機床用高速主軸軸承的技術介紹

提高主軸軸承的速度是實現(xiàn)高速實用主軸的關鍵。隨著高速化的發(fā)展，對于高加工機床。滾動體采用陶瓷材料，dmN值在20×104左右，脂潤滑條件下dmN值100×104左右的數(shù)控加工中心正在日益增加，已成為種發(fā)展趨勢，采用油氣和油霧潤滑方式也將成為今后高速機床主軸軸承潤滑的發(fā)展方向。

1高速主軸軸承發(fā)展情況：

般多使用剛性和高速性能優(yōu)良的角接觸球軸承，為了適應機床主軸的高速要求。其次使用圓柱滾子軸承。

脂潤滑條件下dmN值在50×104以下。開發(fā)出油氣潤滑后，與此同時逐步開發(fā)出與之相適應的潤滑系統(tǒng)。從表述主軸軸承高速性能的dmN值(dm為軸承節(jié)圓直徑mm×N為轉速r/min來看。dmN值已達到100×104以上。爾后在軸承方面又開發(fā)出了滾動體為陶瓷的角接觸球軸承，實現(xiàn)了dmN值為200×104×90年代開發(fā)出噴射潤滑后，dmN值可達到300×104。

2高速主軸軸承技術：

(1)高速角接觸球軸承：

單列、雙列圓柱滾子軸承在高速性能方面均劣于角接觸球軸承。角接觸軸承是具有接觸角的軸承，可以看出圓錐滾子軸承。接觸角越大軸向剛度越好，但因為球與滾道之間的陀螺滑動和自旋滑動也大，因此發(fā)熱也會增加。為了提高速度性能，方法是減小球的大小(或質(zhì)量)改變溝道的曲率系數(shù)，以減小球的離心力，降低高速運轉時產(chǎn)生的內(nèi)部載荷，同時增加球的數(shù)量以提高剛性。

(2)陶瓷球角接觸球軸承：

推出了僅滾動體系用氮化硅(Si3N4)陶瓷的混合型陶瓷球軸承，為了減少球質(zhì)量以提高速度。其性能比較

作為高速主軸軸承材料，陶瓷(Si3N4)有以下優(yōu)點：高速旋轉時滾動體產(chǎn)生的離心力小，重量輕。由于密度比軸承鋼小。旋轉力矩可以減小，因此可以降低溫升，提高壽命。良好的導熱性使陶瓷材料的滾動體在高速運轉時不易與金屬產(chǎn)生粘著。潤滑條件較好的情況下耐燒傷，出現(xiàn)燒傷。熱膨脹小，滾動體與內(nèi)圈接觸時不易發(fā)生預緊力增加而導致游隙減小。軸承的變形小，由于硬度高、剛性好。主軸的剛性也得到提高。綜上所述，因此，采用陶瓷資料(Si3N4)作為滾動體，與軸承鋼滾動體相比速度可提高約25％35％壽命可提高約3倍。

(3)新型混合角接觸球軸承：

內(nèi)圈由于離心力而產(chǎn)生膨脹，高速旋轉時。與滾動體接觸應力變大，使內(nèi)部預載荷增加、游隙變小、發(fā)熱增加。針對此問題，近開發(fā)出內(nèi)圈為不銹鋼的新型混合陶瓷球軸承。由于不銹鋼的線膨脹系數(shù)比軸承鋼小20％因而能進步控制軸承在高速旋轉時因內(nèi)圈膨脹而造成的預載荷增加。潤滑條件充沛，固定預載荷下dmN值可提高1.2倍。

(4)內(nèi)圈為陶瓷的混合角接觸球軸承：

定位預載緊的情況下，近來有資料介紹。內(nèi)圈也使用陶瓷材料的混合型角接觸球軸承。因為內(nèi)圈也使用陶瓷材料，軸承內(nèi)徑或滾道離心膨脹小，預緊的增加也較小，加之剛性好，球和滾道的接觸面積小，所以發(fā)熱和膨脹也較小，可以比僅球為陶瓷的軸承達到更高轉速。但是正是由于高速旋轉時離心和膨脹小，與金屬制主軸之間的配合應力如果過大就可能產(chǎn)生破壞甚至碎裂。

3高速化主軸軸承的潤滑：

由于使用簡單、經(jīng)濟而得到廣泛應用，主軸軸承的高速化發(fā)展趨勢對潤滑提出了更高的要求。保守dmN值在50×104以下的脂潤滑，由于使用簡單、經(jīng)濟而得到廣泛應用，而且無需別維護，也無需后續(xù)補充，大多數(shù)為終身潤滑。隨轉速提高，dmN值達100×104以上時采用油氣和油霧潤滑，與脂潤滑相比，溫度上升小，能夠以更高速度旋轉，因而成為主要的潤滑方法。而噴射潤滑雖然dmN值可達到250×104但需要大量潤滑油，因攪拌阻力使動力損失較大，而且需要較復雜的附屬設備，利息較高，所以般不使用這種潤滑方式。