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现如今,市场对支撑高效生产系统的机床的需求正在向高度化、复杂化发展。滚动轴承(以下称为轴承)作为机床的旋转部分,是不可忽略的一环,其性能直接影响机床的性能。

机床的发展动向

机床目前正在向几个大的方向转变,首先是5轴加工机和复合加工机应用的增多。5轴加工机和复合加工机在1990年后半期左右开始在市场上出现,现在已经在市场上广泛普及了,特点是除了切削加工,还附加了研磨加工、检测以及工件搬运机器人等功能。另外,现在还有进一步增加控制轴数量的动向,一种更加复合化的倾向。其次是机床变得更加容易操作。比如在机床中设置自动修正加工中的机械热变位的功能;检查磨具和工件互相干涉的功能;监视运行中的主轴状态的功能(涉及温度、振动、变位等);以及设备的智能化。这些改变都将使机床变得更加容易操作。然后就是机床向高精度、微细加工的发展。这提高了DD电机或直线型电机等构成要素的性能后,使副精密级的位置决定精度成为了可能。另外就是机床变得更加节省空间。目前,对于大批量生产线的紧凑机的高机能化的要求也很显着。为了更加抑制设备的宽度,提高其维护性,设备宽度1000mm的5轴加工机现已问世。最后一点就是机床正在向减少环境负荷的方向发展。油气润滑的空气流量减少和从油气润滑到脂润滑的切换等,市场上出现了很多意识到环境问题而设计的机床。

主轴用轴承的技术动向

1.高速性和高刚性的并存

在机床向复合化发展的背景下,这种多品种少批量生产、变品种变批量生产以及工程总和的倾向变得更高。把在多个机械上加工多个工件总合成在一台机床上,或把粗加工、精加工等多个工程总合成少数工程,来对提高生产性能和节省空间做贡献。因此,对于机床主轴,有了从低速旋转重切削开始向高速旋转轻切削的广范围加工发展的需要,作为轴承,要求高速和高刚性的并存。对于高速,轴承单个的dmn值(轴承的P.C.D.×旋转速度),实现了角接触球轴承为400~500万,圆柱滚子轴承为200~300万,适应了机床的要求。但是,重视高速的话,对于刚性就会不利。为此主轴的设计,不得不同时重视高速性和高刚性的情况很多。从这里也能看出,维持高速性,并在重切削侧具有必要的刚性是今后轴承开发的一个课题。

2.新润滑方式

润滑大致分为油润滑和脂润滑。一般重视高速加工的场合采用油润滑,低速旋转且重视成本、使用性以及减少环境负荷的场合采用脂润滑。但是随着机床的进步,希望有一种能同时满足两种加工场合的润滑方式。

作为轴承厂商,对油润滑进行改良,维持高速加工的同时又能节省能源和提高环保性能,或者改善脂润滑的技术的开发正在进行中。也就是说,润滑技术是对轴承性能有很大影响的要素,今后需要展开的课题还有很多。

3.轴承的设计

机床主轴用轴承,根据高速、高刚性、减少环境负荷等各种要求性能,JTEKT公司目前提供R、C、D、F四种型号的高性能角接触球轴承系列(图)。R型球径小球数多,为重视刚性的设计;C型球径大,使用陶瓷球,为重视寿命的设计;D型为在油的供给方法上下功夫重视高速性的设计;F型为考虑离心力,比D型更能适应高速的设计。用户可以根据使用需要选择最合适的型号,各轴承的主尺寸都是按照ISO标准,轴或外壳的最低限度的设计变更可替换过去的产品,也能对应提高已有设备的性能。

高性能轴承的性能相比较原来的高速型轴承(ACH系列),R型轴承的高速界限提高到了原来轴承的约1.3倍,温度上升减少了20%~30%.滚动体采用陶瓷材料的R型轴承,C型轴承同样,和原来轴承相比也有同样的倾向,使根据使用时的旋转速度重视刚性的R型设计和重视负荷能力的C型设计的选择成为了可能。根据高性能轴承高速性能的提高和减少温度上升的效果,高速旋转主轴的采用刚性优秀的定位预紧也成为了可能。

在脂润滑条件下,滚动体使用陶瓷的R型轴承和油气润滑条件下和原来轴承的升温特性的比较试验结果是,高性能轴承在原来轴承需要油气润滑的领域确认可以使用脂润滑,有防止油的飞散导致的环境负荷下降,润滑装置废弃导致的成本降低等的效果。关于R型号,封入适量润滑脂的付密封圈型也已渐渐提升标准。

这些R、C型的轴承和原来轴承同样有能使用脂润滑或油气润滑这两种润滑方法的标准型,但是能使用在更加高速旋转的有油气润滑专用型D、F两种,这是采用了考虑这些轴承高速旋转时发生的风障的影响而开发的轴承形状。

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