高速軸承20 世紀（jì）90 年代興起的超高速加工比一般加工有更高的轉速、更快的進（jìn）給（gěi）速度，可提高生產效率，降低加工（gōng）成本，改善表麵加工質量，故需實現（xiàn）機床主軸的（de）高（gāo）速化和高效（xiào）率化。機床主軸被稱（chēng）作機床的“心髒”，高速機床采（cǎi）用電（diàn）動機與（yǔ）主軸融合在一起的電主（zhǔ）軸，是一種直接依賴於高速軸承、電動機、精密數控與精（jīng）密製（zhì）造等技術的高度機（jī）電一體化的功能單元，由於省去了中間傳動環節，其轉速一般可達（dá）到每分鍾幾萬（wàn）甚至（zhì）十（shí）幾萬轉（zhuǎn）。電主軸內部的支承核心——主軸軸承，承受較大的徑向（xiàng）和軸向載荷，需具有較高的回轉精度和較低的溫升，盡可（kě）能高的徑（jìng）向和軸（zhóu）向剛度（dù），較長（zhǎng）的、保持精度的使用壽命。因（yīn）此，主軸軸承的（de）性能對（duì）電（diàn）主軸的使用功能極為重要。目（mù）前在高速主（zhǔ）軸單元中采用較多的支承軸（zhóu）承主要有滾動軸承、磁懸浮軸承、空氣軸承和動靜壓軸承。以（yǐ）下就主軸軸承的主要技術及發（fā）展類型進行綜述。

      1 主軸用滾動軸承

      滾動（dòng）軸承因其結構簡單、成本（běn）低、剛性大、高速（sù）性好、使用維護方便等優點，一直都是機床主軸的首選支承部件。

      機床主（zhǔ）軸軸承常見的滾動軸承類（lèi）型主要有深溝球軸承、角（jiǎo）接觸球（qiú）軸（zhóu）承、圓柱滾子軸承、雙向（xiàng）推力角接觸球軸承和圓錐滾子（zǐ）軸承。其（qí）中，角接觸球軸承因製造精度高（gāo）、極限轉速高、承載能力強，能同（tóng）時承受徑向和一個方向的軸向載（zǎi）荷，在高速機床主軸的支承中被廣（guǎng）泛地應（yīng）用（yòng）［1］。主（zhǔ）軸用滾動軸承技（jì）術主要有滾動軸承（chéng）的（de）結構優化、預緊和配置形式、材料（liào）技術、保持架研究和潤滑技術等。

      1． 1 結構優化

      主軸用（yòng）滾動軸承結構優化的期望目標之一是提高其高速性能。對（duì）於軸承的優化設計，首先要確（què）定其目標函數，如軸承中球（qiú）的旋滾比、剛度、接觸應力及額（é）定動載荷等，優化的變量有溝曲率係數、球組節圓直徑（jìng）、球徑、球數等，根據重要程度對目標函數和優（yōu）化變量進行優先排序，然（rán）後（hòu）再設計內、外套圈及保持架的結構，實現既提高軸承的極限轉速又能使溫（wēn）升盡可（kě）能（néng）低（dī）的高速性能［2］。軸承的極限轉（zhuǎn）速是軸承在一定工作條件下，達到（dào）所能承受的最高熱平衡溫度時的轉速極（jí）限（xiàn）值。主軸軸承的極限轉速與軸承的接觸角、公（gōng）差等級、工作狀（zhuàng）態、潤滑方式、組配形式、預載荷以及材料種類等多種因素有關［1］，同時還與工作環境的熱載荷有關。由於滾動軸承的（de）轉速主（zhǔ）要受軸承內部摩擦發熱而引起的溫升限製，當轉速超過某一界限值後，軸（zhóu）承內部會因溫度不斷升高而發生（shēng）熱粘著，以致不能繼續使（shǐ）用。電主（zhǔ）軸也易（yì）受周圍環（huán）境變化的影響( 如電動機發熱、對軸套的冷卻) ，尤其是在轉速急（jí）劇變化過程中，這（zhè）些變化使軸承處於嚴重的熱載荷下，很容易引（yǐn）起軸承卡（kǎ）死（sǐ），因此（cǐ），要采取措（cuò）施降低軸承對外部熱載荷的敏感度。

