機(jī)床主軸和轉(zhuǎn)臺(tái)軸承的選型 - 加工中心
在機(jī)械產(chǎn)品中,，軸承屬于高精度產(chǎn)品，不僅需要數(shù)學(xué),、物理等諸多學(xué)科理論的綜合支持,，而且需要材料科學(xué)、熱處理技術(shù),、精密加工和測(cè)量技術(shù),、精工技術(shù)和有效的數(shù)值方法及計(jì)算機(jī)技術(shù)等諸多學(xué)科為之服務(wù)。軸承是主軸組件的重要組成部分,，它的類型,、結(jié)構(gòu),、配置、精度,、安裝,、調(diào)整、潤滑和冷卻都直接影響主軸組件的工作性能,。 一、主軸軸承的選型 用于機(jī)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(jí),，通常從低到高為(P0,、P6、P5,、P4、P2),，而對(duì)于精工機(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。 1,、精密角接觸球軸承 精密角接觸球軸承的使用廣泛,，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Al203)的混合型軸承,。金屬加工記者認(rèn)為與傳統(tǒng)的全淬透鋼球相比，陶瓷球材料自身的特點(diǎn)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(diǎn),，從而滿足高端客戶對(duì)機(jī)床軸承產(chǎn)品的需求。 2,、精密圓柱滾子軸承 在機(jī)床主軸的應(yīng)用中，雙列精密圓柱滾子軸承也會(huì)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。金屬加工在線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%,。此類軸承通常有兩種形式：NN30,、NN30K兩個(gè)系列軸承內(nèi)圈帶擋邊，外圈可分離;NNU49,、NNU49K兩個(gè)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(dòng)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(fù)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(duì)內(nèi)圈可分離的NNU49系列軸承,，一般在內(nèi)圈裝上主軸后再對(duì)滾道精加工,，以提高主軸旋轉(zhuǎn)精度。 3,、精密圓錐滾子軸承 在一些重載且對(duì)速度有一定要求的機(jī)床應(yīng)用場(chǎng)合中,，如鍛件的荒磨,、石油管道的車絲機(jī),、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(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),，它能很好地降低軸承運(yùn)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(gè)使用周期中更好地優(yōu)化軸承游隙調(diào)節(jié)。 二,、轉(zhuǎn)臺(tái)軸承的選型 精工機(jī)床中常用的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有分度工作臺(tái)和精工回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。精工機(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),，分別稱為A、B,、C軸,。精工回轉(zhuǎn)工作臺(tái)可用來實(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),。而分度工作臺(tái)的功用只是將工件轉(zhuǎn)位換面,，和自動(dòng)換刀裝置配合使用，實(shí)現(xiàn)工件一次安裝能完成幾個(gè)面的多種工序,，因此，大大提高了工作效率。金屬加工在線精工轉(zhuǎn)臺(tái)的外形和分度工作臺(tái)沒有多大差別,，但在結(jié)構(gòu)上則具有一系列的特點(diǎn),。由于精工轉(zhuǎn)臺(tái)能實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，所以它在結(jié)構(gòu)上和精工機(jī)床的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有許多共同之處,。不同點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的是直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，而精工轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)的是圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng),。 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)廣泛地使用于各種精工銑床,、鏜床、各種立車以及立銑等機(jī)床,。除了要求回轉(zhuǎn)工作臺(tái)能很好地承受工件重量外，還需要保證其在承載下的回轉(zhuǎn)精度,。轉(zhuǎn)臺(tái)軸承，作為轉(zhuǎn)臺(tái)的核心部件,，在轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)行過程中,，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,。 1,、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相對(duì)比較有限,，主要用于小型或中型的機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。此外推力球的潤滑也比較困難,。 2、靜壓軸承精密圓柱滾子軸承 靜壓軸承是一種靠外部供給壓力油,，在軸承內(nèi)建立靜壓承載油膜以實(shí)現(xiàn)潤滑的滑動(dòng)軸承,。靜壓軸承從起動(dòng)到停止始終在潤滑下工作，所以沒有磨損，使用壽命長,，起動(dòng)功率小;此外,，這種軸承還具有旋轉(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，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)精度也能得到保證,。使用該類設(shè)計(jì)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)能承受很高的軸向力，有些工件的重量超過200t以上,，轉(zhuǎn)臺(tái)直徑超過10m,。但是該類設(shè)計(jì)也有一些不足之處，由于靜壓軸承必須附帶一套專用的供油系統(tǒng)來供給壓力油,，維護(hù)比較復(fù)雜,，而且成本也比較高,。 3、交叉滾子軸承 交叉滾子軸承在轉(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。與傳統(tǒng)的推力軸承徑向定心軸承組合相比,，交叉滾子軸承結(jié)構(gòu)緊湊,、體積小巧,，并簡化了工作臺(tái)設(shè)計(jì)，從而降低了轉(zhuǎn)臺(tái)的成本,。由于使用了優(yōu)化的預(yù)緊力,，該類軸承具有很高的剛度，因而轉(zhuǎn)臺(tái)的剛度和精度也都得到了保證,。得益于兩排交叉滾子的設(shè)計(jì),，軸承的有效跨距能被顯著提高,，所以該類軸承具有很高的抗傾覆力矩,。 在交叉滾子軸承中，又分成兩種類型：第一種是圓柱交叉滾子軸承,，第二種是圓錐交叉滾子軸承,。通常，圓柱交叉滾子軸承價(jià)格比圓錐交叉滾子軸承低,，適用于轉(zhuǎn)速相對(duì)較低的轉(zhuǎn)臺(tái)應(yīng)用中;而圓錐交叉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),，減少了軸長度和加工成本等優(yōu)勢(shì)。交叉滾子軸承適用于各種類型的立式或臥式鏜床,，以及立磨、立車和大型齒輪銑床等應(yīng)用,。 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)以及由此帶來的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),，才能充分發(fā)揮軸承的性能,。軸承作為機(jī)床主軸和轉(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。