屯主軸實現(xiàn)高速化和精密化的關(guān)鍵足秈承;剛V在人功率高速精密電土秈巾應(yīng)用的秈承主要是角接觸軸承和液體動靜壓軸承�?諝舛i承僅適合數(shù)控機床小功率場合,而磁懸浮秈承由于價格昴貴、柞制系統(tǒng)復(fù)雜,其實州性受到限制。
(1)角接觸陶瓷球軸脈
滾動軸承的滾動體在尚速運轉(zhuǎn)叫會itt:!l;巨人的離心力和陀螺力矩。其小,離心力廠((N)
可按下式計算:
廠’二"可人畦 (5-1)
式:[’ P——滾珠劑料的密皮(kg/n13):
Di, 滾珠的直徑(m);
厶——滾珠軸承的節(jié)闌白什tin);
嗚——滾珠的公轉(zhuǎn)角速度(rad/s)。
巾式(5-])可見,滾珠的離心力,抻rr承轉(zhuǎn)速的平方成正比。當(dāng)軸承的轉(zhuǎn)速很高時,滾琳的離心力就很大,有時甚至超過切削力的負(fù)荷。
滾動體所受的陀螺力矩肘Z,(N•111)叫用下式訓(xùn)算:
Mb-Jtom~,sin" (5-2)
式中 fob--滾珠的自轉(zhuǎn)角速度,rad/s:
卜—滾珠自轉(zhuǎn)軸與坐標(biāo)牛面的災(zāi)角,tad:
j--滾珠的轉(zhuǎn)動慣量,kN•√。
為了降低滾動體的離心力和陀螺力矩,采用陶數(shù)控機床瓷球和鋼質(zhì)套囤組成的混合軸承成為最常見的選擇。白從氮化硅(Si3N4)陶瓷材料被英國科學(xué)家于20世紀(jì)70年代川人下臺成的方法發(fā)明以來,由于其優(yōu)良的力學(xué)、物J里和化學(xué)性能,引起機械千租界的極大興趣和高度重視。
與鋼質(zhì)球相比,陶瓷球有以/優(yōu)點:
①密度小、質(zhì)量輕。采用陶瓷球以后,離心力和陀螺力矩都人幅度減小,從而接觸庇力減小,摩擦功耗下降,溫升降低,軸承壽命延K。
②彈性模量高。陶瓷的彈性模量數(shù)控機床為鋼球的1.5倍,既提高了軸承和主軸系統(tǒng)的剛度,也提高了土軸系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速。
③線膨脹系數(shù)低。在√÷同溫升條什下,球與內(nèi)外環(huán)的配合間隙變化小,提高廠軸承上作的�?啃裕p小了溫升導(dǎo)致的軸承軸向位移,也使得預(yù)加載荷變化小。
④硬度高,達(dá)到1600~1700HV,為鋼球的2.3倍,叫減少磨損,提高軸承壽命c
⑤陶瓷與金屬問不產(chǎn)生“咬住” (galling)現(xiàn)象,磨損物也不會嵌入陶瓷球中,從而進(jìn)步提高了軸承壽命。由于陶瓷球具備以上優(yōu)點,使得陶瓷球軸承在高速及更載條件F,仍叫獲得高剛度、低溫升和長壽命的效果。實踐表明,在相同的負(fù)荷、潤滑和精度等級的條件下,混合軸承的d•n值是鋼球軸承的1.25—1 35倍。
盡管陶瓷球軸承的價格比鋼質(zhì)球數(shù)控機床軸承的價格高出2~2.5倍,但其依然有較好的性價比。
德國GMN公司和瑞士STEP-TEC公司用邗口工中心和數(shù)控銑床的電主軸個部采用陶瓷球軸承。采用油脂潤滑的方式,功串達(dá)16kW的電主軸,轉(zhuǎn)速町達(dá)18 000~12 000r/min:采用油氣潤滑方式,功率25kW的電主軸的轉(zhuǎn)速可達(dá)30000r/min。
陶瓷球軸承常見的潤滑方式有油脂潤滑、油霧潤滑、油氣潤滑、噴射潤滑及環(huán)下潤滑等。其中,油脂潤滑不需任何設(shè)備,是低速主軸普遍采用的潤滑方式。d•n值在L0x106以上的主軸,多采用油潤滑的方式,其中,油霧潤滑是將潤滑汕經(jīng)斥縮牛氣霧化后對軸 承進(jìn)行潤滑的,這種方式容易實現(xiàn)、設(shè)備簡單,油霧既有潤滑功能,又能起到冷卻軸承的作用:但油霧不易回l陵,對環(huán)境污染嚴(yán)重,故逐漸被新型的油氣潤滑方式所取代。
油氣潤滑是少量的潤滑油不經(jīng)霧化數(shù)控機床而自接由匝縮寧氣定時、定量地沿著專用的油氣管道壁而均勻地送到軸承的潤滑區(qū)。潤滑汕起到潤滑作用,而壓縮空氣起到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(tài),有利于潤滑油的回收,所以對環(huán)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,對軸承噴射處的位胃有嚴(yán)格的要求,舌則不易保證潤滑效果,汕氣潤滑的效果還受壓縮空氣流量和油、數(shù)控機床氣壓力的影響。 .般地講,增大空氣流量可以提高冷卻效果,而提高油、氣壓力,不僅叮以提高冷卻效果,而日.有助于潤滑油到達(dá)潤滑區(qū),田此,提高油、氣壓力有助于提高軸承的轉(zhuǎn)速。實驗表明,加大壓力比采用常規(guī)壓力進(jìn)行油氣潤滑叫使軸承的轉(zhuǎn)速提高20%。汕氣潤滑介質(zhì)一般從軸承的一側(cè)供應(yīng)給軸承,如圖5—2(a)所示。~SCHER公司開發(fā)了一種“直接滑”系統(tǒng)(DirectLubricationSystem,DLS),如圖5—2(b)所示,使油、氣 直接從徑向送達(dá)接觸應(yīng)力最高處。這種直接潤滑系統(tǒng)可作為選件供給對電主軸要求極高的用戶。