機(jī)床在國(guó)民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的建設(shè)中起著重大作用。為了支持機(jī)床技術(shù)的進(jìn)步，SIAIF致力于精密軸承的開發(fā)、制造與銷售，這些軸承也在全球支持著汽車制造業(yè)和非汽車制造業(yè)（例如醫(yī)療、能源、運(yùn)輸及航空航天行業(yè)）的發(fā)展。本文介紹SIAIF機(jī)床用精密軸承方面的技術(shù)。

1 引言

機(jī)床是指制造機(jī)器的機(jī)器，亦稱工作母機(jī)或工具機(jī)，習(xí)慣上簡(jiǎn)稱機(jī)床。機(jī)床的發(fā)展程度影響著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展程度。而作為機(jī)床的關(guān)鍵組件，軸承的發(fā)展也制約著機(jī)床的發(fā)展。

SIAIF在關(guān)注機(jī)床發(fā)展的同時(shí)，也努力研發(fā)與機(jī)床配套的軸承產(chǎn)品，特別是機(jī)床用精密軸承產(chǎn)品。本文根據(jù)SIAIF近年來(lái)發(fā)布的機(jī)床用精密軸承產(chǎn)品的情況，分析并總結(jié)出近期SIAIF在機(jī)床用精密軸承方面的技術(shù)。

2 機(jī)床用精密軸承產(chǎn)品

2.1 研發(fā)背景

近年來(lái)，為了滿足以汽車、飛機(jī)、IT等各種行業(yè)的多樣化發(fā)展需求，機(jī)床的性能不斷提高。在“機(jī)床”的“高速、高剛性、高精度”基本性能基礎(chǔ)上添加了以下性能：（1）工序復(fù)合化；（2）為實(shí)現(xiàn)曲面等復(fù)雜且高精度加工的五軸化；（3）小型化滿足節(jié)能、節(jié)省空間的需求；（4）為了提高操作性，NC（數(shù)控）設(shè)備多功能化；（5）為了提高可靠性，向機(jī)床加入狀態(tài)監(jiān)控結(jié)構(gòu)，并不斷開發(fā)出具有新功能和概念的機(jī)型。

2.2 研發(fā)情況

根據(jù)機(jī)床的技術(shù)動(dòng)向，將機(jī)床用精密軸承產(chǎn)品的發(fā)展分為三個(gè)時(shí)期：

第一個(gè)時(shí)期：人們需求的專業(yè)機(jī)床基本性能是提高軸承技術(shù)與產(chǎn)品的速度、剛性、精度等。出現(xiàn)了鋼球輕量化、適用于高速、高表面壓力的陶瓷球，同時(shí)還有為了抑制高速運(yùn)行時(shí)的離心力的小直徑滾動(dòng)體，控制潤(rùn)滑油攪拌產(chǎn)生的熱量、提高潤(rùn)滑可靠性的空氣油潤(rùn)滑等，使超高速運(yùn)轉(zhuǎn)成為可能。

第二個(gè)時(shí)期：持續(xù)提高了速度、剛性、精度等性能，此外，人們重視長(zhǎng)壽命和環(huán)保的重要性。這里的長(zhǎng)壽命是指，低成本（特別是和空氣油潤(rùn)滑相比）、環(huán)境負(fù)荷少的油潤(rùn)滑軸承的耐久性提高。例如，專為脂潤(rùn)滑設(shè)計(jì)的高速精密軸承，如高速長(zhǎng)壽命潤(rùn)滑脂；增強(qiáng)潤(rùn)滑脂保持力的軸承，如在兩側(cè)安裝密封件，在滾道表面安裝潤(rùn)滑脂袋（保持盡可能多的潤(rùn)滑脂）等。

“環(huán)保型”指的是節(jié)省能源和對(duì)地球環(huán)境好。具體來(lái)說(shuō)，如上所述，擴(kuò)大環(huán)境負(fù)荷少的脂潤(rùn)滑軸承高速區(qū)域的適用范圍；在空氣油潤(rùn)滑方面，潤(rùn)滑油與壓縮空氣的消耗量少，噴霧（油煙）的飛散量也很少。同時(shí)噪音低，意味著機(jī)械操作者的身體負(fù)荷少。例如，出現(xiàn)了使用專用噴嘴的環(huán)保型空氣油潤(rùn)滑軸承（將空氣油供應(yīng)到內(nèi)圈的外徑表面，并通過(guò)離心力將其供應(yīng)到軸承內(nèi)部）與外圈帶潤(rùn)滑孔的角接觸球軸承。

