主軸軸承是決定主軸單元工作性能的(de)重要元件，主軸系統剛度、承載能力、主軸高(gāo)速性能、溫升性能、振動與噪聲等都與精密軸承有關。
1 精密主軸選型與配置
軸承種類的(de)選擇應根據主軸技術指标，并考慮其經濟性和(hé)技術複雜(zá)性，在流體軸承和(hé)滾動軸承中選擇合适的(de)軸承種類。
軸承選型與配置的(de)依據是主軸系統受力特性及主軸技術指标要求。軸承選型與配置實際上是根據技術指标，在剛度要求、轉速要求、負載大(dà)小、主軸結構設計對(duì)空間要求中求得(de)平衡來(lái)進行軸承選型與配置。
高(gāo)速機床主軸軸承一般有角接觸軸承、圓柱滾子軸承和(hé)雙向角接觸軸承等幾種形式。對(duì)于高(gāo)速輕載型高(gāo)速主軸，前後支承一般選用(yòng)角接觸軸承。
高(gāo)速主軸用(yòng)角接觸軸承其接觸角主要有 15°和(hé)25°兩種。15°接觸角的(de)軸承高(gāo)速性較好，但軸向承載能力和(hé)剛度較低。通(tōng)常，15°接觸角的(de)角接觸球軸承多(duō)用(yòng)于磨床、銑床和(hé)高(gāo)速加工中心主軸。
高(gāo)速主軸用(yòng)滾動軸承其滾珠有鋼珠與陶珠兩種形式，陶瓷滾動軸承與同規格、同精度的(de)鋼質軸承相比，其速度可(kě)提高(gāo) 20%，溫升降低 35% ～ 60%，壽命可(kě)提高(gāo) 3 ～ 6 倍，陶瓷軸承的(de)剛性較高(gāo)，對(duì)内、外圈溫差不敏感，運轉中預緊力的(de)變化(huà)也(yě)較小。因此在現代數控機床高(gāo)速主軸中，陶瓷球軸承得(de)到了(le)廣泛的(de)應用(yòng)。
2 高(gāo)速主軸單元支承結構設計
軸承限位方式及其限位元件直接影(yǐng)響到主軸單元總體精度指标，同時(shí)軸向限位元件也(yě)是保證軸承預緊力的(de)重要元件之一。
在現代數控機床主軸單元設計中，軸承軸向限位元件常用(yòng)的(de)有精密鎖緊螺母和(hé)階梯過盈套。
采用(yòng)精密螺母方式安裝相對(duì)簡單，但對(duì)主軸螺紋部分(fēn)加工精度要求高(gāo)，因螺紋聯結本身是一種動不平衡因素，這(zhè)将影(yǐng)響主軸動平衡性能。因此這(zhè)種結構形式一般多(duō)用(yòng)于 8 000 r/min 以下(xià)的(de)機械式主軸。
對(duì)于更高(gāo)轉速的(de)主軸，其動平衡精度要求極高(gāo)。
爲保證動平衡精度，軸承軸向限位元件通(tōng)常選用(yòng)階梯過盈套。這(zhè)樣不需在主軸上加工螺紋，容易保證過盈套的(de)定位端面與軸心線垂直，主軸動平衡性好。但采用(yòng)這(zhè)種方式安裝拆卸都需要根據主軸形式設計相應的(de)專用(yòng)工藝裝備，其安裝拆卸複雜(zá)，要求高(gāo)。
如圖 1 所示，該主軸設計中，前、後軸承軸向限位元件都采用(yòng)了(le)階梯過盈套的(de)形式，這(zhè)樣有利于提高(gāo)主軸動平衡性能。階梯過盈套内徑軸向分(fēn)爲二段，内徑分(fēn)别爲 D 1 和(hé) D 2 (二者相差較小)，與之相配合的(de)軸外徑也(yě)相應分(fēn)爲 d 1 和(hé) d 2 二段，這(zhè)二段過盈都爲過盈配合，但過盈量略有不同。安裝時(shí)須用(yòng)熱(rè)裝方式完成安裝，拆卸時(shí)，在過盈套注軸孔處接一高(gāo)壓油泵将階梯過盈套漲開即可(kě)将階梯過盈套取下(xià)來(lái)。但在使用(yòng)定壓式預緊時(shí)，确定彈簧力的(de)大(dà)小、結構設計、裝配都較複雜(zá)。對(duì)成組彈簧的(de)制造要求高(gāo)，在裝配前一般應使用(yòng)專門的(de)彈簧測力裝置對(duì)成組彈簧剛度與長(cháng)度的(de)一緻性進行檢查; 在設計中确定彈性力的(de)大(dà)小時(shí)應充分(fēn)考慮負荷大(dà)小、主軸質量、軸承本身預緊力大(dà)小等各種因素。
4 高(gāo)速主軸單元潤滑技術
高(gāo)速主軸設計中，軸承潤滑技術是至關重要的(de)一環，潤滑與主軸高(gāo)速性能、溫升、主軸成本、可(kě)維修性等都有密切關系。
高(gāo)速主軸一般采用(yòng)的(de)潤滑方式有脂潤滑、油 － 氣潤滑等方式。高(gāo)速主軸設計中，應在保證技術指标的(de)前提下(xià)選擇最爲經濟的(de)潤滑方式。
脂潤滑是一次性永久潤滑，不需任何附加裝置和(hé)特别維護，但其溫升較高(gāo)，允許軸承工作的(de)最高(gāo)轉速較低，一般 Dn 值在 1. 0 ×10 6 以下(xià)。其特點是結構簡單，使用(yòng)方便，無污染，通(tōng)用(yòng)性強，成本低。脂潤滑關鍵技術點是選擇正确潤滑脂以及确定合理(lǐ)的(de)潤滑脂注入量。
油 － 氣潤滑是一種新型的(de)、較爲理(lǐ)想的(de)方式，它利用(yòng)分(fēn)配閥對(duì)所需潤滑的(de)不同部位，按照(zhào)其實際需要，定時(shí) (間歇)、定量 (最佳微量) 地供給油 － 氣混合物(wù)。使軸承總是形成良好的(de)潤滑條件，油 － 氣潤滑的(de)壓縮空氣同時(shí)兼具冷(lěng)卻作用(yòng)，因而可(kě)使主軸軸承Dn 值更高(gāo)，可(kě)達 2 × 10 6 。油 － 氣潤滑對(duì)潤滑油、壓縮空氣、供油管路設計具有嚴格的(de)技術要求，其調試參數 (流量、時(shí)間間隔、壓縮空氣壓力等) 現在并無成熟的(de)理(lǐ)論或定量确定方法，調試比較麻煩。
5 結論
高(gāo)速精密主軸是現代高(gāo)性能數控機床的(de)核心功能部件之一，而精密軸承技術是高(gāo)速精密主軸設計中的(de)核心技術之一，作者對(duì)高(gāo)速精密主軸設計中所涉及的(de)高(gāo)速精密軸承選型與配置、高(gāo)速主軸單元支承結構設計、主軸軸承預緊、高(gāo)速主軸單元潤滑技術等關鍵技術問題進行了(le)論述，對(duì)各種高(gāo)速精密主軸設計具有參考價值。
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