      具有良好高速性能的精密角（jiǎo）接觸球軸承是高速主（zhǔ）軸常選用的軸承。角接觸球軸承在工作時作用力與軸承徑向麵有一接觸角，一般為（wéi）15°，25°或（huò）40°，接觸（chù）角越（yuè）大，則軸向承載能力越大; 接觸角越小，則越有利於高速旋轉，通常采用15°和25°。接觸角為25°的主軸軸承，其極限轉（zhuǎn）速（sù）約為同結構15°接觸角軸承（chéng）的90%［1］。另外，角接觸球軸承內、外圈擋邊的（de）一麵有一斜坡鎖口，是為（wéi）了裝入比深溝球軸（zhóu）承更多的鋼球。機床主軸精密軸承常用的公差（chà）等級有5，SP，4，4A，UP，2 和2A 級［4］。軸承的遊隙、溝曲率（lǜ）係數、擋（dǎng）邊形狀等都要做適於高速性能的（de）優化結構設計。

      用作主軸軸承的圓柱滾（gǔn）子軸承，一種是采用單列圓（yuán）柱（zhù）滾（gǔn）子軸承( N 型（xíng）) ，其外圈為直滾道，內圈帶擋邊; 另一種是雙列圓柱滾子軸承( NN 型) 。雙列圓柱滾子軸承不能（néng）承（chéng）受軸向載荷，一般（bān）與雙向推力角接觸球軸承( 能承受雙向軸向載荷) 配套應用於主軸的（de）工（gōng）作（zuò）端，以（yǐ）達到較高的徑（jìng）向剛度和軸向剛度來承受（shòu）較大的切削力和進給（gěi）力，或者應用於要求承載能力高的主軸後端。為了（le）實現滾子軸承的高速性能（néng），需要（yào）優（yōu）化擋邊的高度，控製滾子和擋邊之間的間（jiān）隙（xì），提高滾子的精度，從而降低發熱，避免滾子端部和擋邊間的擦傷和卡死。

      用作主軸軸承的（de）圓錐滾子軸承，由於其滾子大端麵與內圈大擋邊接觸麵間摩擦嚴重，高速運轉會導致溫度急劇上升，所以在優化（huà）設計（jì）軸承結構的同時，需要考慮潤（rùn）滑（huá）以及（jí）圓錐滾子軸承適用的速度範圍。

      超高速軸承設（shè）計中，為了減小離心力和陀螺力矩（jǔ），通常采用減小滾（gǔn）動體直徑（jìng）、增加（jiā）滾動體數量和選用輕質材料等方法。現在一種新型空（kōng）心圓柱滾子軸承（chéng）已用於機床主軸軸承（chéng），與實心圓（yuán）柱（zhù）滾子軸承（chéng）相比（bǐ）具有更高的回轉精度、剛性、極限轉速和低的溫升等優點［4］。

      國外開發了多種適（shì）於主（zhǔ）軸高速性能的滾動軸承。日本NSK 開發了一（yī）種能耐受較大熱擾動的軸承係列———ROBUST 係列角接觸球軸承，具有耐熱性和低發（fā）熱性的優點，適（shì）合高速（sù）主軸軸承的工作（zuò）環境（jìng）。ROBUST 係列角接觸球軸承通過優化內部設計，對球徑、內外（wài）圈溝曲率、接觸角及其他相關（guān）因素進行分析，考慮了高速旋轉下圓周應力對內圈的影（yǐng）響，並使用一種由NSK 開發的碳（tàn）氮共滲特殊（shū）軸承材料（liào）SHX，能夠最大限度地降低發熱，有效（xiào）地改善軸承抗卡（kǎ）死（sǐ）性能，滿足了電主軸高速性能的嚴格要求，在加工中（zhōng）心領域已（yǐ）采用。

