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如何正确选择机床的高性能轴承?

作者:德润轴承来源:www.drzbearing.cn 浏览次数: 日期:2016年8月29日 08:16
    我们都知道,轴承是机床主轴和转台的核心部件,对机床的运行表现起到了举足轻重的作用。为了保持优秀的机床加工能力,必须配用高性能的轴承。那么,我们应该怎样选择高性能的轴承呢?
  
  
  轴承作为各类机电产品配套与维修的重要机械基础件,其性能、水平和质量对主机的精度和性能有着直接的影响。主轴作为机床的关键部件,性能会直接影响到机床的旋转精度、转速、刚性、温升及噪声等参数,进而影响工件的加工质量。所以说,选择高性能的轴承刻不容缓。
  
  一、主轴轴承的选型
  
  用于机床主轴上的轴承精度应为ISOP5或以上(P5或P4是ISO的精度等级,通常从低到高为(P0、P6、P5、P4、P2),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ISOP4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。
  
  1、精密角接触球轴承
  
  精密角接触球轴承的使用广泛,角接触球轴承的滚动体是球,因为它是一种点接触(区别于滚子轴承的线接触),所以能提供更高的转速、更小的发热量和更高的旋转精度。在一些超高速的主轴应用场合,还会采用陶瓷球(一般为si3N4或者是Al203)的混合型轴承。金属加工记者认为与传统的全淬透钢球相比,陶瓷球材料自身的特点赋予了陶瓷球轴承具有高刚度、高转速、耐高温、寿命长的特点,从而满足高端客户对机床轴承产品的需求。
  
 
轴承
 
  2、精密圆柱滚子轴承
  
  在机床主轴的应用中,双列精密圆柱滚子轴承也会被使用到,通常与精密角接触球轴承或推力轴承组合应用。此类轴承能承受较大的径向载荷并允许有较高的转速。金属加工在线轴承中的两列滚子以交叉方式排列,旋转时波动频率比单列轴承大幅提高,振幅降低60%-70%。此类轴承通常有两种形式:NN30、NN30K两个系列轴承内圈带挡边,外圈可分离;NNU49、NNU49K两个系列轴承外圈带挡边,内圈可分离,其中NN30K和NNU49K系列内圈为锥孔(锥度1:12),与主轴的锥形轴颈配合,轴向移动内圈,可使内圈胀大,这样轴承游隙可以被减小甚至预紧轴承(负游隙状态)。圆柱孔轴承通常采用热装,利用过盈配合减小轴承游隙,或者预紧轴承。对内圈可分离的NNU49系列轴承,一般在内圈装上主轴后再对滚道精加工,以提高主轴旋转精度。
  
  3、精密圆锥滚子轴承
  
  在一些重载且对速度有一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一种比较理想的方案。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,圆锥滚子轴承是一种纯滚动的轴承设计,它能很好地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。
  
  二、转台轴承的选型
  
  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X、Y、Z三个坐标轴的直线进给运动外,有时候还需要有绕X、Y、Z三个坐标轴的圆周运动,分别称为A、B、C轴。数控回转工作台可用来实现圆周进给运动,除此之外,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,实现工件一次安装能完成几个面的多种工序,因此,大大提高了工作效率。金属加工在线数控转台的外形和分度工作台没有多大差别,但在结构上则具有一系列的特点。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、各种立车以及立铣等机床。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。1、推力球轴承圆柱滚子轴承
  
  推力球轴承能承受一定的轴向力,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相对比较有限,主要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困难。
  
  2、静压轴承精密圆柱滚子轴承
  
  静压轴承是一种靠外部供给压力油,在轴承内建立静压承载油膜以实现润滑的滑动轴承。静压轴承从起动到停止始终在润滑下工作,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级的轴承,回转工作台的回转精度也能得到保证。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200t以上,转台直径超过10m。但是该类设计也有一些不足之处,由于静压轴承必须附带一套专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。
  
  3、交叉滚子轴承
  
  交叉滚子轴承在转台上的应用比较普遍。交叉滚子轴承的特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。由于使用了优化的预紧力,该类轴承具有很高的刚度,因而转台的刚度和精度也都得到了保证。得益于两排交叉滚子的设计,轴承的有效跨距能被显著提高,所以该类轴承具有很高的抗倾覆力矩。在交叉滚子轴承中,又分成两种类型:第一种是圆柱交叉滚子轴承,第二种是圆锥交叉滚子轴承。通常,圆柱交叉滚子轴承价格比圆锥交叉滚子轴承低,适用于转速相对较低的转台应用中;而圆锥交叉滚子轴承采用了圆锥滚子的纯滚动设计,具有运转精度高,转速能力强,减少了轴长度和加工成本等优势。交叉滚子轴承适用于各种类型的立式或卧式镗床,以及立磨、立车和大型齿轮铣床等应用。
  
  综上所述,为了能选择合适尺寸和类型的轴承,需要综合考虑各种工况条件,例如运行速度、润滑、安装类型、主轴刚度、精度等要求。就轴承本身而言,只有充分地了解它的设计特点以及由此带来的优点和缺点,才能充分发挥轴承的性能。轴承作为机床主轴和转台的核心部件,对机床的运行表现起到了举足轻重的作用。

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