主軸作為機床的關(guān)鍵部件，其性能會直接影響到機床的旋轉(zhuǎn)精度、轉(zhuǎn)速、剛性、溫升及噪聲等參數(shù)，進而影響工件的加工質(zhì)量。為了保持優(yōu)秀的機床加工能力，必須配用高性能的軸承。
主軸軸承的合理選用
用于機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，通常從低到高為P0、P6、P5、P4、P2），而對于數(shù)控機床、加工中心等高速、高精密機床的主軸支承，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。
1. 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（圖1）的使用最為廣泛。角接觸球軸承的滾動體是球，因為它是一種點接觸（區(qū)別于滾子軸承的線接觸），所以能提供更高的轉(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)用場合，還會采用陶瓷球（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賦予了陶瓷球軸承具有高剛度、高轉(zhuǎn)速、耐高溫、壽命長的特點，從而滿足高端客戶對機床軸承產(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)載的選擇對于精密角接觸球軸承應(yīng)用的影響非常大，如在高承載、高剛性的場合，一般會選用中型或重型的軸承預(yù)載；而針對一些高轉(zhuǎn)速、高精度的應(yīng)用場合，在軸承的早期選型中，需要注意選擇合適的預(yù)載。預(yù)載一般分成輕型、中型、重型三種，一般輕預(yù)載比較常見。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，也就是人們通常所說的萬能配對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)省了安裝時間。
2. 精密圓錐滾子軸承
在一些重載且對速度有一定要求的機床應(yīng)用場合中，如鍛件的荒磨、石油管道的車絲機、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，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的軸承設(shè)計，它能很好地降低軸承運轉(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30m/s的高速應(yīng)用中，某些特殊設(shè)計的圓錐滾子軸承也能滿足要求，如TSMA軸承或Hydra-Rib液力浮動擋邊軸承（圖2）。TSMA軸承的擋邊有多個軸向方向的潤滑油孔，可采用循環(huán)油潤滑或油霧潤滑，離心力可將油分布到滾子與擋邊接觸區(qū)，從而能更充分地潤滑軸承，提高軸承轉(zhuǎn)速。而Hydra-Rib液力浮動擋邊軸承是專為優(yōu)化主軸系統(tǒng)的預(yù)載而設(shè)計，軸承有可浮動的擋邊，與滾子大端接觸，不像常見的軸承有固定內(nèi)圈擋邊；且該浮動擋邊由“壓力”系統(tǒng)定位，這樣就能保證軸承在各個工況條件下都能發(fā)揮最優(yōu)異的性能, 并且已經(jīng)成功地在國內(nèi)客戶中使用。
對于圓錐滾子軸承的精度選擇而言，ISO P5級的軸承主要應(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，通常會選擇ISO P4或以上的精密軸承。在主軸設(shè)計中，比較常見的圓錐滾子軸承布局有兩種。第一種是前端和后端各采用一個圓錐滾子軸承，并采用面對面的安裝方式，這類設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊，剛度高且便于安裝和調(diào)節(jié)。
第二種是采用兩個圓錐滾子軸承面對面安裝作為主軸的前端，而后端使用一個雙外圈、兩個單內(nèi)圈的軸承（TDO）作為浮動端使用；由于具有浮動能力，這類設(shè)計能很好地承受主軸的軸向熱膨脹，且剛度很高，保證了機床的精度。
3. 精密圓柱滾子軸承
在機床主軸的應(yīng)用中，雙列精密圓柱滾子軸承也會被使用到，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)時波動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兩個系列軸承內(nèi)圈帶擋邊，外圈可分離；NNU49、NNU49K兩個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)圈裝上主軸后再對滾道精加工，以提高主軸旋轉(zhuǎn)精度。
