精密軸承在高速精密主軸設(shè)計(jì)中如何應(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進(jìn)行軸承選型與配置。

高速機(jī)床主軸軸承般有角接觸軸承、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。

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盈套。這樣不需在主軸上加工螺紋，容易保證過盈套的定位面與軸心線垂直，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)的用工藝裝備，其安裝拆卸復(fù)雜，要求高。

3、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)的前提下選擇為經(jīng)濟(jì)的潤(rùn)滑方式。

脂潤(rùn)滑是次性長(zhǎng)期潤(rùn)滑，不需任何附加裝置和別維護(hù)，但其溫升較高，允許軸承工作的高轉(zhuǎn)速較低，般 Dn 值在 1. 0 ×10 6 以下。其點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，無污染，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 (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)在并無成熟的理論或定量確定方法，調(diào)試比較麻煩。

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，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，作者對(duì)高速精密主軸設(shè)計(jì)中所涉及的高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。