機床主軸組件是機床的主要組成部分,其工作性能直接影響被加工件的質量和生產效率。機床主軸組件通常由主軸、軸承、安裝在主軸上的傳動件和一些緊固件組成,其中軸承是對主軸組件性能影響最大的零件。
1.機床主軸對滾動軸承的基本要求
(1)轉速與溫升 隨著科學技術的發(fā)展,機床主軸轉速越來越高,變速范圍越來越大,因此,對軸承高速運轉穩(wěn)定性的要求也越來越高。機床主軸軸承的溫升是限制軸承轉速的重要因素。通常情況下,正確選擇軸承類型、公差等級、配置方式、游隙(預載荷)大小、潤滑劑及潤滑方式等,能在一定程度上提高滾動軸承的高速性能。
(2)壽命及承載能力 對一般機床來說,主軸組件的壽命主要是指其保持主軸精度的使用期限,因此,要求軸承的精度保持性能滿足主軸組件壽命的要求。對于重型機床或強力切削機床,應首先考慮軸承的承載能力。
(3)剛度和抗振性 為保證機床的加工質量,必須使主軸系統(tǒng)有足夠的剛性,否則會產生較大的復映誤差甚至顫振。抗振性是指抵抗受迫振動和自激振動的能力。主軸組件的抗振性取決于主軸和軸承的剛度和阻尼。采用預緊滾動軸承可有效地提高主軸系統(tǒng)的剛度。
(4)噪聲 在高速磨床中,磨頭軸承的噪聲是整機噪聲中的主要成分,應選用低噪聲滾動軸承。
2.機床主軸常用滾動軸承及其特點
(1)深溝球軸承 該類軸承一般只用來承受徑向載荷,由于游隙不可調,所以常用于精度要求不高、不需預緊的場合,如普通鉆床主軸等。
(2)角接觸球軸承 這類軸承可同時承受徑向和軸向載荷,由于在承受徑向載荷時將引起內部軸向力,因此應成對安裝使用,其配置方式有“背對背”、“面對面”、“串聯”和“多聯”等,并通過預緊可以提高主軸的剛度。這類軸承的接觸角有15、25、40度3種,其中接觸角為15’的B7000CY型高精度角接觸球軸承是專門為高速磨床主軸設計的專用軸承,該軸承除內部結構設計改變外,套圈和滾動體均選用高質量的電渣軸承鋼制造。保持架材料 為酚醛層壓布管,公差等級有5、4和2級。因此,這類軸承具有高的旋轉精度和極限轉速,摩擦小,溫升低。
(3)雙向推力角接觸球軸承 通常選用230000型雙向推力角接觸球軸承,接觸角為60度,由一個帶潤滑油孔的座圈、兩個軸圈、一個隔圈和兩組鋼球與保持架組件構成。選擇合適的隔圈高度可以使軸承裝配后具有所需的預載荷。
該類軸承可承受雙向軸向載荷,具有良好的剛性,正常潤滑時溫升低,轉速高,并且易于裝拆,作為一種新結構,目前多用于磨床、車床、鏜床、銑床、鉆床等主軸上,使用中常與雙列圓柱滾子軸承組配。
(4)雙列圓柱滾子軸承 這類軸承能承受較大的徑向載荷并允許有較高的轉速。軸承中的兩列滾子以交叉方式排列,旋轉時剛度波動頻率可比單列軸承提高1倍,振幅降低70%。常用的此類軸承有兩種型式:NN30/W33、NN30K/W33兩個系列軸承內圈帶擋邊,外圈可分離;NNU49/W33、NNU49K/W33兩個系列軸承外圈帶擋邊,內圈可分離,其中NN30K/W33和NNU49K/W33系列內圈為錐孔(錐度1:12),與主軸的錐形軸頸相配合,軸向移動內圈,可使內圈脹大,以減小軸承游隙甚至預緊軸承。圓柱孔軸承通常采用熱裝,利用過盈配合減小軸承游隙,或者達到預緊的目的。對內圈可分離的NNU49系列軸承,一般在內圈裝上主軸后再作滾道的精加工,以獲得高的主軸旋轉精度
(5)圓錐滾子軸承 圓錐滾子軸承可同時承受徑向和軸向載荷,雙列圓錐滾子軸承可承受雙向軸向載荷。因圓錐滾子大端與內圈擋邊之間為滑動摩擦,其極限轉速往往低于同尺寸的圓柱滾子軸承??招膱A錐滾子軸承可用油冷卻滾子,使溫升降低,從而提高了允許的轉速。但這種軸承制造工藝復雜,對機床潤滑系統(tǒng)的要求也較高,一般只用于有特殊要求的主軸上。
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