轉(zhuǎn)臺軸承的合理選型
數(shù)控機床中常用的回轉(zhuǎn)工作臺有分度工作臺和數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺。數(shù)控機床在加工某些零件的時候，除了需要X、Y、Z三個坐標(biāo)軸的直線進給運動外，有時候還需要有繞X、Y、Z三個坐標(biāo)軸的圓周運動，分別稱為A、B、C軸。
數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺可用來實現(xiàn)圓周進給運動，除此之外，還可以完成分度運動。而分度工作臺的功用只是將工件轉(zhuǎn)位換面，和自動換刀裝置配合使用，實現(xiàn)工件一次安裝能完成幾個面的多種工序，因此，大大提高了工作效率。數(shù)控轉(zhuǎn)臺的外形和分度工作臺沒有多大差別，但在結(jié)構(gòu)上則具有一系列的特點。由于數(shù)控轉(zhuǎn)臺能實現(xiàn)進給運動，所以它在結(jié)構(gòu)上和數(shù)控機床的進給驅(qū)動機構(gòu)有許多共同之處。不同點是驅(qū)動機構(gòu)實現(xiàn)的是直線進給運動，而數(shù)控轉(zhuǎn)臺實現(xiàn)的是圓周進給運動。
回轉(zhuǎn)工作臺廣泛地使用于各種數(shù)控銑床、鏜床、各種立車以及立銑等機床。除了要求回轉(zhuǎn)工作臺能很好地承受工件重量外，還需要保證其在承載下的回轉(zhuǎn)精度。轉(zhuǎn)臺軸承，作為轉(zhuǎn)臺的核心部件，在轉(zhuǎn)臺運行過程中，不僅要具有很高的承載能力，還需具備高回轉(zhuǎn)精度、高抗傾覆能力、以及較高的轉(zhuǎn)速能力等。
1. 推力球軸承+圓柱滾子軸承
推力球軸承能承受一定的軸向力，所以該軸承主要用于承受工件的重量；而圓柱滾子軸承主要用于徑向的定位和承受外部的徑向力（例如切削力、銑削力等）。該類設(shè)計應(yīng)用廣泛，并且成本也相對比較低廉。由于推力球是一種點接觸的軸承，所以它的軸向承載力相對比較有限，主要用于小型或中型的機床回轉(zhuǎn)工作臺。此外推力球的潤滑也比較困難。
2. 靜壓軸承+精密圓柱滾子軸承
靜壓軸承是一種靠外部供給壓力油，在軸承內(nèi)建立靜壓承載油膜以實現(xiàn)液體潤滑的滑動軸承。液體靜壓軸承從起動到停止始終在液體潤滑下工作，所以沒有磨損，使用壽命長，起動功率小；此外，這種軸承還具有旋轉(zhuǎn)精度高，油膜剛度大，能抑制油膜振蕩等優(yōu)點。精密圓柱滾子軸承具有很好的徑向承載力，并且由于采用了精密級的軸承，回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)精度也能得到保證。使用該類設(shè)計的回轉(zhuǎn)工作臺能承受很高的軸向力，有些工件的重量超過200t以上，轉(zhuǎn)臺直徑超過10m。但是該類設(shè)計也有一些不足之處，由于靜壓軸承必須附帶一套專用的供油系統(tǒng)來供給壓力油，維護比較復(fù)雜，而且成本也比較高。
3. 交叉滾子軸承
交叉滾子軸承（圖3）在轉(zhuǎn)臺上的應(yīng)用比較普遍。交叉滾子軸承的特征是軸承中有兩個滾道, 兩排交叉排列的滾子。與傳統(tǒng)的推力軸承+徑向定心軸承組合相比（圖4），交叉滾子軸承結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧，并簡化了工作臺設(shè)計，從而降低了轉(zhuǎn)臺的成本。
另外，由于使用了優(yōu)化的預(yù)緊力，該類軸承具有很高的剛度，因而轉(zhuǎn)臺的剛度和精度也都得到了保證。得益于兩排交叉滾子的設(shè)計，軸承的有效跨距能被顯著提高，所以該類軸承具有很高的抗傾覆力矩。在交叉滾子軸承中，又分成兩種類型：第一種是圓柱交叉滾子軸承，第二種是圓錐交叉滾子軸承。通常，圓柱交叉滾子軸承價格比圓錐交叉滾子軸承低，適用于轉(zhuǎn)速相對較低的轉(zhuǎn)臺應(yīng)用中；而圓錐交叉滾子軸承采用了圓錐滾子的純滾動設(shè)計，具有運轉(zhuǎn)精度高，轉(zhuǎn)速能力強，減少了軸長度和加工成本等優(yōu)勢。交叉滾子軸承適用于各種類型的立式或臥式鏜床，以及立磨、立車和大型齒輪銑床等應(yīng)用。
總而言之，軸承作為機床主軸和轉(zhuǎn)臺的核心部件，對機床的運行表現(xiàn)起到了舉足輕重的作用。為了能選擇合適尺寸和類型的軸承，我們需要綜合考慮各種工況條件，例如運行速度、潤滑、安裝類型、主軸剛度、精度等要求。就軸承本身而言，只有充分地了解它的設(shè)計特點以及由此帶來的優(yōu)點和缺點，才能發(fā)揮出軸承的最佳性能。
