在數控機床設計中軸承的選用技巧
2015-8-21 15:05:32 點擊：
在數控機床設計中軸承的選用技巧，因為軸承是主軸組件的重要組成部分，它的類型、結構、配置、精度、安裝、調整、潤滑和冷卻都直接影響主軸組件的工作性能。主軸的回轉精度在很大程度上由軸承所決定。
1.數控機床主軸滾動軸承
（1）滾動軸承的類型
滾動軸承摩擦阻力小，可以預緊，潤滑維護簡單，能在一定的轉速范圍和載荷變動范圍內穩定地工作。滾動軸承由專業化工廠生產，選購維修方便。但與滑動軸承 相比，滾動軸承的噪聲很大，滾動體數目有限，剛度是變化的，抗振性略差并且對轉速有很大的限制。滾動軸承根據滾動體的結構分為球軸承、圓柱滾子軸承。陶瓷 軸承是指軸承滾動體是用陶瓷材料制成的，而內外圈則仍用軸承鋼制造。之所以選用滾動體，主要是因為它具有以下特性：一是重量輕，二是熱膨脹系數小，三是彈 性模量大。所以它具有離心力小，動摩擦力小，預緊力穩定，彈性變形小，剛度高的特點。
（2）主軸軸承的合理布置
1）主軸軸承的選擇和配置形式
數控機床主軸有前、后2個支承和前、中、后3個支承兩種，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，主要根據對所涉及主軸組件在轉速、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應遵循以下一般原則：
①適應剛度和承載能力的要求：主軸軸承配置形式的選擇首先應滿足所要求的剛度和承載能力。
②適應轉速要求：不同型號、規格和精度等級的軸承所允許的最高轉速是不同的。在相同條件下，點接觸的比線接觸的高；圓柱滾子比圓錐滾子高。
③適應精度的要求：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
某些機床由于結構設計上的原因，導致主軸箱長度較長，其主軸兩個支承之間的支承跨距遠大于最佳跨距，此時，應考慮增設中間支承來提高主軸組件的剛度和抗振性。
3）主軸滾動軸承的應用設計
①主軸滾動軸承的剛度和承載能力
滾動軸承的剛度主要取決于滾動體與滾道之間的接觸剛度。運動軸承的剛度與軸承類型、載荷和預緊情況有關，且隨著載荷的增大呈非線性特性。
②主軸軸承的潤滑
潤滑對主軸組件的工作性能與軸承的壽命有很大的影響。潤滑不合理可能引發熱量增加，降低主軸工作精度，并加速軸承磨損。用于滾動軸承的潤滑劑可分為兩大類，即油脂潤滑劑和液體潤滑劑。
③主軸滾動軸承的密封
滾動軸承密封裝置的作用在與防止冷卻液、切屑、灰塵、雜物等進入軸承，并使潤滑劑無泄漏地保持在軸承內，從而充分發揮軸承的性能，確保軸承的使用壽命。 對主軸組件密封裝置的要求是：適宜主軸的轉速、適應工作環境、結構緊密。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，旋轉部分與固定部分的徑向間隙應小于0.2-0.3mm，在 密封處應有回油控，以防漏油。
2.主軸滑動軸承
滑動軸承因具有良好的抗振性、旋轉精度高、運動平穩等特點，應用于高速或低速的精密、高精度數控機床。
主軸滑動軸承按產生油膜的方式，可以分為動壓軸承和靜壓軸承兩大類。按照流體介質不同可分為液體滑動軸承和氣動滑動軸承。
（1）液體動壓軸承
動壓軸承時靠主軸以一定轉速旋轉時帶著潤滑油從間隙大處向間隙小處流動，形成壓力油膜而將主軸浮起，并制成載荷。
（2）液體靜壓軸承
液體靜壓軸承由一套專用供油系統、節流器和軸承三部分組成。靜壓軸承與動壓軸承相比有如下有點：承載能力高、旋轉精度高、油膜有均化誤差的作用、可提高加工精度，抗振性好，運轉平穩，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。
靜壓軸承主要的缺點是需要一套專用供油設備，軸承制造工藝復雜、成本高。
（3）用空氣作為介質的靜壓軸承稱為氣體靜壓軸承，也稱為氣浮軸承或空氣軸承，其工作原理與液體靜壓軸相同。由于空氣的黏度比液體小得多，摩擦小，功率 損耗小，能在極高轉速或極低溫度下工作，振動、噪聲特別小，旋轉精度高，壽命長，基本上不需要維護，用于高速、超高速、高精度數控機床主軸組件中。
（4）磁力軸承是一種新型的高性能軸承，具有各種傳統軸承無法相比的特殊性能。磁力軸承不予軸頸表面接觸，不存在機械摩擦和磨損，不需要潤滑和密封，溫 升低，熱變形小，轉速高，壽命長，能耗低；磁力軸承基本電磁反饋控制系統保證主軸的旋轉精度，剛度和阻力可調控，可消除轉子質量部平衡，回轉特性可由傳感 器和控制系統獲得，便于狀態監控和診斷。磁力軸承主要用在加工中心的主軸組件中。
