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洛阳佰纳数控机床转台和机器人关节轴承结构类型特点与选型介绍

更新时间:19-01-17点击次数:1804次
在机器人旋转关节支承的应用中,薄壁精密交叉滚子轴承也在被广泛使用,通常会与精密角接触球轴承或推力轴承组合应用。此类轴承能承受较大的轴向载荷、径向负荷和倾覆力矩。轴承中十字交叉型放置的滚子,旋转时波动频率比低。此类轴承有多种结构形式:RB内圈旋转型交叉滚柱轴环、RE外圈旋转型交叉滚柱轴环、RA薄壁型交叉滚子轴承、RAU超薄壁超小型交叉滚子轴承和RU带安装孔型交叉滚子轴承等,详见产品页面请点击链接http://www.luoyangbearings.com/product.html查看。该系列轴承利用过盈配合
  
  我国轴承制造产业发展势头强劲,对轴承钢市场平稳向好发展带来利好效应。一批高端轴承需求量大幅增长,如航空航天轴承、数控机床主轴用高速精密轴承、机器人旋转关节支承轴承、滚珠丝杠支承用精密角接触球轴承、机器人减速器轴承、服务机器人用薄壁轴承、高速电主轴轴承、转台轴承、风电轴承、盾构机用关节轴承等。而需求量的增加造就了一大批专业精密轴承企业的发展,洛阳佰纳轴承就是这专精特轴承生产厂家中的一员。
  从目前我国轴承行业产品结构来看,技术含量较低的普通轴承生产能力已较为充足;而高精度、高技术含量、高附加值的精密薄壁轴承,具有特殊性、能满足特殊工作条件的精密主轴轴承,无论是品种还是数量都有较大发展空间。从产品质量和技术水平来看,我国每年仍需大量进口高端轴承。
  高端轴承的选用对于机床及机器人的运行质量都至关重要,用于机床主轴上的轴承精度应为ISOP5或以上(P5或P4是ISO的精度等级,通常从低到高为(P0、P6、P5、P4、P2),而对于数控机床、加工中心等高速、高精密机床的主轴支承,则需选用ISOP4或以上的精度。主轴轴承包括角接触球轴承、圆锥滚子轴承,以及圆柱滚子轴承等类型。机器人由于其应用广、分类多,也造就了其关节支承轴承选型复杂,各个厂家不统一,但大都选用P5、P4级别以上的高精密薄壁系列轴承、薄壁交叉滚子轴承和轻型精密转盘回转支承轴承等。
  
  一、数控机床转台轴承的选型
  数控机床中常用的回转工作台有分度工作台和数控回转工作台。数控机床在加工某些零件的时候,除了需要X、Y、Z三个坐标轴的直线进给运动外,有时候还需要有绕X、Y、Z三个坐标轴的圆周运动,分别称为A、B、C轴。数控回转工作台可用来实现圆周进给运动,除此之外,还可以完成分度运动。而分度工作台的功用只是将工件转位换面,和自动换刀装置配合使用,实现工件一次安装能完成几个面的多种工序,因此,大大提高了工作效率。数控转台的外形和分度工作台没有多大差别,但在结构上则具有一系列的特点。由于数控转台能实现进给运动,所以它在结构上和数控机床的进给驱动机构有许多共同之处。不同点是驱动机构实现的是直线进给运动,而数控转台实现的是圆周进给运动。
  回转工作台广泛地使用于各种数控铣床、镗床、各种立车以及立铣等机床。除了要求回转工作台能很好地承受工件重量外,还需要保证其在承载下的回转精度。转台轴承,作为转台的核心部件,在转台运行过程中,不仅要具有很高的承载能力,还需具备高回转精度、高抗倾覆能力、以及较高的转速能力等。
  1、推力球轴承+圆柱滚子轴承
  推力球轴承能承受一定的轴向力,所以该轴承主要用于承受工件的重量;而圆柱滚子轴承主要用于径向的定位和承受外部的径向力(例如切削力、铣削力等)。该类设计应用广泛,并且成本也相对比较低廉。由于推力球是一种点接触的轴承,所以它的轴向承载力相对比较有限,主要用于小型或中型的机床回转工作台。此外推力球的润滑也比较困难。
  2、静压轴承+精密圆柱滚子轴承
  静压轴承是一种靠外部供给压力油,在轴承内建立静压承载油膜以实现润滑的滑动轴承。静压轴承从起动到停止始终在润滑下工作,所以没有磨损,使用寿命长,起动功率小;此外,这种轴承还具有旋转精度高,油膜刚度大,能抑制油膜振荡等优点。精密圆柱滚子轴承具有很好的径向承载力,并且由于采用了精密级的轴承,回转工作台的回转精度也能得到保证。使用该类设计的回转工作台能承受很高的轴向力,有些工件的重量超过200t以上,转台直径超过10m。但是该类设计也有一些不足之处,由于静压轴承必须附带一套专用的供油系统来供给压力油,维护比较复杂,而且成本也比较高。
  3、交叉圆柱滚子轴承和交叉圆锥滚子轴承
  交叉滚子轴承在转台上的应用比较普遍。交叉滚子轴承的特征是轴承中有两个滚道,两排交叉排列的滚子。与传统的推力轴承+径向定心轴承组合相比,交叉滚子轴承结构紧凑、体积小巧,并简化了工作台设计,从而降低了转台的成本。由于使用了优化的预紧力,该类轴承具有很高的刚度,因而转台的刚度和精度也都得到了保证。得益于两排交叉滚子的设计,轴承的有效跨距能被显著提高,所以该类轴承具有很高的抗倾覆力矩。在交叉滚子轴承中,又分成两种类型:一种是圆柱交叉滚子轴承,第二种是圆锥交叉滚子轴承。通常,圆柱交叉滚子轴承价格比圆锥交叉滚子轴承低,适用于转速相对较低的转台应用中;而圆锥交叉滚子轴承采用了圆锥滚子的纯滚动设计,具有运转精度高,转速能力强,减少了轴长度和加工成本等优势。交叉圆锥滚子轴承适用于各种类型的立式或卧式镗床,以及立磨、立车和大型齿轮铣床等应用。
  
