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高速电主轴轴承有哪些类型


  用在高速主轴单元上的轴承主要有角接触球轴承、磁悬浮轴承、液体静压轴承、空气静压轴承。
  高速主轴的轴承大多用压力角为15或25的角接触滚珠轴承,其精度等级以精密级(C级)和超精密级(B级)为主.影响角接触球轴承高速性能的主要原因是高速下作用在滚珠上的离心力和陀螺力矩增大. 离心力增大会增加滚珠与滚道间的摩擦,而陀螺力矩增大则会使滚珠与滚道间产生滑动摩擦, 使轴承摩擦发热加剧, 因而降低轴承的寿命.为了提高轴承的高速性能, 常采用两种方法: 一是减小滚珠的直径,如采用已标准化的71900 系列 主轴轴承;   另一种则是采 用新型的陶瓷(Si3N4)材料做滚珠, 由于Si3N4 陶瓷材料的密度仅为轴承钢的 40% , 摩擦系数低, 因而这种轴承的高速性能明显高于全钢轴承. 目前国外绝大多数高速机床主轴均采用这种轴承, 如德国GMN公司和瑞士STEP - TEC 公司用于加工中心和铣床的电主轴全部采用了陶瓷球轴承。
  液体静压轴承高速主轴, 其轴承元件的几何形状进行优化设计, 转速特征值可达1*10的6次方, 轴径为 30 mm 的主轴, 其最高转速可达30000r / min 以上. 静压轴承为减少高速运转发热,轴径不宜过大, 因而与滚珠轴承主轴相比,其径向刚度较低.但轴向刚度远超过滚珠轴承主轴, 因为滚珠轴承受离心力限制,其压力角一般为15 或25 , 故轴向刚度较小.对于轴向切削力较大的加工场合, 如采用球头铣刀加工工具或模具时,宜采用液体静压轴承主轴. 另外,液体静压轴承的油膜具有很大的阻尼, 动态刚度很高, 特别适合于铣削的断续切削过程. 美国 I nge r so ll 公司 在其生产的电主轴单元中主要采用其拥有专利技术的流体静压轴承。
  空气静压轴承高速主轴, 其转速特征值可达 2.7*10的6次方r/min, 最高转速可达100000r/min. 采用金刚石刀具可以进行镜面铣削, 加工各种复杂的高精度形面.气体静压轴承主轴的优点在于高回转精度、高转速和低温升, 因而主要适合于工件形状精度和表面粗糙度有高的要求的场合. 它的缺点是承载能力较低, 不适合于材料切除量较大的应用场合. 此外它要求高清洁度的压缩空气, 故使用费用和维护费用较高. 为防止主轴过载而出现主轴卡死而造成严重损坏, 故对其使用条件要作仔细的分析。
  磁浮轴承高速主轴可以达到更 高的主轴转速, 磁浮主轴的转子由两个径向和两个轴向轴承支承, 转子与支承间隙一般在 0.1 mm左右, 由于空气间隙的摩擦热量很小, 故磁浮主轴的转速特征值可达 1* 10的6次方r / min, 是滚珠轴承主轴的两倍. 若主轴的最高转速相同,则磁浮主轴可采用较大的轴径,有较高的刚性( 约为滚珠轴承主轴的10倍) 和较大的承载能力. 磁浮主轴的优点是高精度、 高转速和高刚度. 缺点是不仅机械结构复杂, 而且需要一整套的传感器系统和控制电路, 另外必须有很好的冷却系统, 否则主轴的温升会很大, 影响工件的加工精度, 由于价格昂贵, 至今没有得到广泛应用。
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