      德國FAG 公司開發了HS70 和HS19 係列高速（sù）主軸軸承，將球徑縮小了30%，並增加了球數，製造的空（kōng）心鋼球可減小（xiǎo）離心力和陀螺力矩。為減小外圈所受應力，外溝通使用“拱形”，在高速旋轉（zhuǎn）時，球與外圈（quān）兩點接觸，因應力分散（sàn）而（ér）提高（gāo）軸承壽命［5］。另一種低發熱（rè）軸承（chéng），則（zé）是重點研究了潤滑劑在離心加速（sù）度作用下的運動軌跡（jì），將（jiāng）保持架（jià）的導向區精（jīng）確（què）地定位在離（lí）心力對潤滑劑作用最大的地方，從而達到（dào）潤滑劑的最佳分布和可靠供應［6］。

      1． 2 預緊和配置形（xíng）式

      為了保證主（zhǔ）軸單元的（de）剛性、旋轉精度，並控製（zhì）滾動體的公轉和自轉打滑，降低噪聲（shēng）等，需要對主軸軸承施加一定的預緊載荷。例如，角接觸球軸承能承受徑向和（hé）一個方向的軸向載荷，在徑向載荷作用下，軸承內部（bù）產生一個（gè）沿軸向方向作用的力，必須有另一相對的外力( 預載荷) 來平衡。合適的預載荷不僅可以消除軸承的軸向遊隙，抑製滾動體的旋轉滑動，還能減小高速旋轉時滾動體與內、外圈滾道接觸角的變化，以影響整個係統的阻（zǔ）尼特性，從而（ér）提高軸（zhóu）承剛度和旋轉精度; 另外，還可以（yǐ）降低振（zhèn）動噪聲、抑製溫升和延長疲勞壽命。但是預載荷過大，會加劇軸承的摩擦，使（shǐ）溫升迅速提高，以（yǐ）致造成燒傷，降低使用壽命［7］。

      軸承的（de）預緊方式有徑向預緊和（hé）軸向預緊。徑向預緊適用於圓柱滾子軸承; 軸向預緊適用於角接觸球軸承、圓錐滾子軸承和推力軸（zhóu）承。角（jiǎo）接觸球軸承的（de）軸向預緊，又可分為定位預緊和定壓預緊［9］。即采用改變（biàn）軸承結（jié）構和采用預緊力補償原理( 獨立製作預緊（jǐn）力補償裝置（zhì）) 2 種方法來實現預載荷的控製。對於定位預緊（jǐn），在轉（zhuǎn）速（sù）不太高和變速範圍比較小的情況下（xià），采用剛性預載荷( 改變內外隔圈或軸承內（nèi）、外圈（quān）的寬度尺寸差) 來（lái）施加預載荷。定位預緊控製預緊力（lì）十分有效，操作方便，但會隨（suí）速度的升高，軸係零件的（de）發熱而變化，而且電主軸裝配完成後，其（qí）預載荷大小無法調整，當軸承出現磨損時，更換軸（zhóu）承勢必要重新調整整個控製係統，這給用戶的維修帶來很多不（bú）便［7］。定壓（yā）預緊則是（shì）在轉速較（jiào）高和變速範圍比較大的情況下，使用彈性（xìng）預載荷裝置( 選用合適的彈簧或借助油腔壓力變化) 來調整（zhěng）預緊力大小，可減小溫（wēn）度（dù）和速度對預載荷的影響。對於速度性能和使用壽命要求較（jiào）高的電主軸，或者需要防止軸係發生軸向振動的場合（hé），可采用定壓預緊。由於定壓預緊中自行設計和製造可調整預載荷的裝置( 如彈（dàn）簧等) 會吸收（shōu）軸承的相對位置的微小變（biàn）化，所以定壓預（yù）緊對高（gāo）速旋轉性能有（yǒu）利，但對係統剛度不（bú）利（lì）。對轉速變化幅度較大的主軸係統，為確保低（dī）速時的剛度和高速時（shí）預載荷的穩（wěn）定，可采用可變預載荷的預（yù）緊方式，比如: 預（yù）載（zǎi）分檔或定位預載與定壓預（yù）載（zǎi）切換等［8］。為了滿（mǎn）足（zú）在不同工況下預緊力的優化，目前已在研究開發通過壓電元件控製預（yù）緊力的微機（jī）控製預緊力係統，實現預緊力的在線控製［9］。

