軸承作為機床主軸和轉臺的核心部件，對機床的運行表現起到了舉足輕重的作用。本文主要闡述主軸軸承的選型以及轉臺軸承的選型。
一、主軸軸承
主軸（見(jiàn)圖1）作為機床的關(guān)鍵部件，其性能會(huì )直接影響到機床的旋轉精度、轉速、剛性、溫升及噪音等參數，進(jìn)而會(huì )影響工件的加工質(zhì)量，例如零件的尺寸精度，表面粗糙度等指標。因此，為了保持優(yōu)秀的機床加工能力，必須配用高性能的軸承。用于機床主軸上的軸承精度應為ISO P5或以上（P5 或P4 是ISO的精度等級，通常從低到高為P0, P6, P5, P4, P2），而對于數控機床、加工中心等高速、高精密機床的主軸支承，則需選用ISO P4或以上的精度；主軸軸承包括角接觸球軸承、圓錐滾子軸承，以及圓柱滾子軸承等類(lèi)型。
機床主軸和轉臺軸承選型指南
圖1. 機床主軸
精密角接觸球軸承
在上述的幾種軸承中，以精密角接觸球軸承（見(jiàn)圖2）的使用最為廣泛。我們都知道角接觸球軸承的滾動(dòng)體是球；因為它是一種點(diǎn)接觸 （區別于滾子軸承的線(xiàn)接觸），所以它能提供更高的轉速、更小的發(fā)熱量和更高的旋轉精度。在一些超高速的主軸應用場(chǎng)合，還會(huì )采用陶瓷球（一般為Si3N4或者是Al2O3）的混合型軸承。與傳統的全淬透鋼球相比，陶瓷球材料自身的特點(diǎn)賦予了陶瓷球軸承具有高剛度、高轉速、耐高溫、壽命長(cháng)的特點(diǎn)，從而滿(mǎn)足高端客戶(hù)對機床軸承產(chǎn)品的需求。
就角接觸球軸承的接觸角而言，目前比較流行的是15°和25°的接觸角；通常15°的接觸角具有比較高的轉速性能，而25°的接觸角具有較高的軸向承載能力。由于預載的選擇對于精密角接觸球軸承應用的影響非常大，例如，在高承載、高剛性的場(chǎng)合，一般會(huì )選用中型或重型的軸承預載；而針對一些高轉速、高精度的應用場(chǎng)合，我們在軸承的早期選型中，需要注意選擇合適的預載，一般輕預載比較常見(jiàn)。預載一般分成輕型、中型、重型三種；為了方便客戶(hù)的使用，目前世界上的幾大軸承制造商都普遍提供預先研磨軸承端面而加預載的軸承，也就是我們通常所說(shuō)的萬(wàn)能配對精密角接觸球軸承形式。該類(lèi)軸承免去了客戶(hù)的預載調節，從而節省了安裝時(shí)間。
機床主軸和轉臺軸承選型指南
圖2. 精密角接觸球軸承
精密圓錐滾子軸承
在一些重載且對速度有一定要求的機床應用場(chǎng)合中---如鍛件的荒磨、石油管道的車(chē)絲機、重型車(chē)床和銑床等，選擇精密圓錐滾子軸承是一種比較理想的方案。由于圓錐滾子軸承的滾子是線(xiàn)接觸的設計，因此它能為主軸提供很高的剛性和承載；另外，圓錐滾子軸承是一種純滾動(dòng)的軸承設計，它能很好的降低軸承運轉扭矩和發(fā)熱，從而確保主軸的轉速和精度。由于圓錐滾子軸承能夠在安裝過(guò)程中調節軸向預載（游隙），這能讓客戶(hù)在軸承的整個(gè)使用周期中更好地優(yōu)化軸承游隙調節。
此外，在一些內圈擋邊線(xiàn)速度大于30米/秒的高速應用中，某些特殊設計的圓錐滾子軸承也能滿(mǎn)足要求，如TSMA軸承或Hydra-Rib液力浮動(dòng)擋邊軸承（見(jiàn)圖3）。TSMA軸承的擋邊有多個(gè)軸向方向的潤滑油孔，可采用循環(huán)油潤滑或油霧潤滑，離心力可將油分布到滾子與擋邊接觸區，從而能更充分地潤滑軸承，提高軸承轉速。而Hydra-Rib液力浮動(dòng)擋邊軸承是專(zhuān)為優(yōu)化主軸系統的預載而設計，軸承有可浮動(dòng)的擋邊，與滾子大端接觸，不像常見(jiàn)的軸承有固定內圈擋邊；且該浮動(dòng)擋邊由“壓力”系統定位，這樣就能保證軸承在各個(gè)工況條件下都能發(fā)揮最優(yōu)異的性能， 并且已經(jīng)成功的在國內客戶(hù)中使用。
機床主軸和轉臺軸承選型指南
圖3. 帶有液力浮動(dòng)擋邊軸承的主軸設計
對于圓錐滾子軸承的精度選擇而言，ISO P5級的軸承主要應用在傳統的車(chē)床和銑床中；如果是加工中心、磨床等應用，通常會(huì )選擇ISO P4或以上的精密軸承。在主軸設計中，比較常見(jiàn)的圓錐滾子軸承布局有兩種。第一種是前端和后端各采用一個(gè)圓錐滾子軸承，并采用面對面的安裝方式（見(jiàn)圖4）；這類(lèi)設計結構緊湊，剛度高且便于安裝和調節。
機床主軸和轉臺軸承選型指南
圖4. 單列圓錐滾子軸承成對安裝
