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机床主轴和转台应该选择哪种轴承?

[ 发布日期:2016-06-22 点击:1921 来源:洛阳汇普轴承有限公司 【打印此文】 【关闭窗口】]
    机床工具行业作为机械装备工业的重要组成部分,在整个民经济的发展过程中起着举足轻重的作用。据统计,在般的机器制造中,机床所担负的加工工作量占总制造工作量的40%60%左右,因而机床业发展水平通常是个工业发展水平的标志。随着现代制造业的日益发展,客户对于工业母机—机床的要求也越来越高。目前,新材料、新工艺、新设备的不断涌现,对机床的加工能力带来了许多的挑战,为了能满足对上述结构件的加工,现代机床正向着“高速、精密、复合、智能化”的方向发展。

随着我产业结构升的深入,机床行业内也显示产业结构升的趋势,即数控机床比例逐步上升,在数控域,高数控机床(如重型机床、智能机床等)所占的比例也不断上升,重型机床产品主要是为能源(火电、水电、核电、风力发电)、船舶制造、工程机械、冶金、航天、军工、交通运输(铁路、汽车)等主要工业支柱产业以及重点工程项目服务,重点工程项目为重型机床提供了广阔的市场。

本文主要介绍如何选择机床中应用于主轴轴承和转台轴承的轴承类型

、主轴轴承

主轴作为机床的关键部件,其性能会直接影响到机床的旋转精度、转速、刚性、温升及噪音等参数,进而会影响工件的加工质量,例如零件的尺寸精度,表面粗糙度等指标。因此,为了保持的机床加工能力,必须配用高性能的轴承。用于机床主轴上的轴承精度应为ISO P5或以上(P5P4ISO的精度等,通常从低到高为P0P6P5P4P2),而对于数控机床、加工中心等高速、高精密机床的主轴支承,则需选用ISO P4或以上的精度;主轴轴承包括角接触球轴承、圆锥滚子轴承,以及圆柱滚子轴承等类型。

精密角接触球轴承

在上述的几种轴承中,以精密角接触球轴承的使用为广泛。我们都知道角接触球轴承的滚动体是球;因为它是种点接触
(区别于滚子轴承的线接触),所以它能提供更高的转速、更小的发热量和更高的旋转精度。在些超高速的主轴应用场合,还会采用陶瓷球(般为Si3N4或者是Al2O3)的混合型轴承。与传统的淬透钢球相比,陶瓷球材料自身的点赋予了陶瓷球轴承具有高刚度、高转速、耐高温、寿命长的点,从而满足高客户对机床轴承产品的需求。

角接触球轴承的接触角而言,目前比较流行的是15o25o的接触角;通常15o的接触角具有比较高的转速性能,而25o的接触角具有较高的轴向承载能力。由于预载的选择对于精密角接触球轴承应用的影响非常大,例如,在高承载、高刚性的场合,般会选用中型或重型的轴承预载;而针对些高转速、高精度的应用场合,我们在轴承的早期选型中,需要注意选择合适的预载,般轻预载比较常见。预载般分成轻型、中型、重型三种;为了方便客户的使用,目前世界上的几大轴承制造商都普遍提供预先研磨轴承面而加预载的轴承,也就是我们通常所说的配对精密角接触球轴承形式。该类轴承免去了客户的预载调节,从而节省了安装时间。

角接触球轴承

精密圆锥滚子轴承

在些重载且对速度有定要求的机床应用场合中---如锻件的荒磨、石油管道的车丝机、重型车床和铣床等,选择精密圆锥滚子轴承是种比较理想的方案。由于圆锥滚子轴承的滚子是线接触的设计,因此它能为主轴提供很高的刚性和承载;另外,圆锥滚子轴承是种纯滚动的轴承设计,它能很好的降低轴承运转扭矩和发热,从而确保主轴的转速和精度。由于圆锥滚子轴承能够在安装过程中调节轴向预载(游隙),这能让客户在轴承的整个使用周期中更好地优化轴承游隙调节。

此外,在些内圈挡边线速度大于30/秒的高速应用中,某些殊设计的圆锥滚子轴承也能满足要求,如TSMA轴承或Hydra-Rib液力浮动挡边轴承。TSMA轴承的挡边有多个轴向方向的润滑油孔,可采用循环油润滑或油雾润滑,离心力可将油分布到滚子与挡边接触区,从而能更充分地润滑轴承,提高轴承转速。而Hydra-Rib液力浮动挡边轴承是为优化主轴系统的预载而设计,轴承有可浮动的挡边,与滚子大接触,不像常见的轴承有固定内圈挡边;且该浮动挡边由“压力”系统定位,这样就能保证轴承在各个工况条件下都能发挥异的性能,并且已经成功的在内客户中使用。

二、转台轴承

数控机床中常用的回转工作台有分度工作台和数控回转工作台。数控机床在加工某些零件的时候,除了需要XYZ三个坐标轴的直线进给运动外,有时候还需要有绕XYZ三个坐标轴的圆周运动,我们分别称为ABC轴。

数控回转工作台可用来实现圆周进给运动。数控回转工作台(简称数控转台)除了可以实现圆周进给运动之外,还可以完成分度运动。而分度工作台的功用只是将工件转位换面,和自动换刀装置配合使用,实现工件次安装能完成几个面的多种工序,因此,大大提高了工作率。数控转台的外形和分度工作台没有多大差别,但在结构上则具有系列的点。由于数控转台能实现进给运动,所以它在结构上和数控机床的进给驱动机构有许多共同之处。不同点是驱动机构实现的是直线进给运动,而数控转台实现的是圆周进给运动。

回转工作台广泛地使用于各种数控铣床、镗床、各种立车、立铣等机床上。除了要求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,作为转台的核心部件,在转台运行过程中,不仅要具有很高的承载能力,还需具备高回转精度、高抗倾覆能力、以及较高的转速能力等。在回转工作台设计中,使用的比较多的轴承类型大致分为这么几种:

推力球轴承+圆柱滚子轴承

推力球轴承能承受定的轴向力,所以该轴承主要用于承受工件的重量;而圆柱滚子轴承主要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)。该类设计应用广泛,并且成本也相对比较的低廉。由于推力球是种点接触的轴承,所以它的轴向承载力相对比较有限,主要用于小型或中型的机床回转工作台中。此外推力球的润滑也比较困难。

静压轴承+精密圆柱滚子轴承

静压轴承是种靠外部供给压力油,在轴承内建立静压承载油膜以实现液体润滑的滑动轴承。液体静压轴承从起动到停止始终在液体润滑下工作,所以没有磨损,使用寿命长,起动功率小;此外,这种轴承还具有旋转精度高,油膜刚度大,能抑制油膜振荡等优点。精密圆柱滚子轴承具有很好的径向承载力,并且由于采用了精密的轴承,回转工作台的回转精度也能得到很好地保证。使用该类设计的回转工作台能承受很高的轴向力,有些工件的重量超过200吨以上,转台直径超过10米。但是该类设计也有些不足之处,由于静压轴承必须附带套用的供油系统来供给压力油,维护比较复杂,而且成本也比较高。

交叉滚子轴承在转台上的应用也比较的普遍。交叉滚子轴承的征是轴承中有两个滚道,两排交叉排列的滚子。与传统的推力轴承+径向定心轴承组合相比,交叉滚子轴承结构紧凑,体积小巧,并简化了工作台设计,从而降低了转台的成本。