濟(jì)南市鴻慷機(jī)電設(shè)備有限公司位于交通便利的泉城濟(jì)南，是全球生產(chǎn)滾動(dòng)軸承和直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)---德國(guó)舍弗勒集團(tuán)在山東的授權(quán)代理商。公司專營(yíng)舍弗勒集團(tuán)旗下兩大品牌INA軸承和FAG軸承，是一家順應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要而誕生的專業(yè)化新型高端軸承公司。多年來(lái)一直從事軸承的銷售和售后技術(shù)支持，在機(jī)械行業(yè)技術(shù)方面有著非常豐富的經(jīng)驗(yàn)，今天濟(jì)南鴻慷機(jī)電進(jìn)口軸承專家為大家介紹一下精密軸承在高速精密主軸設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

　　主軸軸承是決定主軸單元工作性能的重要元件，主軸系統(tǒng)剛度、承載能力、主軸高速性能、溫升性能、振動(dòng)與噪聲等都與精密軸承有關(guān)。

　　1 精密主軸選型與配置

　　軸承種類的選擇應(yīng)根據(jù)主軸技術(shù)指標(biāo)，并考慮其經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)復(fù)雜性，在流體軸承和滾動(dòng)軸承中選擇合適的軸承種類。

　　軸承選型與配置的依據(jù)是主軸系統(tǒng)受力特性及主軸技術(shù)指標(biāo)要求。軸承選型與配置實(shí)際上是根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，在剛度要求、轉(zhuǎn)速要求、負(fù)載大小、主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)空間要求中求得平衡來(lái)進(jìn)行軸承選型與配置。

　　高速機(jī)床主軸軸承一般有角接觸軸承、圓柱滾子軸承和雙向角接觸軸承等幾種形式。對(duì)于高速輕載型高速主軸，前后支承一般選用角接觸軸承。

　　高速主軸用角接觸軸承其接觸角主要有 15°和25°兩種。15°接觸角的軸承高速性較好，但軸向承載能力和剛度較低。通常，15°接觸角的角接觸球軸承多用于磨床、銑床和高速加工中心主軸。

　　高速主軸用滾動(dòng)軸承其滾珠有鋼珠與陶珠兩種形式，陶瓷滾動(dòng)軸承與同規(guī)格、同精度的鋼質(zhì)軸承相比，其速度可提高 20%，溫升降低 35% ～ 60%，壽命可提高 3 ～ 6 倍，陶瓷軸承的剛性較高，對(duì)內(nèi)、外圈溫差不敏感，運(yùn)轉(zhuǎn)中預(yù)緊力的變化也較小。因此在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床高速主軸中，陶瓷球軸承得到了廣泛的應(yīng)用。

　　2 高速主軸單元支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　軸承限位方式及其限位元件直接影響到主軸單元總體精度指標(biāo)，同時(shí)軸向限位元件也是保證軸承預(yù)緊力的重要元件之一。

　　在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床主軸單元設(shè)計(jì)中，軸承軸向限位元件常用的有精密鎖緊螺母和階梯過(guò)盈套。

　　采用精密螺母方式安裝相對(duì)簡(jiǎn)單，但對(duì)主軸螺紋部分加工精度要求高，因螺紋聯(lián)結(jié)本身是一種動(dòng)不平衡因素，這將影響主軸動(dòng)平衡性能。因此這種結(jié)構(gòu)形式一般多用于 8 000 r/min 以下的機(jī)械式主軸。

　　對(duì)于更高轉(zhuǎn)速的主軸，其動(dòng)平衡精度要求極高。

　　為保證動(dòng)平衡精度，軸承軸向限位元件通常選用階梯過(guò)盈套。這樣不需在主軸上加工螺紋，容易保證過(guò)盈套的定位端面與軸心線垂直，主軸動(dòng)平衡性好。但采用這種方式安裝拆卸都需要根據(jù)主軸形式設(shè)計(jì)相應(yīng)的專用工藝裝備，其安裝拆卸復(fù)雜，要求高。

