的精度。主轴轴承包括角度接触滚珠轴承、锥形滚子轴承和圆柱形滚子轴承。

1. 精密角接触球轴承 在上面的轴承中,精密角接触滚珠轴承(图1)是使用最广泛的。角度接触滚珠轴承的滚动主体是球,因为它是点触点(与滚子轴承的线触点不同),因此可提供更高的速度、更少的热量和更高的旋转精度。带陶瓷球(通常为 Si3N4 或 Al2O3)的混合轴承也用于某些超高速主轴应用。与传统全淬火钢球相比,陶瓷球材料本身的特点赋予陶瓷球轴承高刚度、高速、耐高温、长寿命等特点,满足高端客户对机床轴承产品的需求。 精密角接触球轴承 就角接触球轴承的接触角而言,目前普遍采用15和25的接触角,通常15的接触角具有较高的速度性能,而25的接触角具有较高的轴向承载能力。由于预紧力的选择对精密角接触球轴承的应用有很大的影响,例如,在高负荷、高刚度的情况下,一般选用中、重负荷轴承,在轴承类型的早期选择中,应注意选择合适的预紧力。预紧力一般分为轻、中、重三种,一般以轻预紧力较为常见。为了方便客户的使用,世界上几大轴承制造商一般都提供预加载轴承的预磨轴承端面,即通用配套精密角接触球轴承形式。这种类型的轴承消除了客户的预负荷调整,从而节省安装时间。

2. 精密圆锥滚子轴承 在某些对速度有一定要求的重型机床上,如粗锻机床、油管螺纹加工机床、重型车床、铣床等,精密圆锥滚子轴承的选择是一种理想的方案。由于圆锥滚子轴承采用线性接触滚子设计,可以为主轴提供高刚度和高负荷。另外,圆锥滚子轴承是纯滚动轴承,可以减小轴承的扭矩和热量,保证主轴转速和精度。因为圆锥滚子轴承在安装过程中可以调整轴向预紧力(间隙) ,这样可以让客户更好地优化轴承在整个轴承寿命期间的间隙调整。 此外,一些专门设计的圆锥滚子轴承也可以满足一些内环挡线速度大于30m/s的高速应用的要求,如TSMA轴承或Hydra-Rib液压浮动挡边轴承(图2)。TSMA轴承的法兰在轴向上有多个润滑油孔,可以用循环油或油雾进行润滑。离心力可以将油分配到滚子和法兰之间的接触区域,从而使轴承得到更充分的润滑,提高轴承速度。Hydra-Rib液压浮动法兰轴承专为优化主轴系统的预载而设计。轴承有浮动法兰,与滚子大端接触,不像普通轴承有固定内圈法兰;并且浮动法兰采用“压力”系统定位,使轴承在各种工况下都能发挥最佳性能,已在国内客户中成功使用。 带液力状态浮动挡边轴承的主轴进行设计 对于圆锥滚子轴承的精度选择,ISO P5轴承主要用于传统车床和铣床。对于加工中心、磨床和其他应用,通常选择国际标准化组织P4或以上的精密轴承。主轴设计中圆锥滚子轴承有两种常见的布局。第一种是前端和后端采用圆锥滚子轴承,面对面安装。这种设计结构紧凑,刚性高,易于安装和调整。 二是两个圆锥滚子轴承面对面安装作为主轴前端,后端采用一个双外圈和两个单内圈轴承(TDO)作为浮动端;由于浮动能力,这种设计能够很好地承受主轴的轴向热膨胀,刚度非常高,保证了机床的精度。

