時(shí)代變了，傳輸線已被靈活的數(shù)控加工中心取代，以提高效率，實(shí)現(xiàn)更小的體積和更頻繁的產(chǎn)品更換，CNC機(jī)床的范圍從三軸到九軸（通常為五軸）不等，使用自動(dòng)換刀器、刀庫(kù)、轉(zhuǎn)盤和機(jī)器人工件材料處理系統(tǒng)來執(zhí)行多項(xiàng)操作，縮短循環(huán)時(shí)間，并幫助推動(dòng)世界各地工廠車間的高效運(yùn)行。

 

但在機(jī)械加工的世界里，不同的任務(wù)有不同的要求，這些不同的操作和材料中的許多對(duì)銑削主軸以及銑削主軸軸承都有完全相反的要求。材料可能從傳統(tǒng)的高合金鋼和鑄鐵到鋁、鈦和鎳合金，材料以及切割操作決定了必須施加的載荷和速度，對(duì)軸承有進(jìn)一步的影響。

 

很少有個(gè)別部件能像銑削主軸軸承那樣深刻地影響整體性能，軸承決定了速度、承載能力、精度和剛度，在運(yùn)行過程中軸承會(huì)影響主軸的工作溫度、振動(dòng)和噪音，機(jī)床必須非常精確、可靠，并且能夠?qū)崿F(xiàn)高水平的生產(chǎn)力。

 

優(yōu)化性能在很大程度上取決于為正確的加工應(yīng)用選擇正確的軸承，無論您是OEM的機(jī)床主軸設(shè)計(jì)師，還是維護(hù)、維修和大修車間，在選擇軸承時(shí)，最終用途應(yīng)用的需求都至關(guān)重要。

 

比較不同工作的需求，在給定的機(jī)械加工應(yīng)用中，速度、載荷和其他因素可能會(huì)發(fā)生巨大變化，精切削用于以最小的顫振產(chǎn)生卓越的表面光潔度，而粗切削則在最短的時(shí)間內(nèi)去除最多的材料。

 

精加工切削是淺而精確的，刀具直徑小，主軸速度很高，進(jìn)給速度很低（刀具通過工件的線速度），因此，它們產(chǎn)生的刀具負(fù)載很低，但要求主軸在很高的速度下運(yùn)行良好。

 

粗切削是深而寬的，大直徑刀具以相對(duì)較慢的主軸速度以非常高的進(jìn)給速度運(yùn)行，從而在主軸軸承支撐的刀具上產(chǎn)生明顯更高的負(fù)載量。

 

上述不同條件中的每一種都對(duì)銑削主軸軸承本身提出了獨(dú)特的要求，考慮到粗切削和精切削的需求是相反的，需要不同的軸承性能（低速/高負(fù)載與高速/低負(fù)載），隨著速度的增加，主軸軸承內(nèi)每個(gè)滾珠上的離心力也會(huì)增加。

 

這種離心力徑向作用在遠(yuǎn)離軸承旋轉(zhuǎn)中心的位置（假設(shè)為旋轉(zhuǎn)參考系），外滾道防止?jié)L珠從軸承中拋出，隨著離心力的增加，滾道和滾珠之間的接觸應(yīng)力升高，增加的離心力也會(huì)將每個(gè)球與外滾道接觸的點(diǎn)推向滾道的底部。

 

然而，球和內(nèi)滾道之間會(huì)發(fā)生完全相反的情況，導(dǎo)致內(nèi)外接觸角不相等，這種現(xiàn)象被稱為接觸角偏移，因?yàn)榍蚴且粋€(gè)固體，所以它只能有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，因此接觸角偏移的增加會(huì)導(dǎo)致滑動(dòng)、更大的熱量產(chǎn)生、更高的工作溫度和球表面磨損的增加。

 

將離心力增加的影響最小化的一種方法是簡(jiǎn)單地減少球的重量，有兩種方法可以做到這一點(diǎn)，一是減小球體的尺寸，二是使用陶瓷球，陶瓷球比鋼球輕40%。較輕的球產(chǎn)生較低的離心力，該離心力不能完全抵消由陶瓷的較高彈性模量引起的較高接觸應(yīng)力，然而，較低的離心力減少了接觸角偏移，從而減少了由滑動(dòng)引起的熱量產(chǎn)生。

 

