摘要：通過理論分析與實驗研究，對比分析了兩種類型主軸單元的溫升、振動特性，為陶瓷球軸承的實際應用提供一定的依據(jù)。
近年來，國外生產的數(shù)控機床或加工中心，其主軸系統(tǒng)很多都采用了陶瓷軸承和電機主軸結構。國內在這方面的研究尚處于起步階段。
1 數(shù)控機床主軸單元與高速主軸軸承
超高速切削是以優(yōu)質、高效為特征的先進制造技術，它可以帶動高速切削機理、高速主軸單元、高加減速直線進給電機、高性能控制系統(tǒng)等一系列相關單元技術的發(fā)展。高速主軸單元是實現(xiàn)高速、優(yōu)質加工的最關鍵的技術領域之一，同時也是高速加工機床最為關鍵的部件。現(xiàn)代高速機床主軸多數(shù)采用的是內裝式主軸電機一體化的主軸單元，即所謂電主軸。電主軸是機床高速主軸單元的一種較理想結構。
高速主軸單元的核心是高速精密軸承，其性能好壞將直接影響主軸單元的工作性能。 隨著速度的提高，軸承的溫度升高，振動和噪音增大，壽命降低。因此，提高主軸轉速的前提是研制開發(fā)出性能優(yōu)良的高速主軸軸承。目前，在高速主軸單元中，主軸的支承主要采用磁浮軸承、液體動靜壓軸承、陶瓷球軸承三種形式。 磁浮軸承的高速性能好、精度高，容易實現(xiàn)診斷和在線監(jiān)控。但實踐表明，這種軸承由于電磁測控系統(tǒng)過于復雜，至今未能得到廣泛應用。液體動靜壓軸承綜合了液體靜壓軸承和液體動壓軸承的優(yōu)點。但這種軸承必須根據(jù)具體機床專門進行設計，單獨生產，標準化程度低，維護保養(yǎng)也困難。
目前，應用最多的高速主軸軸承還是混合陶瓷球軸承。即滾動體使用熱壓或熱等靜壓Si3N4陶瓷球，軸承套圈仍為鋼圈。這種軸承標準化程度高，價格低，對機床結構改動小，便于維護保養(yǎng)，特別適合高速運行場合。它的K值已超過2.7×106。為了增加軸承的使用壽命，可增加滾道的耐磨性，對滾道進行涂層處理或其他表面處理。
2 試驗研究
試驗條件
所用陶瓷球的材料為HIPSN(熱等靜壓Si3N4)，精度等級是G3級，裝配時球與套圈按規(guī)值精細選配。該軸承采用“小珠密珠”結構，并使用外圈薄形保持架。試驗中所用鋼軸承與陶瓷球軸承具有相同的結構參數(shù)。
本試驗采用熱電偶測溫法測量主軸前端軸承外圈的溫升。又利用PDB測量高速電主軸前、后端的振動頻譜。分析兩種軸承對電主軸運轉精度的影響。 |
