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車床主軸軸承車床主軸軸承 機床軸承

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機床軸承(車床主軸軸承)金工2017-06-02 20:30:23
作為軸承機床主軸和轉盤的核心部件，它對機床的運行性能起著重要的作用 。本文主要闡述主軸軸承和轉盤軸承的選擇 。
首先，主軸軸承
主軸(見圖1)是機床的關鍵部件，其性能的好壞將直接影響機床的回轉精度、轉速、剛度、溫升、噪聲等參數，進而影響工件的加工質量，如零件的尺寸精度、表面粗糙度等 。因此，為了保持優良的機床加工能力，必須使用高性能軸承 。機床主軸上使用的軸承精度應是ISO P5或以上(P5或P4是ISO的精度等級，通常由低到高依次為P0、P6、P5、P4、P2)，而對于數控機床、加工中心等高速高精度機床的主軸支撐，應選用ISO P4或以上精度；主軸軸承包括角接觸球軸承，圓錐滾子軸承和圓柱滾子軸承 。
圖一 。機床主軸
精密角接觸球軸承
在上述軸承中，精密角接觸球軸承(見圖2)應用廣泛 。我們都知道角接觸球軸承的滾動體是滾珠；因為是點接觸(不同于滾子軸承的線接觸)，所以可以提供更高的轉速，更低的發熱量，更高的旋轉精度 。在一些超高速主軸應用中，將使用陶瓷球(一般為Si3N4或Al2O3)混合軸承 。與傳統的全淬硬鋼球相比，陶瓷球軸承由于自身的特點，具有高剛性、高轉速、耐高溫、使用壽命長的特點，滿足了高端客戶對機床軸承的需求 。
就角接觸球軸承的接觸角而言，目前流行15°和25°的接觸角 。通常15°的接觸角具有更高的轉速性能，而25°的接觸角具有更高的軸向承載能力 。因為預緊力的選擇對精密角接觸球軸承的應用影響很大，例如在高載荷、高剛度的情況下，一般選擇中等或較重的軸承預緊力；但是對于一些高速高精度的應用場合，我們在軸承的前期選擇中需要注意選擇合適的預緊力，一般輕預緊力比較常見 。預緊力一般分為輕、中、重三種；為了方便客戶，目前國際上幾大軸承廠商一般都提供預磨軸承面、預加載的軸承，也就是我們通常所說的通用成對精密角接觸球軸承 。這種軸承消除了客戶的預載荷調整，從而節省了安裝時間 。
圖二 。精密角接觸球軸承
精密圓錐滾子軸承
在一些負載較大，對速度有一定要求的機床應用場合，如鍛件的粗磨，輸油管線的車絲機，重型車床，銑床等，選擇精密圓錐滾子軸承是一種理想的方案 。因為圓錐滾子軸承的滾子被設計成線接觸，所以它可以為主軸提供高剛度和負載 。另外，圓錐滾子軸承是純滾動軸承設計，可以很好的降低軸承的運行扭矩和熱量，從而保證主軸的轉速和精度 。因為圓錐滾子軸承在安裝時可以調整軸向預緊力(游隙)，這可以使客戶在軸承的整個使用壽命內更好地優化軸承的游隙調整 。
此外，在一些內圈擋線速度大于30m/s的高速應用場合，一些專門設計的圓錐滾子軸承也能滿足要求，如TSMA軸承或Hydra-Rib流體動壓浮動擋油軸承(見圖3) 。TSMA軸承的法蘭軸向有多個潤滑孔，可以用循環油或油霧潤滑 。離心力可以將油分配到滾子和法蘭的接觸區域，可以更充分地潤滑軸承，提高軸承轉速 。Hydra-Rib液壓浮動法蘭軸承是專為優化主軸系統的預緊力而設計的 。該軸承有一個浮動法蘭，與滾子的大端接觸，不同于普通軸承的固定內圈法蘭 。并且浮動擋邊由“壓力”系統定位，使軸承在各種工況下都能發揮最佳性能，已在國內客戶成功使用 。
圖3 。液壓浮動邊緣軸承主軸的設計
對于圓錐滾子軸承的精密選擇，ISO P5級軸承主要用于傳統的車床和銑床 。對于加工中心、磨床和其他應用，通常選擇ISO P4或以上的精密軸承 。在心軸設計中，有兩種常見的圓錐滾子軸承布局 。第一種是前端和后端分別采用圓錐滾子軸承，采用面對面安裝方式(見圖4)；這種設計結構緊湊，剛性高，安裝調整方便 。
圖4 。成對安裝的單列圓錐滾子軸承
第二種是兩個圓錐滾子軸承面對面安裝作為主軸前端，后端采用一個雙外圈和兩個單內圈軸承(TDO)作為浮動端(見圖5)；這種設計由于具有浮動能力，可以很好的承受主軸的軸向熱膨脹，剛度很高，保證了機床的精度 。
圖5 。前端單列圓錐滾子軸承成對安裝，后端TDO
精密圓柱滾子軸承
在機床主軸的應用中，也會用到雙列精密圓柱滾子軸承，通常與精密角接觸球軸承或推力軸承組合使用 。這種軸承可以承受更大的徑向載荷，允許更高的轉速 。軸承中的兩排滾子交叉布置，與單列軸承相比，波動頻率大大增加，幅度降低60% ~ 70% 。這種軸承通常有兩種形式:NN30和NN30K系列軸承，內圈有擋邊，外圈可分離；NNU49和NNU49K系列軸承的外圈有擋邊，內圈可以分離 。其中，NNU49K和NNU49K系列的內圈為錐孔(錐度1: 12)，與主軸錐形軸頸配合 。通過軸向移動內圈，內圈可以膨脹，從而可以減小軸承間隙，甚至可以預緊軸承(負間隙狀態) 。圓柱孔軸承通常是熱配合的，使用過盈配合來減少軸承間隙，或預緊軸承 。對于帶可分離內圈的NNU49系列軸承，一般在主軸裝入內圈后進行滾道精加工，以提高主軸的旋轉精度 。

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