第三個(gè)時(shí)期：小型機(jī)床的開發(fā)盛行起來(lái)。其中對(duì)使用的小直徑軸承的技術(shù)要求也越來(lái)越嚴(yán)格。例如，小型機(jī)床中，為了節(jié)省主軸上的空間，不使用一般的外殼冷卻（外管冷卻）方法。向主軸中供應(yīng)壓縮空氣，也用作空氣冷卻和空氣密封。對(duì)于脂潤(rùn)滑軸承，壓縮空氣可能使?jié)櫥鞒鲚S承。因此有必要考慮這些因素。

3 SIAIF機(jī)床用精密軸承技術(shù)

3.1 高速、高剛性、高精度   

為了提高軸承的剛性，安裝時(shí)增加預(yù)載，可以有效增加軸承的載荷能力。但是，運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量增加，阻礙高速運(yùn)行，主軸的熱膨脹導(dǎo)致加工精度降低。因此，為了提高軸承的剛性，實(shí)現(xiàn)更快的操作，減少運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量至關(guān)重要。減少運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的熱量的具體方法有：使用陶瓷滾動(dòng)體元件、小直徑滾動(dòng)元件、軸承接觸角的優(yōu)化、改進(jìn)內(nèi)外圈滾道面形狀等。在這方面，SIAIF的研究人員已經(jīng)提出了將空氣冷卻技術(shù)應(yīng)用于軸承的“機(jī)床主軸用的氣冷墊片軸承”。

另外，軸承套圈使用耐磨損、抗膠合性能優(yōu)異的特殊軸承鋼。還改進(jìn)了高速運(yùn)行、高負(fù)載、高預(yù)緊力條件下，抵抗?jié)L道表面產(chǎn)生的高接觸表面壓力的能力。保持架材料由傳統(tǒng)的高強(qiáng)度黃銅制成，改為PEEK（聚醚醚酮）樹脂制成，保持架重量減少到1/4或者更少。對(duì)于空氣油潤(rùn)滑下的供油和排水，考慮到油脂潤(rùn)滑時(shí)油脂的滯留情況，設(shè)計(jì)了專用的保持架形狀。

空氣冷卻噴嘴偏移，延長(zhǎng)了冷卻空氣留在內(nèi)圈隔圈表面附近的時(shí)間，隨之冷卻空氣和內(nèi)環(huán)墊片表面的熱交換時(shí)間變長(zhǎng)，內(nèi)圈墊片的冷卻效果也會(huì)增加。

通過(guò)冷卻內(nèi)圈墊片，相鄰的軸承環(huán)也被冷卻。這樣，軸承內(nèi)圈與外圈的溫度差，可以抑制滾道表面的接觸應(yīng)力的增加。由此可以實(shí)現(xiàn)高速度和高剛性的兼容性。

此外，關(guān)于提高機(jī)床用精密軸承的精度，SIAIF設(shè)計(jì)出一種超高精度的軸承。使用1個(gè)軸承滾動(dòng)體直徑的相互差，管控軸承套圈圓度的角度分量，減少軸承的非重復(fù)性跳動(dòng)精度。SIAIF將支持0.3μm或更小的非重復(fù)性跳動(dòng)精度軸承，用于超高精度加工中心和車床主軸。

3.2 長(zhǎng)壽命、環(huán)保型

如上所述，這里的長(zhǎng)壽命特別指，與油氣潤(rùn)滑相比，油脂潤(rùn)滑軸承的耐用性提高，成本低，環(huán)境影響小。“高速密封的角接觸球軸承”，滿足上一節(jié)中提到的高速、高剛性軸承、高速長(zhǎng)壽命潤(rùn)滑脂等要求。該軸承采用雙面密封，提高潤(rùn)滑脂保持力，同時(shí)添加一個(gè)油脂袋，以在滾動(dòng)表面附近保持盡可能多的油脂。超高速dmn值為140萬(wàn)，實(shí)現(xiàn)了超過(guò)20000小時(shí)的耐久性。