第二種方法是增加滾道半徑，滾道半徑和球直徑之間的關(guān)系被稱為滾道曲率，在數(shù)學(xué)上被描述為滾道半徑除以球直徑，以百分比表示，例如，如果滾道半徑為0.5 mm，球直徑為1 mm，則滾道曲率為50%。50%的滾道曲率意味著線與線接觸，軸承不會(huì)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，因此曲率總是大于50%。

 

低于54%的曲率被認(rèn)為是閉合的，而較大的曲率則被認(rèn)為是開放的，具有閉合曲率的軸承更善于承載負(fù)載，但會(huì)產(chǎn)生更多熱量，而開放式軸承運(yùn)行速度更快，但容量降低。

 

使用這兩種措施中的任何一種來提高軸承的轉(zhuǎn)速，都會(huì)大大降低軸承的承載能力，從而降低主軸的粗切削能力，通常，對(duì)于給定的ISO尺寸系列，有兩到三種設(shè)計(jì)可供選擇，這些設(shè)計(jì)結(jié)合了各種球體尺寸和曲率，以優(yōu)化特定切削輪廓的性能。

 

這就是為什么考慮機(jī)器的預(yù)期工作循環(huán)很重要，這樣才能選擇最佳的軸承設(shè)計(jì)和球體材料，一些例子如下。

 

設(shè)計(jì)用于重型工具負(fù)載的主軸應(yīng)具有最大鋼球的軸承，這些鋼球?qū)⑦m合軸承橫截面（>軸承截面的50%）以及閉合滾道曲率，以減少滾道和鋼球之間的接觸應(yīng)力。大的球直徑和閉合的曲率適合與粗加工相關(guān)的重負(fù)載和較慢的速度，粗加工的范圍可能在500rpm和1500rpm之間，這取決于刀具直徑、材料去除率和工件材料。大多數(shù)粗加工主軸使用潤(rùn)滑脂作為潤(rùn)滑方法，根據(jù)機(jī)器尺寸的不同，額定轉(zhuǎn)速為3500轉(zhuǎn)/分至7500轉(zhuǎn)/分。

 

當(dāng)為專用精加工切削設(shè)計(jì)更高速度的主軸選擇軸承時(shí)，應(yīng)以最大限度地減少熱量產(chǎn)生為指導(dǎo)原則，并且由于設(shè)計(jì)固有的過多熱量產(chǎn)生，上述大滾珠/閉曲率軸承變得不太理想。選擇具有開放曲率的小球設(shè)計(jì)（＜軸承截面的50%）將產(chǎn)生較低的熱量。高速精加工主軸在7500轉(zhuǎn)/分和24000轉(zhuǎn)/分之間運(yùn)行，并使用計(jì)量空氣/油作為潤(rùn)滑方法，根據(jù)機(jī)器尺寸的不同，專用粗加工主軸的額定轉(zhuǎn)速通常在15000轉(zhuǎn)/分到30000轉(zhuǎn)/分之間。

 

如果設(shè)計(jì)目標(biāo)是使主軸既能在較低速度下進(jìn)行重切削，又能在較高速度下進(jìn)行精細(xì)切削，那么必須選擇能夠滿足這些相反需求的軸承。這些需求以及介于兩者之間的一切，對(duì)于垂直加工中心來說非常常見。設(shè)計(jì)者應(yīng)該尋求一種具有平衡能力的精密軸承，以彌補(bǔ)這一差距。中等滾珠設(shè)計(jì)的軸承（約占軸承截面的50%）具有適度的開放曲率，將產(chǎn)生較低的發(fā)熱量和良好的承載能力。需要執(zhí)行粗加工和精加工操作的磨機(jī)的速度低至500轉(zhuǎn)/分，高達(dá)12500轉(zhuǎn)/分。并且使用潤(rùn)滑脂或計(jì)量空氣/油作為潤(rùn)滑方法。多用途主軸的額定轉(zhuǎn)速通常為7500轉(zhuǎn)/分至15000轉(zhuǎn)/分，具體取決于機(jī)器尺寸。

 

當(dāng)主軸的工作循環(huán)由高速精加工操作主導(dǎo)時(shí)，通常會(huì)選擇陶瓷球。除了較低的密度/重量外，陶瓷球的彈性模量比鋼球的彈性模量更高，從而產(chǎn)生更小的接觸橢圓（由球和環(huán)的彈性變形引起的滾道之間的接觸面積的形狀）。接觸面積越小，在相同載荷下，球和滾道間的接觸應(yīng)力就越高。如果外部載荷不會(huì)在滾珠和滾道之間產(chǎn)生過大的應(yīng)力，那么軸承將因接觸面積較小而產(chǎn)生較少的熱量。