      研究（jiū）表明，組配軸承存在最佳預載荷值，其值與多種因素有關。因此在確定最佳預載荷時，應綜合（hé）考（kǎo）慮軸承的組配方式、工作（zuò）轉速、係統剛度及壽命等（děng）因素。

      為提高主軸係統的支承剛度，機（jī）床主軸用滾動軸承通常采用雙聯或多聯的組配方式［1］。通常，深溝球軸承、圓柱滾子軸承用來承受主軸的徑向載荷; 推力球軸承或推力滾子軸承用來承受軸向載荷; 角接觸球軸承和（hé）圓錐滾子軸承用來承受徑向、軸向聯合載荷以（yǐ）及載荷方向不夠清晰的附加載荷。根據機床的工作（zuò）特點，為（wéi）主（zhǔ）軸選用不同（tóng）的軸承配置形式。例如，因為圓柱滾子軸承能夠補（bǔ）償軸的熱膨脹，如果後端使用超高速單列圓柱滾子軸承，前端使用耐用性好的( 定（dìng）位預緊) 角接觸球（qiú）軸承，這樣配置組合，就能簡化主軸（zhóu）結構，使主軸運轉實現高速和高可靠性（xìng）。文獻［10］中列出了機（jī）床主軸中常見的滾動軸承的配置（zhì）形式和性能特點。

      1． 3 材料技（jì）術

      對鋼製主（zhǔ）軸軸承材料（liào）的（de）研究和開（kāi）發大致分為兩個方（fāng）麵: ( 1) 采用新的冶（yě）煉技術和裝備（bèi），或對傳統的冶煉工藝和設（shè）備進行改進，降低鋼中氧含量及夾雜物的數量，改善夾（jiá）雜（zá）物的分（fèn）布（bù）、尺寸和形（xíng）態，改善（shàn）結晶狀態等，以提高原有鋼種的冶金（jīn）質量，生產（chǎn）出長壽命、純淨或超高潔淨（jìng）鋼; ( 2) 對原有鋼種的化（huà）學成分進行改進或開（kāi）發全新軸承用鋼，以滿足不同使用場合對軸承越來越高的性能要求，或在具有同樣性能的前（qián）提下降低材料費用和整（zhěng）個軸承的生產成（chéng）本［11］。國內軸承用鋼（gāng）的發展與國外類似。以前，國內主軸（zhóu）軸承的材料選用高品質的軸承鋼GCr15 和ZGCr15( 軍甲鋼) ( 采用電渣重（chóng）熔技術提高材料（liào）品質) ，近十年來，由（yóu）於軸承鋼冶煉技術的飛躍發展，尤其是真空冶煉（liàn）技術（shù）的廣泛應用，高品質的軸承鋼已經不再局限於電（diàn）渣重熔（róng）鋼，真空脫氣GCr15 和GCr15SiMo 等材料已經（jīng）廣泛應用於（yú）主軸軸承（chéng）［3］。

      國外近年研製（zhì）了多（duō）種（zhǒng）新鋼種，例（lì）如，NSK 公司（sī）經過（guò）多年研究，開發出了一種經表麵淬硬的SHX耐熱鋼，SHX 具有良好的抗卡死（sǐ）和耐磨損特性，並且壽命長( 比SUJ2 鋼製的軸承壽命長3 ～ 4 倍) 。

      在超高速運轉時，通常（cháng）認為內圈由於受到高（gāo）的環向應力作用而易於斷裂，使用SHX 材料的內圈，其內部殘餘應力能抵消環向應力，因此可以（yǐ）大大地避免斷裂。用SHX 材料製造的ROBUST 係列軸承已經應（yīng）用於許多高速主（zhǔ）軸，其性能已經得到驗證。在要求高（gāo）載荷、高可（kě）靠（kào）性方麵，開發出了（le）EP鋼以及一般環境下實現長壽命（mìng）的（de）Z 鋼。