此外，為了應(yīng)對(duì)環(huán)境問(wèn)題，開發(fā)了環(huán)保型空氣油潤(rùn)滑軸承。減少潤(rùn)滑油和壓縮空氣的消耗量并減少霧（油煙）散射，同時(shí)使低噪音成為可能。

最近，常規(guī)的從外圈隔圈進(jìn)行空氣油潤(rùn)滑的方式被取代，出現(xiàn)了從外圈潤(rùn)滑孔供給空氣油的帶外圈潤(rùn)滑孔的角接觸球軸承。由于不需要處理墊片中的噴油孔，所以墊片寬度可以減少。緊湊的主軸設(shè)計(jì)，將軸承配置在工具尖端面，也能夠提高主軸的剛性。“外圈帶潤(rùn)滑孔的軸承”中，來(lái)自外圈的空氣 - 油潤(rùn)滑，可以抑制潤(rùn)滑油和壓縮空氣的消耗。另外，通過(guò)優(yōu)化潤(rùn)滑孔的直徑等，可以減少運(yùn)行過(guò)程中的噪音和霧氣散射。

此外，進(jìn)一步擴(kuò)大了高速范圍內(nèi)、低環(huán)境負(fù)荷的脂潤(rùn)滑軸承的適用范圍，還出現(xiàn)了平穩(wěn)主軸用“自供電潤(rùn)滑裝置”。該裝置位于與軸承相鄰的外圈墊片之間，內(nèi)部配有發(fā)電裝置、泵、以及內(nèi)置潤(rùn)滑劑。配備的自發(fā)電裝置利用軸承運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)圈與外圈的溫度差，具有在不提供外部電源或潤(rùn)滑油的情況下，為軸承提供額外潤(rùn)滑的功能。目前正在努力使其實(shí)用化。

3.3 小型化、技術(shù)支持服務(wù)型

 加工包括智能手機(jī)在內(nèi)的小型工件、醫(yī)療設(shè)備零件等精密微制造的需求正在增加。隨著新興國(guó)家低成本要求的出現(xiàn)，節(jié)省空間的小型機(jī)床蓬勃發(fā)展起來(lái)，小型主軸的需求正在增加。

小型主軸中，為了節(jié)省空間，使用非一般的殼體冷卻（外管冷卻）。將一些壓縮空氣供應(yīng)到主軸中，也用作空氣冷卻和空氣密封。對(duì)于油脂潤(rùn)滑軸承，考慮密封是必要的。因?yàn)槭褂眠@種壓縮空氣，潤(rùn)滑脂可能流出軸承。為了防止?jié)櫥孤?，為軸承配備了有效的密封條。但另一方面，壓縮空氣幾乎不在主軸內(nèi)部流動(dòng)，因而冷卻及防止外部異物侵入的能力下降。因此，SIAIF推出小直徑高速角接觸球軸承”。

近年來(lái)，SIAIF推出用于機(jī)床主軸的精密滾動(dòng)軸承的“機(jī)床主軸軸承技術(shù)計(jì)算系統(tǒng)”，客戶可以在短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)計(jì)算特征值，如主軸剛性和軸承壽命。還可以在不受時(shí)間限制的情況下使用。有了這個(gè)系統(tǒng)，到目前為止可以縮短設(shè)計(jì)過(guò)程，有助于縮短主軸和機(jī)床的開發(fā)周期。

4 結(jié)論

SIAIF鎖緊機(jī)床的技術(shù)動(dòng)向，研制市場(chǎng)需求的精密軸承產(chǎn)品，支持著全世界機(jī)床及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。SIAIF機(jī)床用精密軸承技術(shù)在高速、高剛性、高精度、長(zhǎng)壽命、環(huán)保、小型化等方面不斷發(fā)展。此外，又研發(fā)諸如“機(jī)床主軸軸承技術(shù)計(jì)算系統(tǒng)”等技術(shù)支持服務(wù)型產(chǎn)品，有助于縮短機(jī)床的研發(fā)周期，同時(shí)提高軸承設(shè)計(jì)與制造的精度。SIAIF認(rèn)真對(duì)待客戶需求，及時(shí)做出精準(zhǔn)的回應(yīng)，為全世界貢獻(xiàn)SIAIF智慧與技術(shù)，推動(dòng)著工業(yè)現(xiàn)代化的不斷發(fā)展。