如何選擇機床主軸的（de）軸承？-數控機床市場網

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如何選擇（zé）機床主軸的軸承？

2013-5-15 來源：作者：

機床工具行業作為機械裝備工業的重要（yào）組成部分，在整個國民（mín）經濟的發展過（guò）程中起著舉足輕重（chóng）的作用。據統計，在一般的機（jī）器製造中，機（jī）床所擔負的加工工作量占總製造工作量的40%～60%左右，因而機床業發展水平通常是一個（gè）國（guó）家工業發展水平的標誌。隨著現（xiàn）代製造業的日益發展，客戶對於工業母機-機床的要求也越來越高。目前，新材料（liào）、新工藝、新設備的不斷湧現，對機床的加工能力帶來了許多的挑戰（zhàn），為了能滿足對上述結構件的加工，現代機床正向著“高速、精密、複合（hé）、智（zhì）能化”的方向發展。

　　隨（suí）著我國產業結構升級的深入，機床行業內也（yě）顯示產業結構升級的趨勢，即數控機床比例逐步上升（shēng），在數控領域，高端數控機床（如重型（xíng）機（jī）床、智能機（jī）床等）所占的比例也不斷（duàn）上升，重型機床產品主要是為國家能源（火電（diàn）、水電、核電、風力（lì）發電）、船舶製造、工程機械、冶金、航天、軍工、交通運輸（鐵路、汽車）等主（zhǔ）要工業支柱產業以及國家（jiā）重點工程項目（mù）服務，國家重點工程項目為（wéi）重型機床（chuáng）提供了廣闊（kuò）的市場。

　　那麽，如何（hé）選擇機床中應用於主軸軸承呢？

一、主軸軸（zhóu）承

　　主軸（見圖（tú）1）作為機床的關鍵部件，其性能會直接（jiē）影響到機床的旋轉精度、轉（zhuǎn）速、剛性、溫升及噪音等參數，進而會影響工件的加工質量，例如零件的尺（chǐ）寸精度，表麵粗糙度等指標。因（yīn）此，為了保持優秀的機床加工（gōng）能力，必須配用高性能（néng）的軸承。用（yòng）於機床主軸上的軸（zhóu）承精度應為ISO P5或以上（shàng）（P5 或P4 是ISO的精度等級，通常從低到高（gāo）為P0, P6, P5, P4, P2），而對於數（shù）控（kòng）機床、加工中心等（děng）高速、高精密機床（chuáng）的主軸支承，則需選（xuǎn）用ISO P4或以上的精度；主（zhǔ）軸軸承包括角接觸球軸承、圓錐（zhuī）滾子軸承，以及圓柱滾子軸承等類型。

圖1. 機床主軸

　　精密角接觸球軸承

　　在上述的幾種軸承中，以（yǐ）精密角接觸球軸承（見圖2）的使用最（zuì）為廣泛。我們都（dōu）知道角接觸球軸承的滾動體是球（qiú）；因為它（tā）是一種點接觸（區別於滾子軸承的線接觸），所以它能提供更高（gāo）的轉速、更小的發熱量和更高（gāo）的旋轉精度。在一些超高速的主軸（zhóu）應用場合，還會采用陶瓷球（一般為Si3N4或者是Al2O3）的混合型軸承（chéng）。與傳統的全淬（cuì）透鋼球（qiú）相比，陶瓷球材料（liào）自身的特（tè）點（diǎn）賦予了陶（táo）瓷（cí）球（qiú）軸承（chéng）具有高剛度（dù）、高（gāo）轉速、耐高溫、壽命長（zhǎng）的特點，從而滿足高端客戶對（duì）機床軸承產品的需求。

　　就角接（jiē）觸球（qiú）軸承的接觸角而言，目前比較流行的是15?和25?的接觸角（jiǎo）；通常15?的接觸角具（jù）有比較高的轉（zhuǎn）速性能，而25?的接觸角具有較高（gāo）的軸向承載能力（lì）。由於預載的選擇對於精（jīng）密角接觸球軸承應用的影響非常大，例如，在高承載、高剛性（xìng）的場合（hé），一（yī）般會選用中型或重型的軸（zhóu）承預載；而針對一些高轉速（sù）、高精度（dù）的（de）應用場合，我們在軸承的早期（qī）選型中，需要注意選（xuǎn）擇合適的預載，一般輕預載比較常（cháng）見。預（yù）載一（yī）般分成（chéng）輕型、中型、重（chóng）型三種；為了方便客戶的使用（yòng），目前世界上的幾大軸（zhóu）承製造商都普遍提供預先研磨軸承端麵而（ér）加預載的軸承，也就是我們通常所說的（de）萬能配對（duì）精密角接觸球軸承形式（shì）。該類（lèi）軸（zhóu）承免去了客戶的預載調節，從而節省了安裝時間。