　　如圖 1 所示，該主軸設(shè)計(jì)中，前、后軸承軸向限位元件都采用了階梯過(guò)盈套的形式，這樣有利于提高主軸動(dòng)平衡性能。階梯過(guò)盈套內(nèi)徑軸向分為二段，內(nèi)徑分別為 D 1 和 D 2 (二者相差較小)，與之相配合的軸外徑也相應(yīng)分為 d 1 和 d 2 二段，這二段過(guò)盈都為過(guò)盈配合，但過(guò)盈量略有不同。安裝時(shí)須用熱裝方式完成安裝，拆卸時(shí)，在過(guò)盈套注軸孔處接一高壓油泵將階梯過(guò)盈套漲開(kāi)即可將階梯過(guò)盈套取下來(lái)。但在使用定壓式預(yù)緊時(shí)，確定彈簧力的大小、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝配都較復(fù)雜。對(duì)成組彈簧的制造要求高，在裝配前一般應(yīng)使用專門的彈簧測(cè)力裝置對(duì)成組彈簧剛度與長(zhǎng)度的一致性進(jìn)行檢查; 在設(shè)計(jì)中確定彈性力的大小時(shí)應(yīng)充分考慮負(fù)荷大小、主軸質(zhì)量、軸承本身預(yù)緊力大小等各種因素。

　　4 高速主軸單元潤(rùn)滑技術(shù)

　　高速主軸設(shè)計(jì)中，軸承潤(rùn)滑技術(shù)是至關(guān)重要的一環(huán)，潤(rùn)滑與主軸高速性能、溫升、主軸成本、可維修性等都有密切關(guān)系。

　　高速主軸一般采用的潤(rùn)滑方式有脂潤(rùn)滑、油 － 氣潤(rùn)滑等方式。高速主軸設(shè)計(jì)中，應(yīng)在保證技術(shù)指標(biāo)的前提下選擇最為經(jīng)濟(jì)的潤(rùn)滑方式。

　　脂潤(rùn)滑是一次性永久潤(rùn)滑，不需任何附加裝置和特別維護(hù)，但其溫升較高，允許軸承工作的最高轉(zhuǎn)速較低，一般 Dn 值在 1. 0 ×10 6 以下。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，無(wú)污染，通用性強(qiáng)，成本低。脂潤(rùn)滑關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)是選擇正確潤(rùn)滑脂以及確定合理的潤(rùn)滑脂注入量。

　　油 － 氣潤(rùn)滑是一種新型的、較為理想的方式，它利用分配閥對(duì)所需潤(rùn)滑的不同部位，按照其實(shí)際需要，定時(shí) (間歇)、定量 (最佳微量) 地供給油 － 氣混合物。使軸承總是形成良好的潤(rùn)滑條件，油 － 氣潤(rùn)滑的壓縮空氣同時(shí)兼具冷卻作用，因而可使主軸軸承Dn 值更高，可達(dá) 2 × 10 6 。油 － 氣潤(rùn)滑對(duì)潤(rùn)滑油、壓縮空氣、供油管路設(shè)計(jì)具有嚴(yán)格的技術(shù)要求，其調(diào)試參數(shù) (流量、時(shí)間間隔、壓縮空氣壓力等) 現(xiàn)在并無(wú)成熟的理論或定量確定方法，調(diào)試比較麻煩。

　　5 結(jié)論

　　高速精密主軸是現(xiàn)代高性能數(shù)控機(jī)床的核心功能部件之一，而精密軸承技術(shù)是高速精密主軸設(shè)計(jì)中的核心技術(shù)之一，作者對(duì)高速精密主軸設(shè)計(jì)中所涉及的高速精密軸承選型與配置、高速主軸單元支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、主軸軸承預(yù)緊、高速主軸單元潤(rùn)滑技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了論述，對(duì)各種高速精密主軸設(shè)計(jì)具有參考價(jià)值。

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