  二、机器人关节轴承选型
  1、精密薄壁球轴承
  精密薄壁球轴承的使用广泛,薄壁角接触球轴承的滚动体是球,因为它是一种点接触(区别于滚子轴承的线接触),所以能提供更高的转速、更小的发热量和更高的旋转精度。在一些高转速的机器人关节应用场合,还会采用陶瓷球(一般为si3N4或者是Al203)的混合型轴承。与传统的全淬透钢球相比,陶瓷球材料自身的特点赋予了陶瓷球轴承具有高刚度、高转速、耐高温、寿命长的特点,从而满足高端客户对机床轴承产品的需求。
  就角接触球轴承的接触角而言,目前比较流行的是15和25的接触角;通常15的接触角具有比较高的转速性能,而25的接触角具有较高的轴向承载能力。由于预载的选择对于精密角接触球轴承应用的影响非常大,如在高承载、高刚性的场合,一般会选用中型或重型的轴承预载;而针对一些高转速、高精度的应用场合,在轴承的早期选型中,需要注意选择合适的预载。预载一般分成轻型、中型、重型三种,一般轻预载比较常见。为了方便客户的使用,目前世界上的几大轴承制造商都普遍提供预先研磨轴承端面而加预载的轴承,也就是人们通常所说的配对精密角接触球轴承形式。该类轴承免去了客户的预载调节,从而节省了安装时间。
  2、精密交叉圆柱滚子轴承(又称交叉滚柱轴环)
  在机器人旋转关节支承的应用中,薄壁精密交叉滚子轴承也在被广泛使用,通常会与精密角接触球轴承或推力轴承组合应用。此类轴承能承受较大的轴向载荷、径向负荷和倾覆力矩。轴承中十字交叉型放置的滚子,旋转时波动频率比低。此类轴承有多种结构形式:RB内圈旋转型交叉滚柱轴环RE外圈旋转型交叉滚柱轴环RA薄壁型交叉滚子轴承RAU超薄壁超小型交叉滚子轴承RU带安装孔型交叉滚子轴承等,详见产品页面请点击链接http://www.luoyangbearings.com/product.html查看。该系列轴承利用过盈配合减小轴承游隙,或者预紧轴承,以提高旋转精度和支撑刚性,最适宜于机器人关节的旋转支撑部位。
  3、精密圆锥滚子轴承
  在一些重载且对速度有一定要求的机器人关节应用中,选择精密圆锥滚子轴承是一种比较理想的方案。由于圆锥滚子轴承的滚子是线接触的设计,因此它能为主轴提供很高的刚性和承载;另外,圆锥滚子轴承是一种纯滚动的轴承设计,它能很好地降低轴承运转扭矩和发热,从而确保主轴的转速和精度。由于圆锥滚子轴承能够在安装过程中调节轴向预载(游隙),这能让客户在轴承的整个使用周期中更好地优化轴承游隙调节。
  综上所述,选择合适尺寸和类型的回转支承轴承,需要综合考虑各种工况条件,例如运行速度、润滑、安装类型、主轴刚度、精度等要求。就轴承本身而言,只有充分地了解它的设计特点以及由此带来的优点和缺点,才能充分发挥轴承的性能。洛阳佰纳交叉滚柱轴承作为机床和机器人的核心旋转支承部件,对其运行表现起到了举足轻重的作用。
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