机床厂家必知的轴承选型注意事项
机床厂家必知的轴承选型注意事项
- 2022/5/21 8:08:09
总言之，轴承作为雕刻机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。主轴的性能会直接影响到加工中心的精度、转速、刚性、温升及噪声等参数，进而影响工件的加工质量。为了保持优秀的机床加工能力，必须配用高性能的轴承。
1主轴轴承的选型
用于机床主轴上的轴承精度应为ISO P5或以上（P5 或者 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ISO P4或以上的精度级别。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。
1.1 精密角接触球轴承
我们都知道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），所以它能提供更高的转速、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Al2O3）的混合型轴承。与保守的全淬透钢球相比，陶瓷球资料本身的特点赋予了陶瓷球轴承具有高刚度、高转速、耐低温、寿命长的特点，从而满足高端客户对机床轴承产物的需求。
就角接触球轴承的接触角而言，目前比较流行的是15o和25o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。由于预载的选择关于精细角接触球轴承使用的影响十分大，如在高承载、高刚性的场所，普通会选用中型或重型的轴承预载；而针对少许高转速、高精度的使用场所，轴承的晚期选型中，需求留意选择适宜的预载。金属加工专家讲到预载一般分成轻型、中型、重型三种，一般轻预载比较常见。为了方便客户的使用，世界主要轴承制造商普遍提供预磨轴承端面和预装轴承，这通常被称为通用配对精密角度接触滚珠轴承形式。该类轴承免去了客户的预载调节，从而节省了安装时间。
1.2精密圆锥滚子轴承
在一些对速度有一定要求的重型机床应用中，如锻件粗磨、输油管线车丝机、重型车床、铣床等，选择精密圆锥滚子轴承是一种理想的方案。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，圆锥滚子轴承规格，它能很好地降低轴承运转扭矩和---，从而确保主轴的转速和精度。由于圆锥滚子轴承可以在安装进程中调理轴向预载（游隙）这能让客户在轴承的全部运用周期中更好地优化轴承游隙调理。
1.3精密圆柱滚子轴承
在机床主轴的应用中，也使用双列精密圆柱滚子轴承，通常与精密角接触球轴承或推力轴承组合使用。此类研究轴承能承受能力较大的径向工作载荷并允许有较高的转速。其中双列精密圆柱滚子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％。常用的此类轴承有两种形式：NN30/W33、NN30K/W33两个系列轴承内圈带挡边，外圈可分离；NNU49/W33、NNU49K/W33两个系列轴承外圈带挡边，内圈可分离，其中NN30K/W33和NNU49K/W33系列内圈为锥孔（锥度1：12），与主轴的锥形轴颈相配合，轴向移动内圈，可使内圈胀大，以减小轴承游隙甚至预紧轴承。圆柱孔轴承通常采用热装，利用过盈配合减小轴承游隙，或者达到预紧的目的。对内圈可分离的NNU49系列轴承，一般在内圈装上主轴后再作滚道的精加工，以获得高的主轴旋转精度。
二、转台轴承的选型
CNC 机床中常用的回转工作台具有拆分工作台和 CNC 回转工作站。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，我们分别称为A,B,C轴（见图6）。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。分度台的功能是只改变工件的表面，而自动换刀装置与工件的使用实现了一次性安装，可以完成多个表面的各种加工，因此，大大提高了效率。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。数控机床转台能实现进给运动，在结构上和数控机床的进给驱动机构有许多共同之处。不同之处在于驱动机构实现直线进给运动，而数控转台实现圆周进给运动。
数控转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。除了要求转盘能很好地承受工件的重量外，还需要保证其在载荷作用下的回转精度。交叉滚子轴承作为回转工作台的核心部件，在回转工作台运行过程中，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。
2.1交叉滚子轴承
交叉滚子轴承（图3）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。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（图4），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。交叉滚子轴承使用了优化的预紧力，具有很高的刚度，因而转台的刚度和精度也都得到了保证。由于两排交叉滚子的设计，轴承的有效跨度可以显著提高，因此这种轴承具有较高的抗倾覆力矩。 在交叉滚子轴承中，又分成两种类型：种是圆柱交叉滚子轴承，二种是圆锥交叉滚子轴承。通常，交叉圆柱滚子轴承价格比交叉圆锥滚子轴承低，适用于转速相对较低的转台应用中；而交叉圆锥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所有类型的立式或卧式镗床，以及立式铣床、立式车床和大型铣齿机。
RA系列交叉滚子轴承
2.2静压轴承+精密圆柱滚子轴承
液体静压轴承靠外部供给压力油﹑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，这种进口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，转台的回转精度也能得到很好地保证。使用该类设计的转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。但是对于该类产品设计方面也有一些研究不足之处，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，维护社会比较复杂，而且管理成本也比较高。
2.3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研究相对来说比较能力有限，主要可以用于一些小型或中型的机床回转工作台。此外推力球轴承的润滑也比较困难。
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，才能发挥出轴承的优良性能。