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高速角接觸球軸承在数控金切机床中的应用

[ 发布日期:2016-02-17 点击:2993 来源:洛陽彙普軸承有限公司 【打印此文】 【關閉窗口】]

数控金切机床高速主轴的性能,在相当程度上取决于主軸軸承及其润滑。滚动軸承由于刚度好、精度可以制造得较高、承载能力强和结构相对简单,不仅是般切削机床主轴的,也受到高速切削机床的青睐。从高速性的角度看,滚动軸承中角接觸球軸承,圆柱滚子軸承次之,圆锥滚子軸承差。

角接觸球軸承的球(即滾珠)既公轉又自轉,會産生離心力Fc和陀螺力矩Mg。隨著主軸轉速的增加,離心力Fc和陀螺力矩Mg也會急劇加大,使軸承産生很大的接觸應力,從而導致軸承摩擦加劇、溫升增高、精度下降和壽命縮短。因此,要提高這種軸承的高速性能,就應想方設法抑制其FcMg的增加。从角接觸球軸承FcMg的計算公式得知,減少球材料的密度、球的直徑和球的接觸角都有利于減少FcMg,所以現在高速主軸多使用接觸角爲15°或20°的小球徑軸承。可是,球徑不能減小過多,基本上只能是標准系列球徑的70%,以免削弱軸承的剛度,更關鍵的還是要在球的材料上尋求改進。

角接觸球軸承

GCr15軸承鋼相比,氮化矽(Si3N4)陶瓷密度僅爲它的41%,用氮化矽制作的球要轻得多,自然在高速回转时所产生的离心力和陀螺力矩也要小得多。與此同时,氮化矽陶瓷的弹性模量和硬度是軸承钢的1.5倍和2.3倍,而熱膨脹系數僅爲軸承鋼的25%,这既可提高軸承的刚度和寿命,又使軸承的配合间隙在不同温升条件下变化小,工作可靠,加之陶瓷耐高温且不與金属发生粘咬,显然用氮化矽陶瓷制作球体更适合进行高速回转。实践表明,陶瓷球角接觸球軸承與相应的钢球軸承相比速度能提高25%~35%,不過價格也要高些。

外將內外圈爲鋼、滾動體爲陶瓷的軸承統稱爲混合軸承。目前混合軸承又有新發展:是陶瓷材料已用于制作圓柱滾子軸承的滾子,市場上出現了陶瓷圓柱混合軸承;二是用不鏽鋼(比如FAG公司用氮化不鏽鋼Crodinur30)代替軸承鋼制作軸承的內外圈別是內圈,由于不鏽鋼的熱膨脹系數比軸承鋼小20%,自然在高速回轉時,因內圈熱膨脹所造成的接觸應力增大趨勢會受到抑制。

衆所周知,dmh值是表達滾動軸承高速性能的速度因子(dm是滾動軸承內、外圈的平均直徑,單位mmh是軸承的轉速,單位r/min)。角接觸球軸承的高速性能不仅與球的接触角、直径和材料相关,而且與軸承的润滑方式关系密切。目前滚动軸承有脂润滑、油雾润滑和油气润滑三种方式,其中油雾润滑虽然果不错,但污染环境和危害工人健康,外已很少采用。

高速角接觸球軸承

脂潤滑是簡單和環保性的種潤滑方式。由于脂在超高速運轉下容易變質,故其dmh值較低,軸承爲鋼球時僅達80×104,爲陶瓷球時可達110×104(FAG公司开发的新代低溫軸承其dmh值還可以在此基礎上增加10%左右)。现在高速主軸軸承用得多的是油气润滑方式,它是定时、定量地供给軸承以油—气混合物,使軸承各部位获得的微量润滑并把污染减至很小。采用油气润滑的钢球或陶瓷球角接觸球軸承,其dmh值般可分別達到到140×104210×104,若采用比较殊的油气润滑方式,陶瓷球角接觸球軸承的dmh值可達250×104甚至更高點爲殊油氣潤滑方式的種,在試驗室內其dmh值已達280×104)

高速電主軸滾動軸承的配置形式有多種,但比較典型的是前、後軸承呈“O”型布局的两对角接觸球軸承。由于后軸承也是角接觸球軸承,般要设置滚珠套以便让后軸承能沿壳体轴向移动,使得主轴受热后可自由向后方膨胀。般说来,角接觸球軸承需要在轴向有预加负荷才能正常工作,预加负荷愈大,軸承的刚度愈高但温升也愈大。比较简单的办法是,根据电主轴的转速范围和所要承受的负载,选定个的固定预加负荷值;更好的办法则是预加负荷能随主轴转速改变而调整,在高转速时减小预加负荷,在低转速时增加预加负荷。

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