      另外（wài），由氮化矽陶瓷做滾動體的混合陶瓷球軸承（chéng）也已進入高速機床領域。陶（táo）瓷材料與軸承（chéng）鋼相比（bǐ），其密度是鋼的40%，線膨脹係數不及鋼的1 /4。因此，混合陶瓷球軸承高速旋轉時，作用於球的離心力及摩擦力矩小，球和套圈的熱膨脹差引起的（de）軸承載荷相對緩（huǎn）和，軸承摩擦發熱少、磨（mó）損（sǔn）輕（qīng），高速性能得（dé）以提高; 而且，由於陶瓷材料的縱向彈性模量（liàng）約為軸承鋼的1． 5 倍，故陶瓷球軸承的剛性也比鋼製軸承大［7］。陶瓷球軸承的極限轉（zhuǎn）速較同結構鋼製軸承提高20% ～ 30%，若（ruò）能根據陶瓷材料（liào）的特性，對（duì）陶瓷球軸承的（de）結構（gòu）進行優化，其極限轉速還可以更高［1］。

      1． 4 保持架研（yán）究

      為適應滾動軸承的高精度、高轉（zhuǎn）速的（de）發展方向，必須（xū）從保持架結構（gòu）、製造（zào）精度、材料選用和加工方法等全方（fāng）位進行研究，選用強度高、輕質（zhì）的保持架，采用合（hé）理的引導（dǎo）方式，以滿足軸承的高速性（xìng）能。現在，重量輕、自潤滑性能好、摩擦因數小（xiǎo）的工程塑料保持架已（yǐ）廣泛（fàn）用於機床主軸軸承。為高速旋轉設計的保持架，盡管其通常運行速度僅為（wéi）內圈的40% ～ 50%，但由於要承受複雜的碰撞以及與滾（gǔn）動體的局部滑動( 例如: 滾子與保（bǎo）持架兜孔接觸麵及引導麵) 而產生（shēng）的（de）恒定發熱的影響，保（bǎo）持架容易斷裂、卡死及磨損。傳統的金屬（shǔ）保持架采用（yòng）噴射潤滑，在高速主軸軸承中，由於過多的潤滑劑會導致攪動發熱，限製潤滑劑的用量又使得金屬保持架磨損嚴重，因而不適合使用。目前高（gāo）速主軸軸承中所用（yòng）的保持架材料趨向於工程塑料，其韌性好、重量輕、耐熱、耐磨損，使得原來隻有油潤滑才能達到的速度領（lǐng）域也能使用脂潤（rùn）滑。

      角接（jiē）觸球軸承，在dmn 值小於1． 4 × 106 mm·r /min 以（yǐ）下的使用領域一般采（cǎi）用塑（sù）料（liào）保持架，可以（yǐ）提高軸承性能（néng），如（rú）聚酰胺保持架; dmn 值超過1． 4× 106 mm·r /min 的領域，使用酚醛樹脂的優越（yuè）性更高。耐用係列超高速單列圓柱滾子軸承采用玻璃纖維+ 聚（jù）醚（mí）醚酮( PEEK) 工程塑料保持架。這種聚合物通過添加玻（bō）璃纖維，具（jù）有重量輕、耐熱、耐磨損、抗斷裂等優良（liáng）特性，微量潤滑時能發揮最__dmn 值達3 × 106 mm·r /min。高剛度係列雙（shuāng）列（liè）圓柱滾子軸承開發了耐熱性優異的高剛度聚苯撐硫 ( PPS) 保持架，性能優於過去使用的圓柱型聚酰胺保持架，噪聲（shēng）也比銅合金保持架（jià）有所降低，極（jí）限溫度達220 ℃，脂（zhī）潤（rùn）滑時，dmn 值達1 × 106 mm·r /min 以（yǐ）上。工程塑料保持架的優點是強度、彈性、塑（sù）流特性等優異，能（néng）控（kòng）製高（gāo）速旋轉（zhuǎn）時保（bǎo）持架（jià）的變形，運轉平穩，並能用成本低的模注法加工出理想的結構。

