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【慧机械】数控机床设计中轴承的选用技巧

发布时间:2016/08/12 点击量:

轴承是主轴组件的重要组成部分,它的类型、结构、配置、精度、安装、调整、润滑和冷却都直接影响主轴组件的工作性能。主轴的回转精度在很大程度上由轴承所决定。

    1.主轴滚动轴承

    (1)滚动轴承的类型

    滚动轴承摩擦阻力小,可以预紧,润滑维护简单,能在一定的转速范围和载荷变动范围内稳定地工作。滚动轴承由专业化工厂生产,选购维修方便。但与滑动轴承相比,滚动轴承的噪声很大,滚动体数目有限,刚度是变化的,抗振性略差并且对转速有很大的限制。滚动轴承根据滚动体的结构分为球轴承、圆柱滚子轴承。陶瓷轴承是指轴承滚动体是用陶瓷材料制成的,而内外圈则仍用轴承钢制造。之所以选用滚动体,主要是因为它具有以下特性:一是重量轻,二是热膨胀系数小,三是弹性模量大。所以它具有离心力小,动摩擦力小,预紧力稳定,弹性变形小,刚度高的特点。

    (2)主轴轴承的合理布置

    1)主轴轴承的选择和配置形式

    机床主轴有前、后2个支承和前、中、后3个支承两种,以前者较为多见。两支承主轴轴承的配置形式,包括主轴轴承的选型,组合以及布置,主要根据对所涉及主轴组件在转速、承载能力、刚度以及精度等方面的要求。

    在确定两支承主轴轴承配置形式时应遵循以下一般原则:

    ①适应刚度和承载能力的要求:主轴轴承配置形式的选择首先应满足所要求的刚度和承载能力。

    ②适应转速要求:不同型号、规格和精度等级的轴承所允许的最高转速是不同的。在相同条件下,点接触的比线接触的高;圆柱滚子比圆锥滚子高。

    ③适应精度的要求:主轴组件承受轴向力的推力轴承配置形式直接影响主轴的轴向位置精度。

    2)三支承主轴组件

    某些机床由于结构设计上的原因,导致主轴箱长度较长,其主轴两个支承之间的支承跨距远大于最佳跨距,此时,应考虑增设中间支承来提高主轴组件的刚度和抗振性。

    3)主轴滚动轴承的应用设计

    ①主轴滚动轴承的刚度和承载能力

    滚动轴承的刚度主要取决于滚动体与滚道之间的接触刚度。运动轴承的刚度与轴承类型、载荷和预紧情况有关,且随着载荷的增大呈非线性特性。

    ②主轴轴承的润滑

    润滑对主轴组件的工作性能与轴承的寿命有很大的影响。润滑不合理可能引发热量增加,降低主轴工作精度,并加速轴承磨损。用于滚动轴承的润滑剂可分为两大类,即油脂润滑剂和液体润滑剂。

    ③主轴滚动轴承的密封

    滚动轴承密封装置的作用在与防止冷却液、切屑、灰尘、杂物等进入轴承,并使润滑剂无泄漏地保持在轴承内,从而充分发挥轴承的性能,确保轴承的使用寿命。对主轴组件密封装置的要求是:适宜主轴的转速、适应工作环境、结构紧密。主轴轴承的密封分接触式和非接触式。前者又可分为径向密封圈密封盒毛毡圈密封,一般适用于低速主轴。非接触式密封可分为间隙式密封、曲路式密封盒垫圈式密封,为保证密封作用,旋转部分与固定部分的径向间隙应小于0.2-0.3mm,在密封处应有回油控,以防漏油。

    2.主轴滑动轴承

    滑动轴承因具有良好的抗振性、旋转精度高、运动平稳等特点,应用于高速或低速的精密、高精度数控机床。

    主轴滑动轴承按产生油膜的方式,可以分为动压轴承和静压轴承两大类。按照流体介质不同可分为液体滑动轴承和气动滑动轴承。

    (1)液体动压轴承

    动压轴承时靠主轴以一定转速旋转时带着润滑油从间隙大处向间隙小处流动,形成压力油膜而将主轴浮起,并制成载荷。

    (2)液体静压轴承

    液体静压轴承由一套专用供油系统、节流器和轴承三部分组成。静压轴承与动压轴承相比有如下有点:承载能力高、旋转精度高、油膜有均化误差的作用、可提高加工精度,抗振性好,运转平稳,既能在极低速下工作,也能在极高速下工作,摩擦小,轴承寿命长。

    静压轴承主要的缺点是需要一套专用供油设备,轴承制造工艺复杂、成本高。

    (3)用空气作为介质的静压轴承称为气体静压轴承,也称为气浮轴承或空气轴承,其工作原理与液体静压轴相同。由于空气的黏度比液体小得多,摩擦小,功率损耗小,能在极高转速或极低温度下工作,振动、噪声特别小,旋转精度高,寿命长,基本上不需要维护,用于高速、超高速、高精度数控机床主轴组件中。

    (4)磁力轴承是一种新型的高性能轴承,具有各种传统轴承无法相比的特殊性能。磁力轴承不予轴颈表面接触,不存在机械摩擦和磨损,不需要润滑和密封,温升低,热变形小,转速高,寿命长,能耗低;磁力轴承基本电磁反馈控制系统保证主轴的旋转精度,刚度和阻力可调控,可消除转子质量部平衡,回转特性可由传感器和控制系统获得,便于状态监控和诊断。磁力轴承主要用在加工中心的主轴组件中。

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