3. 精密圆柱滚子轴承 在机床主轴的应用中,也会用到双列精密圆柱滚子轴承,通常与精密角接触球轴承或推力轴承配合使用。这种轴承能承受较大的径向载荷,并能承受较高的转速。轴承中的两排滚子交叉排列。旋转时,波动频率大大增加,振幅降低60%-70%。这类轴承通常有两种形式:NN30、nn30k两种系列轴承内圈带肋,外圈可分离;nnu49、nnu49k两种系列轴承外圈带肋,内圈可分离,其中nn30k和nnu49k系列内圈均为锥孔(锥度1:12),与圆锥轴颈的主轴轴颈轴向运动内圈可使内圈膨胀,使轴承间隙减小甚至先发制人紧轴承(负间隙状态)。圆柱孔轴承通常是热安装的,采用过盈配合来减小轴承间隙,或对轴承进行预紧。对于内圈可分离的nnu49系列轴承,一般在内圈与主轴安装后加工滚道,以提高主轴旋转精度。 转台轴承的合理选型 数控机床机床常用的回转工作台有分度盘和数控机床回转工作台。数控机床在加工某些零件时,除了需要 x、 y、 z 三坐标轴直线进给运动外,有时还需要有 x、 y、 z 三坐标轴的圆周运动,分别称为 a、 b、 c 轴。 数控转台可以实现圆周进给运动,也可以完成分度运动。而分度台的作用只是分度和更换工件表面,配合自动换刀装置使用,可以一次安装工件,在几个表面上完成各种工序,大大提高了工作效率。数控转台的外观与分度台没有太大区别,但在结构上有一系列特点。由于数控转台可以实现进给运动,因此在结构上与数控机床的进给驱动机构有许多相似之处。区别在于驱动机构实现直线进给运动,数控转台实现圆周进给运动。 回转工作台广泛地使用于通过各种不同数控铣床、镗床、各种立车以及立铣等机床。除了发展要求进行回转工作台能很好地承受工件重量外,还需要保证其在承载下的回转精度。转台轴承,作为研究转台的核心功能部件,在转台工作运行管理过程中,不仅要具有一定很高的承载创新能力,还需自身具备高回转精度、高抗倾覆问题能力、以及成本较高的转速计算能力等。 1推力球轴承,圆柱滚子轴承 推力球轴承能承受能力一定的轴向力,所以该轴承系统主要可以用于企业承受工件的重量;而圆柱滚子轴承公司主要包括用于径向的定位和承受外部的径向力(例如切削力、铣削力等)。该类产品设计技术应用到了广泛,并且管理成本也相对来说比较低廉。由于推力球是一种点接触的轴承,所以它的轴向承载力研究相对发展比较分析有限,主要方法用于小型或中型的机床回转工作台。此外推力球的润滑也比较经济困难。 2静压轴承精密圆柱滚子轴承 静压轴承是依靠外压油,在轴承内部形成静压油膜,实现液体润滑的一种滑动轴承。液体静压轴承工作于液体润滑状态下,自始至终处于停止状态,无磨损,使用寿命长,启动功率低。此外,该轴承还具有转动精度高、油膜刚度大、抑制油膜振荡等优点。精密圆柱滚子轴承具有良好的径向承载能力,并且由于采用精密级轴承,可以保证工作台的回转精度。这种设计的转盘可以承受较大的轴向力。部分工件重量超过200吨,转盘直径超过10米。但是这种设计也有一些缺点,因为静压轴承必须附加一个特殊的供油系统来供应压力油,维护较为复杂,成本也较高。 3. 交叉滚子轴承 十字滚柱轴承(图3)广泛用于转盘。交叉滚子轴承的特点是有两个滚道和两排交叉滚子。与传统推力轴承径向定心轴承组合(图4)相比,十字滚子轴承结构紧凑,体积小,简化了工作台的设计,从而降低了转台的成本。 另外,由于使用了一个优化的预紧力,该类轴承发展具有一定很高的刚度,因而对于转台的刚度和精度也都得学习到了重要保证。得益于两排交叉滚子的设计,轴承的有效管理跨距能被显著水平提高,所以导致该类轴承系统具有价值很高的抗倾覆力矩。在交叉滚子轴承中,又分成以下两种不同类型:第一种是圆柱进行交叉滚子轴承,第二种是圆锥交叉滚子轴承。通常,圆柱交叉滚子轴承性能价格比圆锥交叉滚子轴承低,适用于工作转速控制相对来说较低的转台技术应用中;而圆锥交叉滚子轴承采用了一种圆锥滚子的纯滚动开发设计,具有良好运转精度高,转速能力强,减少了轴长度和加工企业成本等优势。交叉滚子轴承主要适用于处理各种数据类型的立式或卧式镗床,以及立磨、立车和大型电子齿轮铣床等应用。 总之,轴承作为机床主轴和转台的核心部件,在机床的运转中起着举足轻重的作用。

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