數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)主軸中軸承的選用技巧
發(fā)布時(shí)間：2020-10-06 12:59:24 點(diǎn)擊率：
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(rùn)滑和冷卻都直接影響主軸組件的工作性能。主軸的回轉(zhuǎn)精度在很大程度上由軸承所決定。
1.主軸滾動(dòng)軸承
（1）滾動(dòng)軸承的類型
滾動(dòng)軸承摩擦阻力小，可以預(yù)緊，潤(rùn)滑維護(hù)簡(jiǎn)單，能在一定的轉(zhuǎn)速范圍和載荷變動(dòng)范圍內(nèi)穩(wěn)定地工作。滾動(dòng)軸承由專業(yè)化工廠生產(chǎn)，選購(gòu)維修方便。但與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承的噪聲很大，滾動(dòng)體數(shù)目有限，剛度是變化的，抗振性略差并且對(duì)轉(zhuǎn)速有很大的限制。滾動(dòng)軸承根據(jù)滾動(dòng)體的結(jié)構(gòu)分為球軸承、圓柱滾子軸承。陶瓷軸承是指軸承滾動(dòng)體是用陶瓷材料制成的，而內(nèi)外圈則仍用軸承鋼制造。之所以選用滾動(dòng)體，主要是因?yàn)樗哂幸韵绿匦裕阂皇侵亓枯p，二是熱膨脹系數(shù)小，三是彈性模量大。所以它具有離心力小，動(dòng)摩擦力小，預(yù)緊力穩(wěn)定，彈性變形小，剛度高的特點(diǎn)。
（2）主軸軸承的合理布置
1）主軸軸承的選擇和配置形式
機(jī)床主軸有前、后2個(gè)支承和前、中、后3個(gè)支承兩種，以前者較為多見。兩支承主軸軸承的配置形式，包括主軸軸承的選型，組合以及布置，主要根據(jù)對(duì)所涉及主軸組件在轉(zhuǎn)速、承載能力、剛度以及精度等方面的要求。
在確定兩支承主軸軸承配置形式時(shí)應(yīng)遵循以下一般原則：
①適應(yīng)剛度和承載能力的要求：主軸軸承配置形式的選擇首先應(yīng)滿足所要求的剛度和承載能力。
②適應(yīng)轉(zhuǎn)速要求：不同型號(hào)、規(guī)格和精度等級(jí)的軸承所允許的zui高轉(zhuǎn)速是不同的。在相同條件下，點(diǎn)接觸的比線接觸的高；圓柱滾子比圓錐滾子高。
③適應(yīng)精度的要求：主軸組件承受軸向力的推力軸承配置形式直接影響主軸的軸向位置精度。
2）三支承主軸組件
某些機(jī)床由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的原因，導(dǎo)致主軸箱長(zhǎng)度較長(zhǎng)，其主軸兩個(gè)支承之間的支承跨距遠(yuǎn)大于zui佳跨距，此時(shí)，應(yīng)考慮增設(shè)中間支承來(lái)提高主軸組件的剛度和抗振性。
3）主軸滾動(dòng)軸承的應(yīng)用設(shè)計(jì)
①主軸滾動(dòng)軸承的剛度和承載能力
滾動(dòng)軸承的剛度主要取決于滾動(dòng)體與滾道之間的接觸剛度。運(yùn)動(dòng)軸承的剛度與軸承類型、載荷和預(yù)緊情況有關(guān)，且隨著載荷的增大呈非線性特性。
②主軸軸承的潤(rùn)滑
潤(rùn)滑對(duì)主軸組件的工作性能與軸承的壽命有很大的影響。潤(rùn)滑不合理可能引發(fā)熱量增加，降低主軸工作精度，并加速軸承磨損。用于滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑劑可分為兩大類，即油脂潤(rùn)滑劑和液體潤(rùn)滑劑。
③主軸滾動(dòng)軸承的密封
滾動(dòng)軸承密封裝置的作用在與防止冷卻液、切屑、灰塵、雜物等進(jìn)入軸承，并使?jié)櫥瑒o(wú)泄漏地保持在軸承內(nèi)，從而充分發(fā)揮軸承的性能，確保軸承的使用壽命。對(duì)主軸組件密封裝置的要求是：適宜主軸的轉(zhuǎn)速、適應(yīng)工作環(huán)境、結(jié)構(gòu)緊密。主軸軸承的密封分接觸式和非接觸式。前者又可分為徑向密封圈密封盒毛氈圈密封，一般適用于低速主軸。非接觸式密封可分為間隙式密封、曲路式密封盒墊圈式密封，為保證密封作用，旋轉(zhuǎn)部分與固定部分的徑向間隙應(yīng)小于0.2-0.3mm，在密封處應(yīng)有回油控，以防漏油。
2.主軸滑動(dòng)軸承
