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高速電主軸軸承有哪些類型


  用在高速主軸單元上的軸承主要有角接觸球軸承、磁懸浮軸承、液體靜壓軸承、空氣靜壓軸承。
  高速主軸的軸承大多用壓力角為15或25的角接觸滾珠軸承,其精度等級以精密級(C級)和超精密級(B級)為主.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滾道間的摩擦,而陀螺力矩增大則會使滾珠與滾道間產生滑動摩擦, 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, 常采用兩種方法: 一是減小滾珠的直徑,如采用已標準化的71900 系列 主軸軸承;   另一種則是采 用新型的陶瓷(Si3N4)材料做滾珠, 由于Si3N4 陶瓷材料的密度僅為軸承鋼的 40% , 摩擦系數低, 因而這種軸承的高速性能明顯高于全鋼軸承. 目前國外絕大多數高速機床主軸均采用這種軸承, 如德國GMN公司和瑞士STEP - TEC 公司用于加工中心和銑床的電主軸全部采用了陶瓷球軸承。
  液體靜壓軸承高速主軸, 其軸承元件的幾何形狀進行優化設計, 轉速特征值可達1*10的6次方, 軸徑為 30 mm 的主軸, 其最高轉速可達30000r / min 以上. 靜壓軸承為減少高速運轉發熱,軸徑不宜過大, 因而與滾珠軸承主軸相比,其徑向剛度較低.但軸向剛度遠超過滾珠軸承主軸, 因為滾珠軸承受離心力限制,其壓力角一般為15 或25 , 故軸向剛度較小.對于軸向切削力較大的加工場合, 如采用球頭銑刀加工工具或模具時,宜采用液體靜壓軸承主軸. 另外,液體靜壓軸承的油膜具有很大的阻尼, 動態剛度很高, 特別適合于銑削的斷續切削過程. 美國 I nge r so ll 公司 在其生產的電主軸單元中主要采用其擁有專利技術的流體靜壓軸承。
  空氣靜壓軸承高速主軸, 其轉速特征值可達 2.7*10的6次方r/min, 最高轉速可達100000r/min. 采用金剛石刀具可以進行鏡面銑削, 加工各種復雜的高精度形面.氣體靜壓軸承主軸的優點在于高回轉精度、高轉速和低溫升, 因而主要適合于工件形狀精度和表面粗糙度有高的要求的場合. 它的缺點是承載能力較低, 不適合于材料切除量較大的應用場合. 此外它要求高清潔度的壓縮空氣, 故使用費用和維護費用較高. 為防止主軸過載而出現主軸卡死而造成嚴重損壞, 故對其使用條件要作仔細的分析。
  磁浮軸承高速主軸可以達到更 高的主軸轉速, 磁浮主軸的轉子由兩個徑向和兩個軸向軸承支承, 轉子與支承間隙一般在 0.1 mm左右, 由于空氣間隙的摩擦熱量很小, 故磁浮主軸的轉速特征值可達 1* 10的6次方r / min, 是滾珠軸承主軸的兩倍. 若主軸的最高轉速相同,則磁浮主軸可采用較大的軸徑,有較高的剛性( 約為滾珠軸承主軸的10倍) 和較大的承載能力. 磁浮主軸的優點是高精度、 高轉速和高剛度. 缺點是不僅機械結構復雜, 而且需要一整套的傳感器系統和控制電路, 另外必須有很好的冷卻系統, 否則主軸的溫升會很大, 影響工件的加工精度, 由于價格昂貴, 至今沒有得到廣泛應用。
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