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)滾動軸承和直線運動產(chǎn)品的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)---德國舍弗勒集團(tuán)在山東的授權(quán)代理商。公司專營舍弗勒集團(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，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)計對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。

　　高速主軸用滾動軸承其滾珠有鋼珠與陶珠兩種形式，陶瓷滾動軸承與同規(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，對內(nèi)、外圈溫差不敏感，運轉(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

　　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簡單，但對主軸螺紋部分加工精度要求高，因螺紋聯(lián)結(jié)本身是一種動不平衡因素，這將影響主軸動平衡性能。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。

　　對于更高轉(zhuǎn)速的主軸，其動平衡精度要求極高。

　　為保證動平衡精度，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端面與軸心線垂直，主軸動平衡性好。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)計中，前、后軸承軸向限位元件都采用了階梯過盈套的形式，這樣有利于提高主軸動平衡性能。階梯過盈套內(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，這二段過盈都為過盈配合，但過盈量略有不同。安裝時須用熱裝方式完成安裝，拆卸時，在過盈套注軸孔處接一高壓油泵將階梯過盈套漲開即可將階梯過盈套取下來。但在使用定壓式預(yù)緊時，確定彈簧力的大小、結(jié)構(gòu)設(shè)計、裝配都較復(fù)雜。對成組彈簧的制造要求高，在裝配前一般應(yīng)使用專門的彈簧測力裝置對成組彈簧剛度與長度的一致性進(jìn)行檢查; 在設(shè)計中確定彈性力的大小時應(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 高速主軸單元潤滑技術(shù)

　　高速主軸設(shè)計中，軸承潤滑技術(shù)是至關(guān)重要的一環(huán)，潤滑與主軸高速性能、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滑方式有脂潤滑、油 － 氣潤滑等方式。高速主軸設(shè)計中，應(yīng)在保證技術(shù)指標(biāo)的前提下選擇最為經(jīng)濟(jì)的潤滑方式。

　　脂潤滑是一次性永久潤滑，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。其特點是結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，無污染，通用性強，成本低。脂潤滑關(guān)鍵技術(shù)點是選擇正確潤滑脂以及確定合理的潤滑脂注入量。

　　油 － 氣潤滑是一種新型的、較為理想的方式，它利用分配閥對所需潤滑的不同部位，按照其實際需要，定時 (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滑條件，油 － 氣潤滑的壓縮空氣同時兼具冷卻作用，因而可使主軸軸承Dn 值更高，可達(dá) 2 × 10 6 。油 － 氣潤滑對潤滑油、壓縮空氣、供油管路設(shè)計具有嚴(yán)格的技術(shù)要求，其調(diào)試參數(shù) (流量、時間間隔、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。

　　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)計中的核心技術(shù)之一，作者對高速精密主軸設(shè)計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、主軸軸承預(yù)緊、高速主軸單元潤滑技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了論述，對各種高速精密主軸設(shè)計具有參考價值。

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——責(zé)任編輯：濟(jì)南鴻慷機(jī)電設(shè)備公司01銷售顧問

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