滑動(dòng)軸承因具有良好的抗振性、旋轉(zhuǎn)精度高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)等特點(diǎn)，應(yīng)用于高速或低速的精密、高精度數(shù)控機(jī)床。
主軸滑動(dòng)軸承按產(chǎn)生油膜的方式，可以分為動(dòng)承和靜承兩大類。按照流體介質(zhì)不同可分為液體滑動(dòng)軸承和氣動(dòng)滑動(dòng)軸承。
（1）液體動(dòng)承
動(dòng)承時(shí)靠主軸以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)帶著潤(rùn)滑油從間隙大處向間隙小處流動(dòng)，形成壓力油膜而將主軸浮起，并制成載荷。
（2）液體靜承
液體靜承由一套專用供油系統(tǒng)、節(jié)流器和軸承三部分組成。靜承與動(dòng)承相比有如下有點(diǎn)：承載能力高、旋轉(zhuǎn)精度高、油膜有均化誤差的作用、可提高加工精度，抗振性好，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，既能在極低速下工作，也能在極高速下工作，摩擦小，軸承壽命長(zhǎng)。
靜承主要的缺點(diǎn)是需要一套專用供油設(shè)備，軸承制造工藝復(fù)雜、成本高。
（3）用空氣作為介質(zhì)的靜承稱為氣體靜承，也稱為氣浮軸承或空氣軸承，其工作原理與液體靜相同。由于空氣的黏度比液體小得多，摩擦小，功率損耗小，能在極高轉(zhuǎn)速或極低溫度下工作，振動(dòng)、噪聲特別小，旋轉(zhuǎn)精度高，壽命長(zhǎng)，基本上不需要維護(hù)，用于高速、超高速、高精度數(shù)控機(jī)床主軸組件中。
（4）磁力軸承是一種新型的高性能軸承，具有各種傳統(tǒng)軸承無(wú)法相比的特殊性能。磁力軸承不予軸頸表面接觸，不存在機(jī)械摩擦和磨損，不需要潤(rùn)滑和密封，溫升低，熱變形小，轉(zhuǎn)速高，壽命長(zhǎng)，能耗低；磁力軸承基本電磁反饋控制系統(tǒng)保證主軸的旋轉(zhuǎn)精度，剛度和阻力可調(diào)控，可消除轉(zhuǎn)子質(zhì)量部平衡，回轉(zhuǎn)特性可由傳感器和控制系統(tǒng)獲得，便于狀態(tài)監(jiān)控和診斷。磁力軸承主要用在加工中心的主軸組件中。
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1.主軸滾動(dòng)軸承
（1）滾動(dòng)軸承的類型
滾動(dòng)軸承摩擦阻力小，可以預(yù)緊，潤(rùn)滑維護(hù)簡(jiǎn)單，能在一定的轉(zhuǎn)速范圍和載荷變動(dòng)范圍內(nèi)穩(wěn)定地工作。滾動(dòng)軸承由專業(yè)化工廠生產(chǎn)，選購(gòu)維修方便。但與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承的噪聲很大，滾動(dòng)體數(shù)目有限，剛度是變化的，抗振性略差并且對(duì)轉(zhuǎn)速有很大的限制。滾動(dòng)軸承根據(jù)滾動(dòng)體的結(jié)構(gòu)分為球軸承、圓柱滾子軸承。陶瓷軸承是指軸承滾動(dòng)體是用陶瓷材料制成的，而內(nèi)外圈則仍用軸承鋼制造。之所以選用滾動(dòng)體，主要是因?yàn)樗哂幸韵绿匦裕阂皇侵亓枯p，二是熱膨脹系數(shù)小，三是彈性模量大。所以它具有離心力小，動(dòng)摩擦力小，預(yù)緊力穩(wěn)定，彈性變形小，剛度高的特點(diǎn)。
（2）主軸軸承的合理布置
1）主軸軸承的選擇和配置形式
機(jī)床主軸有前、后2個(gè)支承和前、中、后3個(gè)支承兩種，以前者較為多見。兩支承主軸軸承的配置形式，包括主軸軸承的選型，組合以及布置，主要根據(jù)對(duì)所涉及主軸組件在轉(zhuǎn)速、承載能力、剛度以及精度等方面的要求。
在確定兩支承主軸軸承配置形式時(shí)應(yīng)遵循以下一般原則：
①適應(yīng)剛度和承載能力的要求：主軸軸承配置形式的選擇首先應(yīng)滿足所要求的剛度和承載能力。
②適應(yīng)轉(zhuǎn)速要求：不同型號(hào)、規(guī)格和精度等級(jí)的軸承所允許的zui高轉(zhuǎn)速是不同的。在相同條件下，點(diǎn)接觸的比線接觸的高；圓柱滾子比圓錐滾子高。
③適應(yīng)精度的要求：主軸組件承受軸向力的推力軸承配置形式直接影響主軸的軸向位置精度。
