轴承作为机床主轴和转台的核心部件,它们对机床的运行性能起着决定性的作用。本文主要讲解主轴轴承的选型和转台轴承的选型。
主轴作为机床的关键部件,其性能的好坏将直接影响机床的回转精度、转速、刚度、温升和噪声等参数,进而影响工件的加工质量。为了保持机床出色的加工能力,必须使用高性能的轴承。
【主轴选择轴承】
机床主轴上使用的轴承精度应在或以上(P5或P4为ISO精度等级,通常为P0、P6、P5、P4、P2从低到高),而对于数控机床,机加工 对于高速、高精度机床的主轴支撑,需要使用或以上精度。主轴 轴承 包括角接触球 轴承、圆锥滚子 轴承 和圆柱滚子 轴承 类型。
1.精密角接触球轴承
精密角接触球轴承应用广泛,角接触球轴承的滚动体是球体,因为是点接触(不同于滚子轴承的线接触) >),所以它可以提供更高的转速,更小的发热量和更高的旋转精度。在某些超高速主轴应用中,还会使用陶瓷球(通常或)的混合轴承。与传统的全硬化钢球相比,陶瓷球材料的特性赋予了陶瓷球轴承高刚性、高速度、耐高温和长寿命的特点,以满足高-终端客户对机床轴承产品的需求。
就角接触球轴承的接触角而言,目前比较流行的是15°和25°的接触角;通常15°的接触角具有较高的速度性能,而25°的接触角具有较高的轴向承载能力。因为预紧力的选择对精密角接触球轴承的应用有很大的影响,比如在高载荷和高刚性的场合,一般选择中等或重的轴承预紧力;而对于一些高速度和高精度的应用,在早期选择轴承时,需要注意选择合适的。预紧力一般分为轻、中、重三种。一般来说,轻预紧更为常见。为了方便客户使用,目前世界上几大轴承厂商都提供预磨轴承端面和预装轴承,也就是人们通常所说的万能匹配精密角接触球轴承形式。此 轴承 无需客户进行预载调整,从而节省了安装时间。
2.精密圆柱滚子轴承
在机床主轴应用中,也使用双列精密圆柱滚子轴承,通常与精密角接触球轴承或推力轴承组合使用。这种类型的 轴承 可以承受较大的径向载荷并允许高速运行。轴承中两排滚轮交叉排列,转动时的波动频率明显高于单排轴承,振幅降低60%~70 %。这种类型的轴承通常有两种形式:NN30,两个系列轴承角接触轴承配对,内圈有挡边,外圈可分离;套圈可分离,He系列内圈带锥孔(锥度1:12),与主轴锥形轴颈配合,
圆柱孔 轴承 通常采用热缩配合,使用过盈配合来减少 轴承 游隙或预加载 轴承。可拆式内圈轴承系列,一般在内圈装上主轴后完成滚道,以提高主轴的回转精度。
3.精密圆锥滚子轴承
在一些重载和对速度有要求的机床应用中,如锻件的粗磨、石油管道的螺纹机、重型车床和铣床等,选择精密圆锥滚子是理想的选择轴承方案。由于圆锥滚子轴承的滚子采用线接触设计,可为主轴提供高刚性和承载能力;另外,圆锥滚子轴承是纯滚动轴承设计,可以很好的降低轴承运转扭矩和热量,从而保证主轴的转速和精度。由于圆锥滚子 轴承 能够在安装过程中调整轴向预紧力(游隙)角接触轴承配对,这使客户可以在 轴承 调整的整个生命周期内更好地优化 轴承 游隙。
【转盘选择轴承】
数控机床常用的转台有分度台和数控转台。数控机床加工某些零件时,除了X、Y、Z三个坐标轴的直线进给运动外,有时还需要绕X、Y、Z三个坐标轴的圆周运动,称为A、B、C 轴。CNC转台可实现圆周进给运动,此外还可完成分度运动。分度工作台的作用只是改变工件的位置,与自动换刀装置配合使用,可实现一次装工件,多面多加工,大大提高了工作效率。CNC转台的外形与分度台相差不大,但它在结构上有一系列特点。由于数控转台可以实现进给运动,因此在结构上与数控机床的进给传动机构有许多相似之处。不同之处在于驱动机构实现的是直线进给运动,而数控转台实现的是圆周进给运动。
回转工作台广泛用于各种数控铣床、镗床、各种立式车床和立铣床。除了要求回转工作台能够很好地承受工件的重量外,还需要保证其在负载下的回转精度。转盘轴承作为转盘的核心部件,在转盘运行过程中,不仅要具备高承载能力,还需要具备高回转精度、高抗倾覆能力、高速能力.
1. 推力球轴承+圆柱滚子轴承
推力球轴承可以承受一定的轴向力,所以轴承主要用来承受工件的重量;而圆柱滚子轴承主要用于径向定位和承受外来径向力(如切削力、铣削力等)。这种设计应用广泛,成本相对较低。由于推力球为点接触轴承,其轴向承载能力相对有限,主要用于中小型机床回转工作台。此外,推力球的润滑也很困难。
2. 静态轴承+精密圆柱滚子轴承
静压 轴承 是一种外部供应的加压油,可在 轴承 内形成静压轴承油膜,以润滑滑动 轴承。静压轴承自始至终始终在润滑下工作,无磨损,使用寿命长,启动功率低;此外,这款轴承还具有旋转精度高、油膜刚度大、能抑制油膜振荡等优点。精密圆柱滚子轴承具有良好的径向承载能力,由于使用精度等级轴承,也能保证转台的旋转精度。采用这种设计的转台可以承受很高的轴向力,部分工件重量超过200t,转台直径超过10m。然而,这种设计也有一些缺点。因为静压式轴承必须配套专门的供油系统来供应压力油,所以维护比较复杂,成本也比较高。
3. 交叉滚柱 轴承
交叉滚轮 轴承 更常用于转盘。交叉滚子 轴承 的特点是 轴承 中有两个滚道,两排滚子交叉排列。与传统推力轴承+径向对中轴承组合相比,交叉滚子轴承结构紧凑,体积小,简化了转台设计,从而降低了转台成本。由于优化的预紧力,这款轴承具有很高的刚性,因此转台的刚性和精度也得到了保证。得益于两排交叉滚轮的设计,轴承的有效跨度可以显着增加,因此该类型的轴承具有较高的抗倾覆力矩。
在交叉滚子轴承中,有两种类型:第一种是圆柱交叉滚子轴承,第二种是圆锥交叉滚子轴承。圆柱形交叉滚子轴承通常比圆锥交叉滚子轴承便宜,适用于速度相对较低的转台应用;而圆锥交叉滚子轴承采用圆锥滚子纯滚动设计,具有运行精度高、调速能力强、减少轴长和加工成本等优点。交叉滚子轴承适用于所有类型的立式或卧式镗床,以及立式铣床、立式车床和大型齿轮铣床等应用。
综上所述,要选择合适的轴承尺寸和型号,需要综合考虑各种工况条件,如运行速度、润滑、安装方式、主轴刚性、精度等要求。就轴承本身而言,轴承的全部性能只有充分了解其设计特点和由此产生的优缺点才能实现。轴承作为机床主轴和转台的核心部件,它们对机床的运行性能起着决定性的作用。
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