      保持架的（de）引導（dǎo）方式有內圈引（yǐn）導、外圈引導和（hé）滾動體引導。內圈引導的轉動慣量小（xiǎo），可以節省材料，但與外圈引（yǐn）導相比允（yǔn）許的裝球數要少些; 外圈引導轉動慣量大，裝球數比內圈引導（dǎo）多些; 滾動體引導在同樣的轉速下，比外（wài）圈引導和內圈引導發熱量小（xiǎo），同時噪聲也相對小些（xiē），另外，外圈一側可以保持（chí）較（jiào）多（duō）的潤滑（huá）脂，有利於實現潤（rùn）滑脂的長壽（shòu）命，但其結構複（fù）雜，製造（zào）困難，通常為注塑型的（de）塑料保持架。

      高速應用下，保持架兜孔（kǒng）的設計需要考慮選用材料的強度（dù）大小、變形量大小以及其（qí）具有的摩擦性（xìng）能，使保持架中由兜孔與引導麵間的（de）摩擦引起（qǐ）的（de）自激振動最小（xiǎo）。

      1． 5 潤滑技術

      超高速主軸必須采用正確的潤滑方式來控製軸承的溫升，以保證機床工藝係統的精度和穩定性（xìng）。潤滑方式的選擇與軸（zhóu）承（chéng）的轉速、載（zǎi）荷、容許溫升及（jí）軸承（chéng）類型有關，常用的形式有: 噴油潤滑（huá）、脂潤滑、油霧（wù）潤滑、油氣潤滑（huá）等。進入20 世（shì）紀80 年代（dài）後，由於加工中心（xīn）的高速化，油氣、油霧等微量（liàng）潤滑占（zhàn）了主導地位，傳統的噴油潤滑和脂潤滑等均已不能滿足高（gāo）速主軸軸承對潤（rùn）滑（huá）的要求（qiú）。在使用高壓噴射切（qiē）削液的主軸中，油氣和油霧潤滑對於防止切削液進入主軸內部很有效（xiào）。目前微量潤滑已成為主體［4］。

      油霧（wù）潤滑係統在高轉速（sù）下會在軸承運轉的內部產生“風幕”，阻（zǔ）礙油霧潤（rùn）滑係統可靠地向各個軸承供應幾乎恒定的潤（rùn）滑油，使各個摩擦點的潤滑（huá）油（yóu）量始終處於一種波（bō）動狀態，時多（duō）時少的潤（rùn）滑油量不利於主軸軸承轉速和壽命的提高（gāo），新近發展（zhǎn）起來的油氣集中潤滑係統則可以精確地控製各個摩擦點的潤滑油量（liàng），可靠性極高。油氣（qì）潤（rùn）滑技術是利用壓縮空氣將（jiāng）微量的潤滑油（yóu）分別、連續不斷地、精（jīng）確地供給（gěi）每一套主軸軸承（chéng），微小油滴在滾動體和內、外滾道間形成彈性動壓油膜，壓縮空氣（qì）則（zé）帶走軸承運轉所產生（shēng）的（de）部（bù）分熱（rè）量，因此，油氣潤滑（huá）在高速電主軸用滾動（dòng）軸承領域得到（dào）廣泛應用［12］。但油氣潤（rùn）滑係統對潤滑油、壓縮空氣以（yǐ）及油路和供油方式都有（yǒu）一（yī）定的技術要求，所需設備複雜，成本較（jiào）高。