2）三支承主軸組件
某些機(jī)床由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的原因，導(dǎo)致主軸箱長(zhǎng)度較長(zhǎng)，其主軸兩個(gè)支承之間的支承跨距遠(yuǎn)大于zui佳跨距，此時(shí)，應(yīng)考慮增設(shè)中間支承來(lái)提高主軸組件的剛度和抗振性。
3）主軸滾動(dòng)軸承的應(yīng)用設(shè)計(jì)
①主軸滾動(dòng)軸承的剛度和承載能力
滾動(dòng)軸承的剛度主要取決于滾動(dòng)體與滾道之間的接觸剛度。運(yùn)動(dòng)軸承的剛度與軸承類型、載荷和預(yù)緊情況有關(guān)，且隨著載荷的增大呈非線性特性。
②主軸軸承的潤(rùn)滑
潤(rùn)滑對(duì)主軸組件的工作性能與軸承的壽命有很大的影響。潤(rùn)滑不合理可能引發(fā)熱量增加，降低主軸工作精度，并加速軸承磨損。用于滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑劑可分為兩大類，即油脂潤(rùn)滑劑和液體潤(rùn)滑劑。
③主軸滾動(dòng)軸承的密封
滾動(dòng)軸承密封裝置的作用在與防止冷卻液、切屑、灰塵、雜物等進(jìn)入軸承，并使?jié)櫥瑒o(wú)泄漏地保持在軸承內(nèi)，從而充分發(fā)揮軸承的性能，確保軸承的使用壽命。對(duì)主軸組件密封裝置的要求是：適宜主軸的轉(zhuǎn)速、適應(yīng)工作環(huán)境、結(jié)構(gòu)緊密。主軸軸承的密封分接觸式和非接觸式。前者又可分為徑向密封圈密封盒毛氈圈密封，一般適用于低速主軸。非接觸式密封可分為間隙式密封、曲路式密封盒墊圈式密封，為保證密封作用，旋轉(zhuǎn)部分與固定部分的徑向間隙應(yīng)小于0.2-0.3mm，在密封處應(yīng)有回油控，以防漏油。
2.主軸滑動(dòng)軸承
滑動(dòng)軸承因具有良好的抗振性、旋轉(zhuǎn)精度高、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)等特點(diǎn)，應(yīng)用于高速或低速的精密、高精度數(shù)控機(jī)床。
主軸滑動(dòng)軸承按產(chǎn)生油膜的方式，可以分為動(dòng)承和靜承兩大類。按照流體介質(zhì)不同可分為液體滑動(dòng)軸承和氣動(dòng)滑動(dòng)軸承。
（1）液體動(dòng)承
動(dòng)承時(shí)靠主軸以一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)帶著潤(rùn)滑油從間隙大處向間隙小處流動(dòng)，形成壓力油膜而將主軸浮起，并制成載荷。
（2）液體靜承
液體靜承由一套專用供油系統(tǒng)、節(jié)流器和軸承三部分組成。靜承與動(dòng)承相比有如下有點(diǎn)：承載能力高、旋轉(zhuǎn)精度高、油膜有均化誤差的作用、可提高加工精度，抗振性好，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，既能在極低速下工作，也能在極高速下工作，摩擦小，軸承壽命長(zhǎng)。
靜承主要的缺點(diǎn)是需要一套專用供油設(shè)備，軸承制造工藝復(fù)雜、成本高。
（3）用空氣作為介質(zhì)的靜承稱為氣體靜承，也稱為氣浮軸承或空氣軸承，其工作原理與液體靜相同。由于空氣的黏度比液體小得多，摩擦小，功率損耗小，能在極高轉(zhuǎn)速或極低溫度下工作，振動(dòng)、噪聲特別小，旋轉(zhuǎn)精度高，壽命長(zhǎng)，基本上不需要維護(hù)，用于高速、超高速、高精度數(shù)控機(jī)床主軸組件中。
（4）磁力軸承是一種新型的高性能軸承，具有各種傳統(tǒng)軸承無(wú)法相比的特殊性能。磁力軸承不予軸頸表面接觸，不存在機(jī)械摩擦和磨損，不需要潤(rùn)滑和密封，溫升低，熱變形小，轉(zhuǎn)速高，壽命長(zhǎng)，能耗低；磁力軸承基本電磁反饋控制系統(tǒng)保證主軸的旋轉(zhuǎn)精度，剛度和阻力可調(diào)控，可消除轉(zhuǎn)子質(zhì)量部平衡，回轉(zhuǎn)特性可由傳感器和控制系統(tǒng)獲得，便于狀態(tài)監(jiān)控和診斷。磁力軸承主要用在加工中心的主軸組件中。
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