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     洛陽明德精密軸承科技有限公司

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    2019年機床主軸和轉臺的軸承選型完全手冊

    作者:明德精密軸承科技 瀏覽: 發表時間:2019-08-17 17:28:35

       機床工具行業作為機械裝備工業的重要組成部分,在整個國民經濟的發展過程中起著舉足輕重的作用。據統計,在一般的機器制造中,機床所擔負的加工工作量占總制造工作量的40%~60%左右,因而機床業發展水平通常是一個國家工業發展水平的標志。隨著現代制造業的日益發展,客戶對于工業母機-機床的要求也越來越高。目前,新材料、新工藝、新設備的不斷涌現,對機床的加工能力帶來了許多的挑戰,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、復合、智能化”的方向發展。


    隨著我國產業結構升級的深入,機床行業內也顯示產業結構升級的趨勢,即數控機床比例逐步上升,在數控領域,高端數控機床(如重型機床、智能機床等)所占的比例也不斷上升,重型機床產品主要是為國家能源(火電、水電、核電、風力發電)、船舶制造、工程機械、冶金、航天、軍工、交通運輸(鐵路、汽車)等主要工業支柱產業以及國家重點工程項目服務,國家重點工程項目為重型機床提供了廣闊的市場。

    本文主要介紹如何選擇機床中應用于主軸軸承和轉臺軸承的軸承類型。

    一、主軸軸承

    主軸(見圖1)作為機床的關鍵部件,其性能會直接影響到機床的旋轉精度、轉速、剛性、溫升及噪音等參數,進而會影響工件的加工質量,例如零件的尺寸精度,表面粗糙度等指標。因此,為了保持優秀的機床加工能力,必須配用高性能的軸承。用于機床主軸上的軸承精度應為ISO P5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),而對于數控機床、加工中心等高速、高精密機床的主軸支承,則需選用ISO P4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。


    圖1.機床主軸

    在上述的幾種軸承中,以精密角接觸球軸承(見圖2)的使用最為廣泛。我們都知道角接觸球軸承的滾動體是球;因為它是一種點接觸(區別于滾子軸承的線接觸),所以它能提供更高的轉速、更小的發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Al2O3)的混合型軸承。與傳統的全淬透鋼球相比,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品的需求。

    就角接觸球軸承的接觸角而言,目前比較流行的是15度和25度的接觸角;通常15度的接觸角具有比較高的轉速性能,而25度的接觸角具有較高的軸向承載能力。由于預載的選擇對于精密角接觸球軸承應用的影響非常大,例如,在高承載、高剛性的場合,一般會選用中型或重型的軸承預載;而針對一些高轉速、高精度的應用場合,我們在軸承的早期選型中,需要注意選擇合適的預載,一般輕預載比較常見。預載一般分成輕型、中型、重型三種;為了方便客戶的使用,目前世界上的幾大軸承制造商都普遍提供預先研磨軸承端面而加預載的軸承,也就是我們通常所說的萬能配對精密角接觸球軸承形式。該類軸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

    二、轉臺軸承

    數控機床中常用的回轉工作臺有分度工作臺和數控回轉工作臺。數控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,我們分別稱為A,B,C軸(見圖6)。


    圖6.機床坐標軸

    數控回轉工作臺可用來實現圓周進給運動。數控回轉工作臺(簡稱數控轉臺)除了可以實現圓周進給運動之外,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。數控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。由于數控轉臺能實現進給運動,所以它在結構上和數控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的是直線進給運動,而數控轉臺實現的是圓周進給運動。

    回轉工作臺廣泛地使用于各種數控銑床、鏜床、各種立車、立銑等機床上。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。在回轉工作臺設計中,使用的比較多的軸承類型大致分為這么幾種:

    1、YRT轉臺軸承

    YRT轉臺軸承是一種外圈旋轉,內圈支撐的回轉機構,主要分為YRT型、YRTS型、YRTM型三大系列,此三系列軸承具有相同的安裝尺寸,內部結構存在差異,性能相似。YRT系列軸承均有三列滾子構成,兩列軸向滾子保證穩定的軸向承載能力,一列徑向滾子保證軸承可承受徑向力及傾覆力矩作用,適合軸向承載的回轉機構。YRT轉臺軸承主要用于數控機床制造業。


    YRT轉臺軸承由一個推力/向心軸圈,一個推力墊圈,兩個滾針保持架組件和一組向心圓柱滾子組成。座圈和軸圈有均布的安裝用螺釘孔。該型軸承具有高軸向和徑向承載能力。高傾斜剛度和極高的精度。適用于回轉工作臺,卡盤和銑刀頭以及測量和實驗中的軸承配置。該型軸承對與之相配的設備零件的要求也較高。安裝時需控制安裝螺釘的扭緊力矩。

    被廣泛應用于精密回轉臺數控轉臺、立式磨床、分度頭、滾齒機、銑齒機工件軸等精密裝置。

    2、YRTS高速轉臺軸承

    YRTS高速轉臺軸承(簡稱YRTS轉臺軸承)系列外形結構尺寸與YRT系列相同,但內部結構異于YRT系列,這就決定了YRTS轉臺軸承系列極限轉速較YRT轉臺軸承系列更高一些,摩擦力矩較YRT轉臺軸承系列低并且均勻,因此,對于需要相對較低摩擦但相對高速的場合,可選用該系列,例如由直驅電機所驅動的軸使用的軸承。


    由于YRTS軸承具有較高的極限轉速和很低的穩定的摩擦力矩等特點,因此這種軸承尤其適合于帶有力矩的發動機上。

    YRTS高速轉臺軸承特點:

    2  高精度:精度可達到P4、P2級;

    2  高剛性:該系列軸承均帶有預載荷;

    2  高承載:可承受軸向載荷、徑向載荷、傾覆載荷。

    2  高轉速:YRTS系列軸承可應用于轉速較高的工作場合。

    3、交叉滾子軸承

    交叉滾子軸承在轉臺上的應用也比較的普遍。

    交叉滾子軸承有兩大類組成,一種是交叉圓柱滾子軸承,另一種是交叉圓錐滾子軸承;交叉滾子軸承在國外已經有很長的應用歷史,但在國內也僅僅是最近幾年才進入大眾的視界,由于自身的特殊性和擁有其他軸承所不可比擬的優越性而被廣泛使用。

     

    交叉圓柱滾子軸承內部結構采用滾子呈90°相互垂直交叉排列(這也是交叉滾子軸承的名稱由來),滾子之間裝有間隔保持器或者隔離塊,可以防止滾子的傾斜和滾子之間相互摩擦,有效防止了旋轉扭矩的增加。另外,不會發生滾子的一方接觸現象或者鎖死現象;同時因為標準型交叉滾子軸承內外環是分割的結構,間隙可以調整,即使被施加予壓力,也能獲得高精度的旋轉運動。

     

    交叉圓錐滾子軸承的設計能在較小的空間內提供較高的旋轉精確度和剛度,大幅度節省材料成本。這類軸承是將兩套軸承滾道和滾子按直角十字交叉安裝在一起,相鄰滾子朝相反方向,滾子與滾子之間安裝有隔離塊,滾子上還裝有支撐墊片,這使得滾子的兩個半列容進同一空間內。軸承的夾角和錐形幾何形狀使得軸承有效跨度要比軸承本身的實際寬度大好幾倍。

    交叉圓錐滾子軸承適用于高速機床應用,如立式鏜床和立式磨床。也特別適用于許多空間有限,旋轉精度要求較高的設備。

     

    總而言之,軸承作為機床主軸和轉臺的核心部件,對機床的運行表現起到了舉足輕重的作用。為了能選擇合適尺寸和類型的軸承,我們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點和缺點,我們才能發揮出軸承的最佳性能。


     

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