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機床主軸和轉臺軸承的選型 - 加工中心
在機械產(chǎn)品中,，軸承屬于高精度產(chǎn)品,，不僅需要數(shù)學,、物理等諸多學科理論的綜合支持，而且需要材料科學,、熱處理技術、精密加工和測量技術,、精工技術和有效的數(shù)值方法及計算機技術等諸多學科為之服務,。軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類型,、結構,、配置,、精度,、安裝、調整,、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 用于機床主軸上的軸承精度應為ISOP5或以上(P5或P4是ISO的精度等級,，通常從低到高為(P0,、P6、P5,、P4,、P2)，而對于精工機床,、加工中心等高速,、高精密機床的主軸支承，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體是球,，因為它是一種點接觸(區(qū)別于滾子軸承的線接觸),，所以能提供更高的轉速、更小的發(fā)熱量和更高的旋轉精度,。在一些超高速的主軸應用場合,，還會采用陶瓷球(一般為si3N4或者是Al203)的混合型軸承。金屬加工記者認為與傳統(tǒng)的全淬透鋼球相比,，陶瓷球材料自身的特點賦予了陶瓷球軸承具有高剛度,、高轉速、耐高溫,、壽命長的特點,，從而滿足高端客戶對機床軸承產(chǎn)品的需求,。 2、精密圓柱滾子軸承 在機床主軸的應用中,，雙列精密圓柱滾子軸承也會被使用到,，通常與精密角接觸球軸承或推力軸承組合應用。此類軸承能承受較大的徑向載荷并允許有較高的轉速,。金屬加工在線軸承中的兩列滾子以交叉方式排列,，旋轉時波動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兩個系列軸承內圈帶擋邊，外圈可分離;NNU49,、NNU49K兩個系列軸承外圈帶擋邊,，內圈可分離，其中NN30K和NNU49K系列內圈為錐孔(錐度1：12),，與主軸的錐形軸頸配合,，軸向移動內圈，可使內圈脹大,，這樣軸承游隙可以被減小甚至預緊軸承(負游隙狀態(tài)),。圓柱孔軸承通常采用熱裝，利用過盈配合減小軸承游隙,，或者預緊軸承,。對內圈可分離的NNU49系列軸承，一般在內圈裝上主軸后再對滾道精加工,，以提高主軸旋轉精度,。 3、精密圓錐滾子軸承 在一些重載且對速度有一定要求的機床應用場合中,，如鍛件的荒磨,、石油管道的車絲機、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計，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的軸承設計,，它能很好地降低軸承運轉扭矩和發(fā)熱，從而確保主軸的轉速和精度,。由于圓錐滾子軸承能夠在安裝過程中調節(jié)軸向預載(游隙),，這能讓客戶在軸承的整個使用周期中更好地優(yōu)化軸承游隙調節(jié)。 二、轉臺軸承的選型 精工機床中常用的回轉工作臺有分度工作臺和精工回轉工作臺,。精工機床在加工某些零件的時候,，除了需要X、Y,、Z三個坐標軸的直線進給運動外,，有時候還需要有繞X、Y,、Z三個坐標軸的圓周運動,，分別稱為A、B,、C軸,。精工回轉工作臺可用來實現(xiàn)圓周進給運動，除此之外,，還可以完成分度運動,。而分度工作臺的功用只是將工件轉位換面,，和自動換刀裝置配合使用,，實現(xiàn)工件一次安裝能完成幾個面的多種工序，因此,，大大提高了工作效率,。金屬加工在線精工轉臺的外形和分度工作臺沒有多大差別，但在結構上則具有一系列的特點,。由于精工轉臺能實現(xiàn)進給運動,，所以它在結構上和精工機床的進給驅動機構有許多共同之處。不同點是驅動機構實現(xiàn)的是直線進給運動,，而精工轉臺實現(xiàn)的是圓周進給運動,。 回轉工作臺廣泛地使用于各種精工銑床、鏜床,、各種立車以及立銑等機床,。除了要求回轉工作臺能很好地承受工件重量外，還需要保證其在承載下的回轉精度,。轉臺軸承,，作為轉臺的核心部件，在轉臺運行過程中,，不僅要具有很高的承載能力,，還需具備高回轉精度、高抗傾覆能力,、以及較高的轉速能力等,。 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),。該類設計應用廣泛，并且成本也相對比較低廉,。由于推力球是一種點接觸的軸承,，所以它的軸向承載力相對比較有限，主要用于小型或中型的機床回轉工作臺,。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,，在軸承內建立靜壓承載油膜以實現(xiàn)潤滑的滑動軸承,。靜壓軸承從起動到停止始終在潤滑下工作，所以沒有磨損,，使用壽命長,，起動功率小;此外，這種軸承還具有旋轉精度高,，油膜剛度大,，能抑制油膜振蕩等優(yōu)點。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的軸承,，回轉工作臺的回轉精度也能得到保證。使用該類設計的回轉工作臺能承受很高的軸向力,，有些工件的重量超過200t以上,，轉臺直徑超過10m。但是該類設計也有一些不足之處,，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,，維護比較復雜，而且成本也比較高,。 3,、交叉滾子軸承 交叉滾子軸承在轉臺上的應用比較普遍。交叉滾子軸承的特征是軸承中有兩個滾道,，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，交叉滾子軸承結構緊湊,、體積小巧,，并簡化了工作臺設計，從而降低了轉臺的成本,。由于使用了優(yōu)化的預緊力,，該類軸承具有很高的剛度，因而轉臺的剛度和精度也都得到了保證。得益于兩排交叉滾子的設計,，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格比圓錐交叉滾子軸承低,，適用于轉速相對較低的轉臺應用中;而圓錐交叉滾子軸承采用了圓錐滾子的純滾動設計，具有運轉精度高,，轉速能力強,，減少了軸長度和加工成本等優(yōu)勢。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計特點以及由此帶來的優(yōu)點和缺點,，才能充分發(fā)揮軸承的性能。軸承作為機床主軸和轉臺的核心部件,，對機床的運行表現(xiàn)起到了舉足輕重的作用,。
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