      2 主軸（zhóu）用磁懸浮軸承（chéng）

      磁懸浮軸承是利用多副在圓周上互為180°可控電磁鐵產生（shēng）徑向方向相反的吸力，將主軸懸浮於（yú）空中，使軸頸與（yǔ）軸承之間沒有機械接觸的一種（zhǒng）高性能軸承（chéng）［7］。隨著主軸轉速和（hé）載荷的進一步提高，功（gōng）率越來越（yuè）大，傳統（tǒng）的滾（gǔn）動軸承的結構已經難以滿足所需要的超高速、大（dà）功率的要求。磁（cí）懸浮軸承的應用使得（dé）這種（zhǒng）超高速、大功（gōng）率的主軸成（chéng）為可［13］。磁懸浮軸承電主軸［13］，主要是用在大功（gōng）率超高速的機床上，轉速一般在1 × 105 r /min 以上。由於不存在機（jī）械接觸，轉（zhuǎn）軸可達到極高的回轉精度、較（jiào）高的轉速和較大的功率，同時具（jù）有（yǒu）溫升低、無需潤滑、無油汙染、壽命長等優點。又由於磁懸浮軸承軸心的位置通過（guò）電子反（fǎn）饋控製係統進行自動（dòng）調節，故主軸（zhóu）剛度和（hé）阻尼可調，並可自動動平衡，從而使振（zhèn）動降至很低，噪聲較小［7］。因為磁懸浮軸承價格昂（áng）貴（guì），控製係統（tǒng）複雜，長期以來沒有在超高速主（zhǔ）軸單元上大麵積推廣，但（dàn）現已有成熟的（de）產品供應，具有很大（dà）的發展前景。在國外，汽（qì）車工業生產線和高速機床上采（cǎi）用磁懸浮（fú）主（zhǔ）軸係統比較普遍（biàn），主軸（zhóu）轉速一般為40 000 ～70 000 r /min。在超精加工（gōng）機床上（shàng），其性能指標達到: 旋（xuán）轉精（jīng）度0． 03 ～ 0． 05 μm，承載力300 kN，徑向靜剛度600 N/μm，軸向靜剛度2 000 N/μm，動剛度100 N/μm，可靠性MTBF≥4 000 h。在磨加（jiā）工機床上，磨削轎車某（mǒu）零件時，磁懸浮軸承主軸轉速可達到60 000 r /min，可以緩（huǎn）進給強力磨削方式直接加工寬為（wéi）1 mm 的淬火鋼材窄縫，省略了淬火前粗銑工序。采用直徑50 mm 的CBN 砂（shā）輪可實現線速度（dù）為160 m/s 的超高速磨削［14］。

      2． 1 磁懸浮軸承係統結構的發展現狀

      為了降低費用，增加設計的靈活性（xìng），人們對磁懸浮軸承係統結構（gòu）進行了多方麵研究。如自傳感器結構、永磁（cí）與電磁結構相結合、無軸承電動機及超導磁（cí）軸承（chéng）等新型結構（gòu）。在這些結構中，無（wú）軸承電動機結構的發展前景比較好。因為普通的磁懸浮軸承（chéng）軸向占據體積較大，導致電（diàn）動機的軸（zhóu）向（xiàng）長度較長，同（tóng）時臨界轉速下降，加上磁懸浮（fú）軸承本身結構及控製比較（jiào）複雜，體積較大（dà），成本較高，限（xiàn）製了電動機（jī）向更高轉速的發展，而無軸承電動機（jī）能夠很好地解決普通磁懸浮軸承的上述問（wèn）題。現在研究的無軸承電動機有永（yǒng）磁體表麵（miàn）疊裝式（shì）無軸承（chéng）永磁同步電（diàn）動機、永（yǒng）磁體內嵌式無軸承永磁電動機、無軸承永磁（cí）同步電（diàn）動機。與磁軸承電動機相比，無軸承電動機具有體積小、能耗（hào）少、轉速更高等優點，但缺點是電磁轉矩和徑向力之間存在耦合，磁（cí）飽和溫度變化（huà）等因素會引起電動機參數的變化，需要建（jiàn）立更加（jiā）合理的解耦控（kòng）製方案［13］。

      2． 2 磁懸浮軸承需要解決的問題［13］

      ( 1) 造價高; ( 2) 係統的動態（tài）性能和係統可靠性有待進一步提高; ( 3) 剛度和承載能力對於大規模應用還有一（yī）定難度，磁懸浮軸承剛度的大小取決於係統結構和組成，因此，要提高磁懸浮軸承的剛度就必須對係統結構進行更進一步的優化。

