機(jī)床廠家必知的軸承選型注意事項(xiàng)
機(jī)床廠家必知的軸承選型注意事項(xiàng)
- 2022/5/21 8:08:09
總言之，軸承作為雕刻機(jī)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。主軸的性能會(huì)直接影響到加工中心的精度、轉(zhuǎn)速、剛性、溫升及噪聲等參數(shù)，進(jìn)而影響工件的加工質(zhì)量。為了保持優(yōu)秀的機(jī)床加工能力，必須配用高性能的軸承。
1主軸軸承的選型
用于機(jī)床主軸上的軸承精度應(yīng)為ISO P5或以上（P5 或者 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ISO P4或以上的精度級(jí)別。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。
1.1 精密角接觸球軸承
我們都知道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)別于滾子軸承的線接觸），所以它能提供更高的轉(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Al2O3）的混合型軸承。與保守的全淬透鋼球相比，陶瓷球資料本身的特點(diǎn)賦予了陶瓷球軸承具有高剛度、高轉(zhuǎn)速、耐低溫、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，從而滿足高端客戶對(duì)機(jī)床軸承產(chǎn)物的需求。
就角接觸球軸承的接觸角而言，目前比較流行的是15o和25o的接觸角；通常15o的接觸角具有比較高的轉(zhuǎn)速性能，而25o的接觸角具有較高的軸向承載能力。由于預(yù)載的選擇關(guān)于精細(xì)角接觸球軸承使用的影響十分大，如在高承載、高剛性的場(chǎng)所，普通會(huì)選用中型或重型的軸承預(yù)載；而針對(duì)少許高轉(zhuǎn)速、高精度的使用場(chǎng)所，軸承的晚期選型中，需求留意選擇適宜的預(yù)載。金屬加工專家講到預(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，世界主要軸承制造商普遍提供預(yù)磨軸承端面和預(yù)裝軸承，這通常被稱為通用配對(duì)精密角度接觸滾珠軸承形式。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(shí)間。
1.2精密圓錐滾子軸承
在一些對(duì)速度有一定要求的重型機(jī)床應(yīng)用中，如鍛件粗磨、輸油管線車絲機(jī)、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。由于圓錐滾子軸承的滾子是線接觸的設(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)，圓錐滾子軸承規(guī)格，它能很好地降低軸承運(yùn)轉(zhuǎn)扭矩和---，從而確保主軸的轉(zhuǎn)速和精度。由于圓錐滾子軸承可以在安裝進(jìn)程中調(diào)理軸向預(yù)載（游隙）這能讓客戶在軸承的全部運(yùn)用周期中更好地優(yōu)化軸承游隙調(diào)理。
1.3精密圓柱滾子軸承
在機(jī)床主軸的應(yīng)用中，也使用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。此類研究軸承能承受能力較大的徑向工作載荷并允許有較高的轉(zhuǎn)速。其中雙列精密圓柱滾子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％。常用的此類軸承有兩種形式：NN30/W33、NN30K/W33兩個(gè)系列軸承內(nèi)圈帶擋邊，外圈可分離；NNU49/W33、NNU49K/W33兩個(gè)系列軸承外圈帶擋邊，內(nèi)圈可分離，其中NN30K/W33和NNU49K/W33系列內(nèi)圈為錐孔（錐度1：12），與主軸的錐形軸頸相配合，軸向移動(dòng)內(nèi)圈，可使內(nèi)圈脹大，以減小軸承游隙甚至預(yù)緊軸承。圓柱孔軸承通常采用熱裝，利用過(guò)盈配合減小軸承游隙，或者達(dá)到預(yù)緊的目的。對(duì)內(nèi)圈可分離的NNU49系列軸承，一般在內(nèi)圈裝上主軸后再作滾道的精加工，以獲得高的主軸旋轉(zhuǎn)精度。
二、轉(zhuǎn)臺(tái)軸承的選型
CNC 機(jī)床中常用的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)具有拆分工作臺(tái)和 CNC 回轉(zhuǎn)工作站。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)，我們分別稱為A,B,C軸（見圖6）。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)。分度臺(tái)的功能是只改變工件的表面，而自動(dòng)換刀裝置與工件的使用實(shí)現(xiàn)了一次性安裝，可以完成多個(gè)表面的各種加工，因此，大大提高了效率。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)上則具有系列的點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)能實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，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。不同之處在于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，而數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)廣泛地使用于各種數(shù)控銑床、鏜床、各種立車、立銑等機(jī)床上。除了要求轉(zhuǎn)盤能很好地承受工件的重量外，還需要保證其在載荷作用下的回轉(zhuǎn)精度。交叉滾子軸承作為回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的核心部件，在回轉(zhuǎn)工作臺(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。
2.1交叉滾子軸承
交叉滾子軸承（圖3）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。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（圖4），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。交叉滾子軸承使用了優(yōu)化的預(yù)緊力，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。由于兩排交叉滾子的設(shè)計(jì)，軸承的有效跨度可以顯著提高，因此這種軸承具有較高的抗傾覆力矩。 在交叉滾子軸承中，又分成兩種類型：種是圓柱交叉滾子軸承，二種是圓錐交叉滾子軸承。通常，交叉圓柱滾子軸承價(jià)格比交叉圓錐滾子軸承低，適用于轉(zhuǎn)速相對(duì)較低的轉(zhuǎn)臺(tái)應(yīng)用中；而交叉圓錐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所有類型的立式或臥式鏜床，以及立式銑床、立式車床和大型銑齒機(jī)。
RA系列交叉滾子軸承
2.2靜壓軸承+精密圓柱滾子軸承
液體靜壓軸承靠外部供給壓力油﹑在軸承內(nèi)建立靜壓承載油膜以實(shí)現(xiàn)液體潤(rùn)滑的滑動(dòng)軸承。液體靜壓軸承從起動(dòng)到停止始終在液體潤(rùn)滑下工作，所以沒(méi)有磨損，使用壽命長(zhǎng)，起動(dòng)功率小，這種進(jìn)口軸承還具有旋轉(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，轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)精度也能得到很好地保證。使用該類設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)臺(tái)能承受很高的軸向力，有些工件的重量超過(guò)200噸以上，轉(zhuǎn)臺(tái)直徑超過(guò)10米。但是對(duì)于該類產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面也有一些研究不足之處，由于靜壓軸承必須附帶一套專用的供油系統(tǒng)來(lái)供給壓力油，維護(hù)社會(huì)比較復(fù)雜，而且管理成本也比較高。
2.3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研究相對(duì)來(lái)說(shuō)比較能力有限，主要可以用于一些小型或中型的機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。此外推力球軸承的潤(rùn)滑也比較困難。
綜上所述，為了能選擇合適尺寸和類型的軸承，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)，才能發(fā)揮出軸承的優(yōu)良性能。