2017年5月23日

高速加工中心-精密軸承

高速精密軸承高速精密軸承的性能好壞將直接影響主軸單元的工作性能，是決定主釉壽命和負荷容量的關饅部件。隨著速度的提高，軸承的溫度升高，振動和噪聲增大，壽命減少。因此，提高主軸轉速的前提是需要性能優異的高速主軸軸承。（1）高速主軸軸承種類高速加工中心的主軸設計采用了先進的主軸軸承和潤滑、散熱等新技術。高速主軸支承用的高速軸承有接觸式和非接觸式軸承兩大類。接觸式軸承由于存在金屬摩擦，因此庫擦因數大，允許最高轉速低。保持接觸式軸承長期高速運轉的技術措施是預加載荷的自動補償和良好潤滑。實施預加載荷自動補償的方法之一是采用液壓補償系統，通過檢測高速主軸運動特性的變化可確定預加載荷的大小，并通過后軸承的軸向移動保持預加載荷的最佳值。目前用于支承高速主軸的接觸式軸承有精密角接觸球軸承。非接觸式的流體軸承，其摩擦僅與流體本身的摩擦因數有關。由于流體的摩擦因數很小，因而可達到最高的允許轉速。目前用于支承高速主鈾的非接觸軸承有空氣軸承、液體動靜壓軸承和磁懸浮軸承。磁懸浮軸承(active maRnetic bearing，AMB)是一種利用電磁力將主軸無機械接觸地懸浮起來的新型智能化軸承，其高速性能好、精度高、易實現實時診斷和在線監控，轉速可達45000 r／加n，功率達20kw，可進行電子控制，回轉精度高達o．2y”，是超高速電主軸理想的支承元件。但其價格較高，控制系統復雜，制造成本高，發熱問題難以解決，因而還無法在高速主軸單元上推廣應用。液體動靜壓軸承采用流體動、靜力相結合的辦法，使主軸在油膜支撐中旋轉，具有徑向和抽向跳動小、剛性好、阻尼特性好、壽命長的優點。功率達37．5kw，轉速可達20000 r／min，主要用在低速重載場合。但其無通用性，維護保養較困難。空氣軸承(air beartn8)徑向剛度低并有沖擊，但高速性能好，一服用于超高速、輕載、精密主軸。空氣軸承主軸也已經能夠在18．8kw的功率下，達到10000一22000r／min的轉速，在9．Ikw的功率下達到30000一55000r／min的轉速。角接觸球軸承(a。8ular conta口ballbea％“8)在DN為2．o×10‘以下的高速主軸單元中應用，無論是速度極限、承載能力、剛度、精度等各方面均能很好地滿足要求，其標推化程度高，價格低廉。影響角接觸球軸承高速性能的主要原因是高速下作用在滾珠上的離心力和陀螺力矩增大。離心力增大會增加滾珠與該道間的摩擦，而陀螺力矩增大則會使滾珠與該道間產生滑動摩擦，使軸承摩擦發熱加劇，因而降低軸承的壽命。為了提高軸承的高速性能，還可通過合理潤滑、采用角接觸陶瓷球軸承、合理的預緊力控制、對軸承滾道進行涂層處理等方法來提高性能。由于氮化硅(si3N4)陶瓷材料的密度只有軸承鋼的40％，熱脹系數只有軸承鋼的25％，彈性模量是軸承鋼的1．5倍，硬度為軸承鋼的2．3倍，并且耐高溫、不導電、不導磁、導熱率低。因此，用st3N4陶瓷作為滾珠材料的小直徑滾珠軸承，與同規格同一精度等級的鋼質滾珠軸承相比，其速度可提高60％，溫升可降低35％一60％，壽命可提高3—6倍，可不用潤滑或用油脂潤滑。采用這種軸承的主軸，功率可達80kw，轉速高達150000r／min，目前國外絕大多數高速機床主軸均采用這種軸承。 (2]高速主軸潤滑、冷卻方式油氣潤滑采用油氣分離的潤滑冷卻方式，對環境無污染．是比較理想的高速主軸潤滑方式。它將少量的潤滑油不經霧化而直接由壓縮空氣定時、定量地沿著專用的泊氣管道壁均勻地被帶到鈾承的潤滑區。潤滑油起潤滑的作用，而壓縮空氣起推動潤滑油運動及冷卻軸承的作用。油氣始終處于分離狀態，這有利于潤滑油的回收，對環境沒有污染。實施油氣潤滑時，一般要求每個軸承都有單獨的油氣噴嘴，對軸承噴射處的位置有嚴格的要求，否則不易保證潤滑效果，油氣潤滑的效果還受壓縮空氣流量和泊氣壓力的影響。通常，增大空氣流量可以提高冷卻效果，而提高油氣壓力，不僅可以提高冷卻效果，而且還有助于潤滑油到達潤滑區。據報道，加大壓力比采用常規壓力進行油氣潤滑可使軸承的轉速提高20％。一般用于DN＞10‘的高速軸承。 ’ 噴射潤滑是用油泵，通過位于軸承內困和保持架中心之間的一個或幾個口徑為o．5—1mm的噴嘴，以一定的壓力，將流量＞500mI√min的潤滑油噴射到軸承上，使之穿過軸承內部，經軸承另一端流入油槽，達到對軸承潤滑和冷卻的目的。當軸承高速旋轉時，滾動體和保持架也以相當高的速度旋轉，并使其周圍的空氣形成氣流，這樣用一般的潤滑方法就很難將潤滑油輸入到軸承中。這時就必須要用高壓噴射的方法，才能將潤滑泊送到預定的區域。這種潤滑方式通常用于DN＞1．6×10“并承受重負荷的軸承。噴射潤滑的軸承極限轉速可達(2．3—2．5)×10e r／min。

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