      3 主軸（zhóu）用空氣軸承［13］

      高速內（nèi）圓磨床（chuáng）主軸（zhóu）軸承（chéng）一般采用（yòng）空（kōng）氣軸（zhóu）承。

      空（kōng）氣（qì）軸承采用空氣冷卻和氣膜支承（chéng），運轉（zhuǎn）平滑，由於氣體（tǐ）的黏度小，能夠（gòu）在（zài）摩擦（cā）損耗不大、潤滑（huá）劑和支承的溫升不高的情況下實（shí）現高速旋轉，特別適合（hé）做高速回轉副（fù）的支承元件。空氣軸承具有精度高、結構緊湊（còu）、摩擦功耗（hào）低等優點，但由於受到能承受的切削載荷及過（guò）載能（néng）力較小的（de）限製（zhì），其功率（lǜ）一般不是很大（dà）。

      3． 1 空氣軸（zhóu）承結構

      空氣（qì）軸承在結構設計上，近年相繼（jì）出現了（le）表麵（miàn）節流、淺腔（qiāng）二次節流、多孔質節流及浮環（huán）軸承等新類型。其中，氣體（tǐ）浮環軸承（chéng）是（shì）一種較理想（xiǎng）的高速軸承，這（zhè）種浮環型軸承，當軸承高速旋轉時，由於（yú）潤滑氣體的粘滯作用，使環也隨之以一定速度旋轉，即形成內外氣膜的雙膜軸承; 也可以環不旋轉，在外部供氣作用下懸浮在軸承與軸之間（jiān），同樣也形成一（yī）種（zhǒng）雙膜軸承。這種雙膜軸承的優點是:

      功耗低; 高速穩定性好。

      3． 2 空氣軸承需要解決的問題

      ( 1) 普遍存（cún）在剛度不高、散熱性不好的問題; ( 2) 剛度及承載力特別是抗過載（zǎi）能力不強; ( 3) 工作可靠（kào）性、製造工藝性、實用性、普及性等有待進一步的（de）研究; ( 4) 標準（zhǔn）化、結（jié）構係列（liè）化和設計計算方法不夠規範。

      3． 3 氣磁混（hún）合軸承（chéng）

      空氣軸承與磁懸浮軸承相比，具有相當高的工作精度，結構簡單、製造容易和便於推廣（guǎng）應用的優點; 而磁軸承（chéng）具有較高承載能力，便於控製和具有更高工作精度的性能（néng）。目前已（yǐ）有（yǒu）專家開（kāi）發出一種綜合這2 種性能的氣磁混合軸承（chéng），這種（zhǒng）軸承的主要特點是同時具備較高的承（chéng）載能力和很高的工作精度，而這種特性很適（shì）合於超高速、超高精度加工，有十分（fèn）廣闊的應用前景［13］。

      4 主軸用動靜壓軸承

      動靜壓（yā）軸承是一種綜合了動壓軸承和靜壓軸承優點的新型多油楔油膜軸承，其避免了靜壓軸承高速下發熱嚴重和供油係統龐大複雜，克服了動壓軸承啟動和停止時可能（néng）發生幹摩擦的弱點，有很好的高速性（xìng）能，而且調速（sù）範圍寬。其結構緊湊，動、靜態剛度較高，價格也較（jiào）高，使用維護較為複雜，標準化（huà）程度低，在超高速主軸單元中（zhōng）應用較少。

      5 結束語

      主軸軸承技術是高速機床主軸的關鍵技術，使用不同類型（xíng）的軸承，主軸（zhóu）將具有不同（tóng）的工作特性。滾動軸承電主軸結構簡單、剛度好、標準化高，但其轉速一般在1 × 105 r /min 以下，主（zhǔ）要適用於一般的高速加工。通過對其內部（bù）結構以及潤滑進（jìn）行優（yōu）化設計、材料的研究選用，使得其對熱（rè）載荷不敏感，提高抗（kàng）卡死的性能（néng），從而拓展其速度的極限。磁懸浮軸承電主軸適用超高速、大功率的應用場合，但其結構較大且複雜，控製難度高。傳統的空氣軸承電主軸的精度比較高，但（dàn）其承載能（néng）力小，適（shì）合於小（xiǎo）型零件的精密加工。正在研製的氣磁混合軸承，綜合（hé）了空氣軸承（chéng）和磁（cí）懸浮軸承的優點，將能很好地適應（yīng）超高速精密加工。目（mù）前，向更高轉速極限挑戰的主軸軸承研發工作還在持續地進行中。