1.數控機床主軸滾動軸承
（1）滾動軸承的類型
滾動軸承摩擦阻力小，可以預緊，潤滑維護簡單，能在一定的轉速范圍和載荷變動范圍內穩定地工作。滾動軸承由專業化工廠生產，選購維修方便。但與滑動軸承 相比，滾動軸承的噪聲很大，滾動體數目有限，剛度是變化的，抗振性略差并且對轉速有很大的限制。滾動軸承根據滾動體的結構分為球軸承、圓柱滾子軸承。陶瓷 軸承是指軸承滾動體是用陶瓷材料制成的，而內外圈則仍用軸承鋼制造。之所以選用滾動體，主要是因為它具有以下特性：一是重量輕，二是熱膨脹系數小，三是彈 性模量大。所以它具有離心力小，動摩擦力小，預緊力穩定，彈性變形小，剛度高的特點。
（2）主軸軸承的合理布置
1）主軸軸承的選擇和配置形式
數控機床主軸有前、后2個支承和前、中、后3個支承兩種，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，主要根據對所涉及主軸組件在轉速、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應遵循以下一般原則：
①適應剛度和承載能力的要求：主軸軸承配置形式的選擇首先應滿足所要求的剛度和承載能力。
②適應轉速要求：不同型號、規格和精度等級的軸承所允許的最高轉速是不同的。在相同條件下，點接觸的比線接觸的高；圓柱滾子比圓錐滾子高。
③適應精度的要求：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
某些機床由于結構設計上的原因，導致主軸箱長度較長，其主軸兩個支承之間的支承跨距遠大于最佳跨距，此時，應考慮增設中間支承來提高主軸組件的剛度和抗振性。
3）主軸滾動軸承的應用設計
①主軸滾動軸承的剛度和承載能力
滾動軸承的剛度主要取決于滾動體與滾道之間的接觸剛度。運動軸承的剛度與軸承類型、載荷和預緊情況有關，且隨著載荷的增大呈非線性特性。
②主軸軸承的潤滑
潤滑對主軸組件的工作性能與軸承的壽命有很大的影響。潤滑不合理可能引發熱量增加，降低主軸工作精度，并加速軸承磨損。用于滾動軸承的潤滑劑可分為兩大類，即油脂潤滑劑和液體潤滑劑。
③主軸滾動軸承的密封
滾動軸承密封裝置的作用在與防止冷卻液、切屑、灰塵、雜物等進入軸承，并使潤滑劑無泄漏地保持在軸承內，從而充分發揮軸承的性能，確保軸承的使用壽命。 對主軸組件密封裝置的要求是：適宜主軸的轉速、適應工作環境、結構緊密。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，旋轉部分與固定部分的徑向間隙應小于0.2-0.3mm，在 密封處應有回油控，以防漏油。
2.主軸滑動軸承
滑動軸承因具有良好的抗振性、旋轉精度高、運動平穩等特點，應用于高速或低速的精密、高精度數控機床。
主軸滑動軸承按產生油膜的方式，可以分為動壓軸承和靜壓軸承兩大類。按照流體介質不同可分為液體滑動軸承和氣動滑動軸承。
（1）液體動壓軸承
動壓軸承時靠主軸以一定轉速旋轉時帶著潤滑油從間隙大處向間隙小處流動，形成壓力油膜而將主軸浮起，并制成載荷。
（2）液體靜壓軸承
液體靜壓軸承由一套專用供油系統、節流器和軸承三部分組成。靜壓軸承與動壓軸承相比有如下有點：承載能力高、旋轉精度高、油膜有均化誤差的作用、可提高加工精度，抗振性好，運轉平穩，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。
靜壓軸承主要的缺點是需要一套專用供油設備，軸承制造工藝復雜、成本高。
（3）用空氣作為介質的靜壓軸承稱為氣體靜壓軸承，也稱為氣浮軸承或空氣軸承，其工作原理與液體靜壓軸相同。由于空氣的黏度比液體小得多，摩擦小，功率 損耗小，能在極高轉速或極低溫度下工作，振動、噪聲特別小，旋轉精度高，壽命長，基本上不需要維護，用于高速、超高速、高精度數控機床主軸組件中。
（4）磁力軸承是一種新型的高性能軸承，具有各種傳統軸承無法相比的特殊性能。磁力軸承不予軸頸表面接觸，不存在機械摩擦和磨損，不需要潤滑和密封，溫 升低，熱變形小，轉速高，壽命長，能耗低；磁力軸承基本電磁反饋控制系統保證主軸的旋轉精度，剛度和阻力可調控，可消除轉子質量部平衡，回轉特性可由傳感 器和控制系統獲得，便于狀態監控和診斷。磁力軸承主要用在加工中心的主軸組件中。
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