機床主軸和轉(zhuǎn)臺用軸承選用
發(fā)布時間:2018-08-13 點擊:3052
用于機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,通常從低到高為P0、P6、P5、P4、P2),而對于數(shù)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(qū)別于滾子軸承的線接觸),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(tǒng)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(zhuǎn)速、耐高溫、壽命長的特點,從而滿足高端客戶對機床軸承產(chǎn)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(zhuǎn)速性能,而25的接觸角具有較高的軸向承載能力。由于預(yù)載的選擇對于精密角接觸球軸承應(yīng)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(yù)載;而針對一些高轉(zhuǎn)速、高精度的應(yīng)用場合,在軸承的早期選型中,需要注意選擇合適的預(yù)載。預(yù)載一般分成輕型、中型、重型三種,一般輕預(yù)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(yù)先研磨軸承端面而加預(yù)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(yù)載調(diào)節(jié),從而節(jié)省了安裝時間。
在一些重載且對速度有一定要求的機床應(yīng)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(shè)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(shè)計,它能很好地降低軸承運轉(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程中調(diào)節(jié)軸向預(yù)載(游隙),這能讓客戶在軸承的整個使用周期中更好地優(yōu)化軸承游隙調(diào)節(jié)。
此外,在一些內(nèi)圈擋邊線速度大于30m/s的高速應(yīng)用中,某些特殊設(shè)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(huán)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(qū),從而能更充分地潤滑軸承,提高軸承轉(zhuǎn)速。而Hydra-Rib液力浮動擋邊軸承是專為優(yōu)化主軸系統(tǒng)的預(yù)載而設(shè)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(nèi)圈擋邊;且該浮動擋邊由“壓力”系統(tǒng)定位,這樣就能保證軸承在各個工況條件下都能發(fā)揮***優(yōu)異的性能,并且已經(jīng)成功地在國內(nèi)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(yīng)用在傳統(tǒng)的車床和銑床中;如果是加工中心、磨床等應(yīng)用,通常會選擇ISOP4或以上的精密軸承。在主軸設(shè)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(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊,剛度高且便于安裝和調(diào)節(jié)。
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(nèi)圈的軸承(TDO)作為浮動端使用;由于具有浮動能力,這類設(shè)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(yīng)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(yīng)用。此類軸承能承受較大的徑向載荷并允許有較高的轉(zhuǎn)速。軸承中的兩列滾子以交叉方式排列,旋轉(zhuǎn)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(nèi)圈帶擋邊,外圈可分離;NNU49、NNU49K兩個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(負游隙狀態(tài))。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(yù)緊軸承。對內(nèi)圈可分離的NNU49系列軸承,一般在內(nèi)圈裝上主軸后再對滾道精加工,以提高主軸旋轉(zhuǎn)精度。
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