現(xiàn)如今，市場對支撐高效生產(chǎn)系統(tǒng)的機(jī)床的需求正在向高度化、復(fù)雜化發(fā)展。滾動軸承(以下稱為軸承)作為機(jī)床的旋轉(zhuǎn)部分，是不可忽略的一環(huán)，其性能直接影響機(jī)床的性能。
機(jī)床的發(fā)展動向
機(jī)床目前正在向幾個大的方向轉(zhuǎn)變，首先是5軸加工機(jī)和復(fù)合加工機(jī)應(yīng)用的增多。5軸加工機(jī)和復(fù)合加工機(jī)在1990年后半期左右開始在市場上出現(xiàn)，現(xiàn)在已經(jīng)在市場上廣泛普及了，特點是除了切削加工，還附加了研磨加工、檢測以及工件搬運機(jī)器人等功能。另外，現(xiàn)在還有進(jìn)一步增加控制軸數(shù)量的動向，一種更加復(fù)合化的傾向。其次是機(jī)床變得更加容易操作。比如在機(jī)床中設(shè)置自動修正加工中的機(jī)械熱變位的功能;檢查磨具和工件互相干涉的功能;監(jiān)視運行中的主軸狀態(tài)的功能(涉及溫度、振動、變位等);以及設(shè)備的智能化。這些改變都將使機(jī)床變得更加容易操作。然后就是機(jī)床向高精度、微細(xì)加工的發(fā)展。這提高了DD電機(jī)或直線型電機(jī)等構(gòu)成要素的性能后，使副精密級的位置決定精度成為了可能。另外就是機(jī)床變得更加節(jié)省空間。目前，對于大批量生產(chǎn)線的緊湊機(jī)的高機(jī)能化的要求也很顯著。為了更加抑制設(shè)備的寬度，提高其維護(hù)性，設(shè)備寬度1000mm的5軸加工機(jī)現(xiàn)已問世。最后一點就是機(jī)床正在向減少環(huán)境負(fù)荷的方向發(fā)展。油氣潤滑的空氣流量減少和從油氣潤滑到脂潤滑的切換等，市場上出現(xiàn)了很多意識到環(huán)境問題而設(shè)計的機(jī)床。
主軸用軸承的技術(shù)動向
1.高速性和高剛性的并存
在機(jī)床向復(fù)合化發(fā)展的背景下，這種多品種少批量生產(chǎn)、變品種變批量生產(chǎn)以及工程總和的傾向變得更高。把在多個機(jī)械上加工多個工件總合成在一臺機(jī)床上，或把粗加工、精加工等多個工程總合成少數(shù)工程，來對提高生產(chǎn)性能和節(jié)省空間做貢獻(xiàn)。因此，對于機(jī)床主軸，有了從低速旋轉(zhuǎn)重切削開始向高速旋轉(zhuǎn)輕切削的廣范圍加工發(fā)展的需要，作為軸承，要求高速和高剛性的并存。對于高速，軸承單個的dmn值(軸承的P.C.D.×旋轉(zhuǎn)速度)，實現(xiàn)了角接觸球軸承為400~500萬，圓柱滾子軸承為200~300萬，適應(yīng)了機(jī)床的要求。但是，重視高速的話，對于剛性就會不利。為此主軸的設(shè)計，不得不同時重視高速性和高剛性的情況很多。從這里也能看出，維持高速性，并在重切削側(cè)具有必要的剛性是今后軸承開發(fā)的一個課題。
2.新潤滑方式
潤滑大致分為油潤滑和脂潤滑。一般重視高速加工的場合采用油潤滑，低速旋轉(zhuǎn)且重視成本、使用性以及減少環(huán)境負(fù)荷的場合采用脂潤滑。但是隨著機(jī)床的進(jìn)步，希望有一種能同時滿足兩種加工場合的潤滑方式。
作為軸承廠商，對油潤滑進(jìn)行改良，維持高速加工的同時又能節(jié)省能源和提高環(huán)保性能，或者改善脂潤滑的技術(shù)的開發(fā)正在進(jìn)行中。也就是說，潤滑技術(shù)是對軸承性能有很大影響的要素，今后需要展開的課題還有很多。
3.軸承的設(shè)計
機(jī)床主軸用軸承，根據(jù)高速、高剛性、減少環(huán)境負(fù)荷等各種要求性能，JTEKT公司目前提供R、C、D、F四種型號的高性能角接觸球軸承系列(圖)。R型球徑小球數(shù)多，為重視剛性的設(shè)計;C型球徑大，使用陶瓷球，為重視壽命的設(shè)計;D型為在油的供給方法上下功夫重視高速性的設(shè)計;F型為考慮離心力，比D型更能適應(yīng)高速的設(shè)計。用戶可以根據(jù)使用需要選擇最合適的型號，各軸承的主尺寸都是按照ISO標(biāo)準(zhǔn)，軸或外殼的最低限度的設(shè)計變更可替換過去的產(chǎn)品，也能對應(yīng)提高已有設(shè)備的性能。
高性能軸承的性能相比較原來的高速型軸承(ACH系列)，R型軸承的高速界限提高到了原來軸承的約1.3倍，溫度上升減少了20%~30%.滾動體采用陶瓷材料的R型軸承，C型軸承同樣，和原來軸承相比也有同樣的傾向，使根據(jù)使用時的旋轉(zhuǎn)速度重視剛性的R型設(shè)計和重視負(fù)荷能力的C型設(shè)計的選擇成為了可能。根據(jù)高性能軸承高速性能的提高和減少溫度上升的效果，高速旋轉(zhuǎn)主軸的采用剛性優(yōu)秀的定位預(yù)緊也成為了可能。
在脂潤滑條件下，滾動體使用陶瓷的R型軸承和油氣潤滑條件下和原來軸承的升溫特性的比較試驗結(jié)果是，高性能軸承在原來軸承需要油氣潤滑的領(lǐng)域確認(rèn)可以使用脂潤滑，有防止油的飛散導(dǎo)致的環(huán)境負(fù)荷下降，潤滑裝置廢棄導(dǎo)致的成本降低等的效果。關(guān)于R型號，封入適量潤滑脂的付密封圈型也已漸漸提升標(biāo)準(zhǔn)。
這些R、C型的軸承和原來軸承同樣有能使用脂潤滑或油氣潤滑這兩種潤滑方法的標(biāo)準(zhǔn)型，但是能使用在更加高速旋轉(zhuǎn)的有油氣潤滑專用型D、F兩種，這是采用了考慮這些軸承高速旋轉(zhuǎn)時發(fā)生的風(fēng)障的影響而開發(fā)的軸承形狀。