第二種是采用兩個(gè)圓錐滾子軸承面對面安裝作為主軸的前端，而后端使用一個(gè)雙外圈、兩個(gè)單內圈的軸承（TDO）作為浮動(dòng)端使用（見(jiàn)圖5）；由于具有浮動(dòng)能力，這類(lèi)設計能很好的承受主軸的軸向熱膨脹，且剛度很高，保證了機床的精度。
機床主軸和轉臺軸承選型指南
圖5. 前端單列圓錐滾子軸承成對安裝，后端TDO
精密圓柱滾子軸承
在機床主軸的應用中，雙列精密圓柱滾子軸承也會(huì )被使用到，通常與精密角接觸球軸承或推力軸承組合應用。此類(lèi)軸承能承受較大的徑向載荷并允許有較高的轉速。軸承中的兩列滾子以交叉方式排列，旋轉時(shí)波動(dòng)頻率比單列軸承大幅提高，振幅降低60%~70％。此類(lèi)軸承通常有兩種形式：NN30、NN30K兩個(gè)系列軸承內圈帶擋邊，外圈可分離；NNU49、NNU49K兩個(gè)系列軸承外圈帶擋邊，內圈可分離，其中NN30K和NNU49K系列內圈為錐孔（錐度1：12），與主軸的錐形軸頸配合，軸向移動(dòng)內圈，可使內圈脹大，這樣軸承游隙可以被減小甚至預緊軸承（負游隙狀態(tài)）。圓柱孔軸承通常采用熱裝，利用過(guò)盈配合減小軸承游隙，或者預緊軸承。對內圈可分離的NNU49系列軸承，一般在內圈裝上主軸后再對滾道精加工，以提高主軸旋轉精度。
附表一：各類(lèi)主軸軸承性能比較
機床主軸和轉臺軸承選型指南
*單列軸承只在單一方向承受軸向力。
附表二：軸承精度等級
機床主軸和轉臺軸承選型指南
二、轉臺軸承
數控機床中常用的回轉工作臺有分度工作臺和數控回轉工作臺。數控機床在加工某些零件的時(shí)候，除了需要X,Y,Z三個(gè)坐標軸的直線(xiàn)進(jìn)給運動(dòng)外，有時(shí)候還需要有繞X,Y,Z三個(gè)坐標軸的圓周運動(dòng)，我們分別稱(chēng)為A,B,C軸（見(jiàn)圖6）。
機床主軸和轉臺軸承選型指南
圖6.機床坐標軸
數控回轉工作臺可用來(lái)實(shí)現圓周進(jìn)給運動(dòng)。數控回轉工作臺（簡(jiǎn)稱(chēng)數控轉臺）除了可以實(shí)現圓周進(jìn)給運動(dòng)之外，還可以完成分度運動(dòng)。而分度工作臺的功用只是將工件轉位換面，和自動(dòng)換刀裝置配合使用，實(shí)現工件一次安裝能完成幾個(gè)面的多種工序，因此，大大提高了工作效率。數控轉臺的外形和分度工作臺沒(méi)有多大差別，但在結構上則具有一系列的特點(diǎn)。由于數控轉臺能實(shí)現進(jìn)給運動(dòng)，所以它在結構上和數控機床的進(jìn)給驅動(dòng)機構有許多共同之處。不同點(diǎn)是驅動(dòng)機構實(shí)現的是直線(xiàn)進(jìn)給運動(dòng)，而數控轉臺實(shí)現的是圓周進(jìn)給運動(dòng)。
回轉工作臺廣泛地使用于各種數控銑床、鏜床、各種立車(chē)、立銑等機床上。除了要求回轉工作臺能很好地承受工件重量外，還需要保證其在承載下的回轉精度。轉臺軸承，作為轉臺的核心部件，在轉臺運行過(guò)程中，不僅要具有很高的承載能力，還需具備高回轉精度、高抗傾覆能力、以及較高的轉速能力等。在回轉工作臺設計中，使用的比較多的軸承類(lèi)型大致分為這么幾種：
推力球軸承+圓柱滾子軸承
推力球軸承能承受一定的軸向力，所以該軸承主要用于承受工件的重量；而圓柱滾子軸承主要用于徑向的定位和承受外部的徑向力（例如切削力、銑削力等）。該類(lèi)設計應用廣泛，并且成本也相對比較的低廉。由于推力球是一種點(diǎn)接觸的軸承，所以它的軸向承載力相對比較有限，主要用于小型或中型的機床回轉工作臺中。此外推力球的潤滑也比較困難。
靜壓軸承+精密圓柱滾子軸承
靜壓軸承是一種靠外部供給壓力油，在軸承內建立靜壓承載油膜以實(shí)現液體潤滑的滑動(dòng)軸承。液體靜壓軸承從起動(dòng)到停止始終在液體潤滑下工作，所以沒(méi)有磨損，使用壽命長(cháng)，起動(dòng)功率??；此外，這種軸承還具有旋轉精度高，油膜剛度大，能抑制油膜振蕩等優(yōu)點(diǎn)。精密圓柱滾子軸承具有很好的徑向承載力，并且由于采用了精密級的軸承，回轉工作臺的回轉精度也能得到很好地保證。使用該類(lèi)設計的回轉工作臺能承受很高的軸向力，有些工件的重量超過(guò)200噸以上，轉臺直徑超過(guò)10米。但是該類(lèi)設計也有一些不足之處，由于靜壓軸承必須附帶一套專(zhuān)用的供油系統來(lái)供給壓力油，維護比較復雜，而且成本也比較高。
交叉滾子軸承
交叉滾子軸承在轉臺上的應用也比較的普遍。交叉滾子軸承的特征是軸承中有兩個(gè)滾道， 兩排交叉排列的滾子。與傳統的推力軸承+徑向定心軸承組合相比，交叉滾子軸承結構緊湊， 體積小巧，并簡(jiǎn)化了工作臺設計，從而降低了轉臺的成本。
2384326522