主軸作為機(jī)床的關(guān)鍵部件，其性能會(huì)直接影響到機(jī)床的旋轉(zhuǎn)精度、轉(zhuǎn)速、剛性、溫升及噪音等參數(shù)，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(biāo)。因此，為了保持的機(jī)床加工能力，必須配用高性能的軸承。用于機(jī)床主軸上的軸承精度應(yīng)為ISO P5或以上(P5 或P4 是ISO的精度等級(jí)，通常從低到高為P0, P6, P5, P4, P2)，而對(duì)于數(shù)控機(jī)床、加工中心等高速、高精密機(jī)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型。
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的使用為廣泛。我們都知道角接觸球軸承的滾動(dòng)體是球;因?yàn)樗且环N點(diǎn)接觸 (區(qū)別于滾子軸承的線接觸)，所以它能提供更高的轉(zhuǎn)速、更小的發(fā)熱量和更高的旋轉(zhuǎn)精度。在一些超高速的主軸應(yīng)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(tǒng)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(zhuǎn)速、耐高溫、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，從而滿足高端客戶對(duì)機(jī)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(zhuǎn)速性能，而25?的接觸角具有較高的軸向承載能力。由于預(yù)載的選擇對(duì)于精密角接觸球軸承應(yīng)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(yù)載;而針對(duì)一些高轉(zhuǎn)速、高精度的應(yīng)用場(chǎng)合，我們?cè)谳S承的早期選型中，需要注意選擇合適的預(yù)載，一般輕預(yù)載比較常見。預(yù)載一般分成輕型、中型、重型三種;為了方便客戶的使用，目前世界上的幾大軸承制造商都普遍提供預(yù)先研磨軸承端面而加預(yù)載的軸承，也就是我們通常所說的萬(wàn)能配對(duì)精密角接觸球軸承形式。該類軸承免去了客戶的預(yù)載調(diào)節(jié)，從而節(jié)省了安裝時(shí)間。
精密圓錐滾子軸承
在一些重載且對(duì)速度有一定要求的機(jī)床應(yīng)用場(chǎng)合中---如鍛件的荒磨、石油管道的車絲機(jī)、重型車床和銑床等，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接觸的設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)，它能很好的降低軸承運(yùn)轉(zhuǎn)扭矩和發(fā)熱，從而確保主軸的轉(zhuǎn)速和精度。由于圓錐滾子軸承能夠在安裝過程中調(diào)節(jié)軸向預(yù)載(游隙)，這能讓客戶在軸承的整個(gè)使用周期中更好地優(yōu)化軸承游隙調(diào)節(jié)。
此外，在一些內(nèi)圈擋邊線速度大于30米/秒的高速應(yīng)用中，某些特殊設(shè)計(jì)的圓錐滾子軸承也能滿足要求，如TSMA軸承或Hydra-Rib液力浮動(dòng)擋邊軸承。TSMA軸承的擋邊有多個(gè)軸向方向的潤(rùn)滑油孔，可采用循環(huán)油潤(rùn)滑或油霧潤(rùn)滑，離心力可將油分布到滾子與擋邊接觸區(qū)，從而能更充分地潤(rùn)滑軸承，提高軸承轉(zhuǎn)速。而Hydra-Rib液力浮動(dòng)擋邊軸承是專為優(yōu)化主軸系統(tǒng)的預(yù)載而設(shè)計(jì)，軸承有可浮動(dòng)的擋邊，與滾子大端接觸，不像常見的軸承有固定內(nèi)圈擋邊;且該浮動(dòng)擋邊由“壓力”系統(tǒng)定位，這樣就能保證軸承在各個(gè)工況條件下都能發(fā)揮優(yōu)異的性能, 并且已經(jīng)成功的在國(guó)內(nèi)客戶中使用。
對(duì)于圓錐滾子軸承的精度選擇而言，ISO P5級(jí)的軸承主要應(yīng)用在傳統(tǒng)的車床和銑床中;如果是加工中心、磨床等應(yīng)用，通常會(huì)選擇ISO P4或以上的精密軸承。在主軸設(shè)計(jì)中，比較常見的圓錐滾子軸承布局有兩種。 種是前端和后端各采用一個(gè)圓錐滾子軸承，并采用面對(duì)面的安裝方式;這類設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，剛度高且便于安裝和調(diào)節(jié)。
第二種是采用兩個(gè)圓錐滾子軸承面對(duì)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(nèi)圈的軸承(TDO)作為浮動(dòng)端使用;由于具有浮動(dòng)能力，這類設(shè)計(jì)能很好的承受主軸的軸向熱膨脹，且剛度很高，保證了機(jī)床的精度。
精密圓柱滾子軸承
在機(jī)床主軸的應(yīng)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(yīng)用。此類軸承能承受較大的徑向載荷并允許有較高的轉(zhuǎn)速。軸承中的兩列滾子以交叉方式排列，旋轉(zhuǎn)時(shí)波動(dòng)頻率比單列軸承大幅提高，振幅降低60%~70%。此類軸承通常有兩種形式：NN30、NN30K兩個(gè)系列軸承內(nèi)圈帶擋邊，外圈可分離;NNU49、NNU49K兩個(gè)系列軸承外圈帶擋邊，內(nèi)圈可分離，其中NN30K和NNU49K系列內(nèi)圈為錐孔(錐度 1：12)，與主軸的錐形軸頸配合，軸向移動(dòng)內(nèi)圈，可使內(nèi)圈脹大，這樣軸承游隙可以被減小甚至預(yù)緊軸承(負(fù)游隙狀態(tài))。圓柱孔軸承通常采用熱裝，利用過盈配合減小軸承游隙，或者預(yù)緊軸承。對(duì)內(nèi)圈可分離的NNU49系列軸承，一般在內(nèi)圈裝上主軸后再對(duì)滾道精加工，以提高主軸旋轉(zhuǎn)精度。