圖2. 精密角接觸球軸承

精密圓（yuán）錐滾子軸（zhóu）承

　　在一些重載且對速度有一定要求的機床應用場（chǎng）合中---如鍛件的荒磨（mó）、石油管道的車絲機、重型（xíng）車床和（hé）銑床等，選擇精密圓錐（zhuī）滾子軸承是一種比較理想的方案。由於圓錐滾子軸承的滾子是線接（jiē）觸的設計，因此它能（néng）為主軸提供很高的剛性和承載；另外，圓錐（zhuī）滾子軸承是一種純滾動的軸承設計，它能很好的降低軸承運轉扭矩和發熱，從而確保主軸的轉速和精度。由於（yú）圓錐滾子軸承能夠在安裝過（guò）程中調節軸向預載（遊隙），這能讓客戶在軸承的整個使用周期中更好（hǎo）地優化軸承遊隙調節。

　　此外，在一些內圈擋邊線速度大於30米/秒的高速應用中，某些特殊設計的圓錐滾子軸承也能（néng）滿足要求，如TSMA軸（zhóu）承或Hydra-Rib液（yè）力浮動擋邊軸承（見圖3）。TSMA軸承的擋（dǎng）邊有多個軸向方向的潤滑油孔，可采（cǎi）用（yòng）循環油潤滑或油霧潤滑，離心力可將油分布到滾子與擋（dǎng）邊（biān）接（jiē）觸區，從而能更充分地潤滑軸承，提高軸承轉速。而Hydra-Rib液力浮動擋邊軸承是專為優化主軸係（xì）統的預載（zǎi）而（ér）設計，軸承有可浮動的擋邊，與（yǔ）滾子大端接觸，不像常見的軸承有固（gù）定內圈擋邊；且（qiě）該浮動擋邊由“壓力”係統定位，這樣就能（néng）保證軸（zhóu）承在各個工（gōng）況條件下都能發（fā）揮最優異的性能, 並且已經成功的在（zài）國內客（kè）戶（hù）中使用。

圖3. 帶（dài）有液力（lì）浮動擋邊軸承的主軸設計

　　對於圓錐滾子軸承的精度選擇（zé）而言，ISO P5級的軸承主要應用在傳統的車床和銑床中；如果是加工中心、磨床等應用，通常會選擇ISO P4或以（yǐ）上的精密軸承。在主軸設（shè）計中，比較常見的（de）圓錐滾子軸（zhóu）承布局有兩種。第一（yī）種是前端和後端各采（cǎi）用一個圓錐滾子軸承，並采用麵對麵的安裝（zhuāng）方式（見圖4）；這類設計結構緊湊，剛度高且便於安裝和調節。

圖4. 單列圓錐滾子軸承成對安裝（zhuāng）

　　第二種是采（cǎi）用兩個圓錐滾子軸承麵對麵安裝作為主軸（zhóu）的前端，而後端使用一個雙外圈、兩個單內圈（quān）的軸承（TDO）作為（wéi）浮動端使用（見圖5）；由於具有（yǒu）浮動能力，這類（lèi）設計能很（hěn）好（hǎo）的承受主軸的軸向（xiàng）熱膨脹，且剛度很高，保證了機床的精（jīng）度。

圖5. 前端（duān）單列圓錐滾子軸承成對安裝，後端TDO

精密圓柱滾子軸承（chéng）

　　在機床主軸的應用中，雙（shuāng）列精密圓柱滾子軸承也會被（bèi）使用到（dào），通常與精密（mì）角接觸球軸承或（huò）推力軸承組合應用。此（cǐ）類軸承能承受較大的徑向載荷並允許有（yǒu）較高的（de）轉速。軸承中的兩（liǎng）列滾子以交叉方式排列，旋轉時波動頻率比單列軸承大幅（fú）提高，振幅降低60%~70％。此類軸承通常有兩種形式：NN30、NN30K兩個係列軸承內圈帶擋邊，外（wài）圈可分離；NNU49、NNU49K兩（liǎng）個係列軸承外圈帶擋邊，內圈可分離，其中NN30K和NNU49K係列內圈為錐孔（錐（zhuī）度1：12），與主軸的錐形（xíng）軸頸配合，軸向移動內圈，可使內圈脹大，這樣軸承遊隙可以（yǐ）被減小甚至預緊軸承（負遊（yóu）隙（xì）狀態）。圓柱孔軸承通（tōng）常采用熱裝，利用（yòng）過盈（yíng）配合減小軸承遊隙，或者預（yù）緊軸承。對內圈可分離的（de）NNU49係列軸承，一般在內圈裝（zhuāng）上主軸後再對滾道精加工，以提高主軸旋轉精度。