【机床轴承】如何正确选择机床的高性能轴承？
2017-09-01 14:58:13 来源： 评论：0 点击：
一、主轴轴承的选型
用于机床主轴上的轴承精度应为ISOP5或以上（P5或P4是ISO的精度等级，通常从低到高为（P0、P6、P5、P4、P2），而对于数控机床、 加工中心等高速、高精密机床的主轴支承，则需选用ISOP4或以上的精度。主轴轴承包括角接触球轴承、圆锥滚子轴承，以及圆柱滚子轴承等类型。
1、就角接触球轴承的接触角而言，目前比较流行的是 15和25的接触角；通常15的接触角具有比较高的转速性能，而25的接触角具有较高的轴向承载能力。由于预载的选择对于精密角接触球轴承应用的影响非常 大，如在高承载、高刚性的场合，一般会选用中型或重型的轴承预载；而针对一些高转速、高精度的应用场合，在轴承的早期选型中，需要注意选择合适的预载。金 属加工专家讲到预载一般分成轻型、中型、重型三种，一般轻预载比较常见。为了方便客户的使用，目前世界上的几大轴承制造商都普遍提供预先研磨轴承端面而加 预载的轴承，也就是人们通常所说的万能配对精密角接触球轴承形式。该类轴承免去了客户的预载调节，从而节省了安装时间。
2、精密圆柱滚子轴承
在机床主轴的应用中，双列精密圆柱滚子轴承也会被使用到，通常与精密角接触球轴承或推力轴承组合应用。此类轴承能承受较大的径向载荷并允许有较高的转 速。金属加工在线轴承中的两列滚子以交叉方式排列，旋转时波动频率比单列轴承大幅提高，振幅降低60％-70％。此类轴承通常有两种形式：NN30、 NN30K两个系列轴承内圈带挡边，外圈可分离；NNU49、NNU49K两个系列轴承外圈带挡边，内圈可分离，其中NN30K和NNU49K系列内圈为 锥孔（锥度1：12），与主轴的锥形轴颈配合，轴向移动内圈，可使内圈胀大，这样轴承游隙可以被减小甚至预紧轴承（负游隙状态）。圆柱孔轴承通常采用热 装，利用过盈配合减小轴承游隙，或者预紧轴承。对内圈可分离的NNU49系列轴承，一般在内圈装上主轴后再对滚道精加工，以提高主轴旋转精度。
3、精密圆锥滚子轴承
在一些重载且对速度有一定要求的机床应用场合中，如锻件的荒磨、石油管道的车丝机、重型车床和铣床等，选择精密圆锥滚子轴承是一种比较理想的方案。由 于圆锥滚子轴承的滚子是线接触的设计，因此它能为主轴提供很高的刚性和承载；另外，圆锥滚子轴承是一种纯滚动的轴承设计，它能很好地降低轴承运转扭矩和发 热，从而确保主轴的转速和精度。由于圆锥滚子轴承能够在安装过程中调节轴向预载（游隙），这能让客户在轴承的整个使用周期中更好地优化轴承游隙调节。
二、转台轴承的选型
数控机床中常用的回转工作台有分度工作台和数控回转工作台。数控机床在加工某些零件的时候，除了需要X、Y、Z三个坐标轴的直线进给运动外，有时候还 需要有绕X、Y、Z三个坐标轴的圆周运动，分别称为A、B、C轴。数控回转工作台可用来实现圆周进给运动，除此之外，还可以完成分度运动。而分度工作台的 功用只是将工件转位换面，和自动换刀装置配合使用，实现工件一次安装能完成几个面的多种工序，因此，大大提高了工作效率。金属加工在线数控转台的外形和分 度工作台没有多大差别，但在结构上则具有一系列的特点。由于数控转台能实现进给运动，所以它在结构上和数控机床的进给驱动机构有许多共同之处。不同点是驱 动机构实现的是直线进给运动，而数控转台实现的是圆周进给运动。
回转工作台广泛地使用于各种数控铣床、镗床、各种立车以及立铣等机床。除了要求回转工作台能很好地承受工件重量外，还需要保证其在承载下的回转精度。 转台轴承，作为转台的核心部件，在转台运行过程中，不仅要具有很高的承载能力，还需具备高回转精度、高抗倾覆能力、以及较高的转速能力等。
1、推力球轴承 圆柱滚子轴承
推力球轴承能承受一定的轴向力，所以该轴承主要用于承受工件的重量；而圆柱滚子轴承主要用于径向的定位和承受外部的径向力（例如切削力、铣削力等）。 该类设计应用广泛，并且成本也相对比较低廉。由于推力球是一种点接触的轴承，所以它的轴向承载力相对比较有限，主要用于小型或中型的机床回转工作台。此外 推力球的润滑也比较困难。
2、静压轴承 精密圆柱滚子轴承
静压轴承是一种靠外部供给压力油，在轴承内建立静压承载油膜以实现润滑的滑动轴承。静压轴承从起动到停止始终在润滑下工作，所以没有磨损，使用寿命 长，起动功率小；此外，这种轴承还具有旋转精度高，油膜刚度大，能抑制油膜振荡等优点。精密圆柱滚子轴承具有很好的径向承载力，并且由于采用了精密级的轴 承，回转工作台的回转精度也能得到保证。使用该类设计的回转工作台能承受很高的轴向力，有些工件的重量超过200t以上，转台直径超过10m。但是该类设 计也有一些不足之处，由于静压轴承必须附带一套专用的供油系统来供给压力油，维护比较复杂，而且成本也比较高。
3、交叉滚子轴承
交叉滚子轴承在转台上的应用比较普遍。交叉滚子轴承的特征是轴承中有两个滚道，两排交叉排列的滚子。与传统的推力轴承 径向定心轴承组合相比，交叉滚子轴承结构紧凑、体积小巧，并简化了工作台设计，从而降低了转台的成本。由于使用了优化的预紧力，该类轴承具有很高的刚度， 因而转台的刚度和精度也都得到了保证。得益于两排交叉滚子的设计，轴承的有效跨距能被显著提高，所以该类轴承具有很高的抗倾覆力矩。在交叉滚子轴承中，又 分成两种类型：第一种是圆柱交叉滚子轴承，第二种是圆锥交叉滚子轴承。通常，圆柱交叉滚子轴承价格比圆锥交叉滚子轴承低，适用于转速相对较低的转台应用 中；而圆锥交叉滚子轴承采用了圆锥滚子的纯滚动设计，具有运转精度高，转速能力强，减少了轴长度和加工成本等优势。交叉滚子轴承适用于各种类型的立式或卧 式镗床，以及立磨、立车和大型齿轮铣床等应用。
综上所述，为了能选择合适尺寸和类型的机床主轴轴承，需要综合考虑各种工况条件，例如运行速度、润滑、安装类型、主轴刚度、精度等要求。就轴承本身而言，只有 充分地了解它的设计特点以及由此带来的优点和缺点，才能充分发挥轴承的性能。轴承作为机床主轴和转台的核心部件，对机床的运行表现起到了举足轻重的作用。
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