1.轴承种类

数控机床的主轴一般采用滚动轴承作为支承，常用的主轴有双列轴承和单列轴承组合两种形式。

图2.2-3 数控机床的轴端形式

a）数控车床 b）普通镗铣机床 c）高速加工中心

（1）双列轴承

数控机床主轴常用的双联轴承主要有图2.2-4所示的几种。

图2.2-4 常用的主轴轴承

图2.2-4a所示为锥孔双列圆柱滚子（圆柱滚子）轴承，内圈为1∶12的锥孔，当内圈沿锥形轴轴向移动时，可使内圈胀大以调整滚道间隙。这种轴承的滚子数量多，两列滚子交错排列，因此其承载能力大、刚性好，允许转速较高；但它只能承受径向载荷，且内外圈均较薄，故对箱体孔、主轴颈的加工精度要求高，否则容易引起滚道变形而影响主轴精度。

图2.2-4b所示为双列推力向心球轴承，接触角为60°或40°、30°。这种轴承的球径小、数量多，允许转速高，轴向刚度好，且能承受双向轴向载荷，可作为主轴的前支承；但其外圈为负偏差，故不能承受径向载荷，它需要与双列圆柱滚子轴承配套使用。

图2.2-4c所示为双列圆锥滚子轴承，它有一个公共外圈和两个独立内圈，利用外圈的凸肩进行轴向定位。这种轴承可同时承受径向载荷和轴向载荷，可作为主轴的前支承；且其内、外列滚子数量相差一个，可使振动频率不一致，以改善轴承的动态性能。

图2.2-4d所示为带凸肩的双列圆锥滚子轴承，结构与2.2-4c相似，但其滚子为空心，可进行有效润滑和冷却，降低温升；此外，它还能在承受冲击载荷时产生微小变形，以增加接触面积，从而起到吸振和缓冲作用。

（2）单列组合

在主轴转速更高的机床上，则可直接采用图2.2-5a所示的单列角接触球轴承。主轴轴承的接触角一般有25°、15°两种，25°角接触球轴承的轴向刚度较高，但其径向刚度和允许转速稍低；15°角接触球轴承的轴向刚度稍低，但其径向刚度和允许转速较高。由于球轴承为点接触，总体而言，其刚度均较低，通常需要成组使用。

图2.2-5b～图2.2-5d为3种轴承组合方式，分别成为“背对背（DB）”、“面对面（DF）”和同向（DT）组合。3种组合方式都能共同承受径向载荷；背对背和面对面组合可以承受双向轴向载荷；同向组合只能承受单向轴向载荷。

图2.2-5 角接触球轴承及组合

以上组合方式还可用于3、4个轴承的配组，例如，2个同向轴承和另一轴承的背靠背组合称TBT组合等。

与面对面组合相比，背对背组合的支承点间距较大，能够承受较高的弯曲力矩。此外，由于轴承外圈的散热条件通常优于内圈，高速运行时的内圈变形将大于外圈，对于背靠背组合，内圈的轴向膨胀可以减小轴承的过盈，以补偿部分径向变形膨胀；而面对面组合时，其轴向膨胀将使得过盈量增加。因此，对于需要承受弯曲转矩和高速运行的主轴来说，以背对背组合为宜。(www.daowen.com)

2.轴承性能

在三类主轴轴承中，圆柱滚子轴承的刚度最高，推力向心球轴承的转速最高，圆锥滚子轴承的动态性能最好，三者的性能比较见表2.2-1。

表2.2-1 常用主轴轴承的性能比较表

轴承的允许转速一般用转速特征值D、n表示，D为轴承中径（内外圈直径的平均值，单位为mm），n为允许转速。转速特征值与轴承的润滑、安装使用条件有关，在不同的润滑条件下，轴承在无预紧、空载时的转速特征值修正系数可参考表2.2-2；当轴承组合使用、加预紧后的转速特征值修正系数可参考表2.2-3。

表2.2-2 不同润滑条件的转速特征值修正系数

表2.2-3 组合和预紧时的转速特征值修正系数

轴承组合后的额定动载荷将提高，2轴承组合（双联）动载荷系数为1.62；3轴承组合（三联）的动载荷系数为2.16；4轴承组合（四联）动载荷系数为2.64；5轴承组合（五联）动载荷系数为3.08。

滚动轴承的常用精度有P2（旧标准为B级，超精级）、P4（旧标准为C级，特精级）、P5（旧标准为D级，精密级）、P6（旧标准为E级，高级）、P0（旧标准为G级，普通级）五级，P2级精度最高。主轴前轴承精度一般为P2、P4级，前轴承的精度一般高于后轴承一个精度等级。

3.轴承配置

合理配置轴承不但可简化支承结构，而且可提高主轴精度、降低温升。数控机床的主轴前后轴承需要有合适的支承间距，前后轴承都应能承受径向载荷；在此基础上，可根据机床的实际情况配置承受轴向载荷的推力轴承。数控机床常用的主轴推力轴承配置形式有图2.2-6所示的几种。

图2.2-6 轴承配置示意图

图2.2-6a所示为后端定位支承方式，后支承配置有双向推力轴承，以承受双向轴向载荷。这种配置方式的结构简单、调整方便。但是，由于前端无轴向定位，主轴受热时，将引起主轴的前端伸长；此外，由于主轴支承端离加工位置较远，当前端受切削力时，容易引起主轴弯曲变形，影响主轴精度；故通常只用于精度不高的普通数控机床。

图2.2-6b所示为前、后两端定位的支承方式，推力轴承布置在前、后支承的外侧，由前支承承受轴向载荷、后支承调整轴向间隙。这种配置方式的支承刚度好，承载能力强；但在主轴受热伸长时，会增加轴向和径向间隙，影响主轴精度，故在设计时需要考虑预紧。

图2.2-6c和图2.2-6d所示为前端定位的支承方式，其双向推力轴承布置在前支承。这两种配置方式的结构刚度较高，主轴受热时向后侧伸长，不会影响主轴精度。图2.2-6c的推力轴承安装在前支承两侧，主轴前端的悬伸较长，对刚度有一定影响；图2.2-6d的两只推力轴承均布置在前支承内侧，可避免主轴前端的悬伸、提高刚度，但前支承的结构较复杂，故多用于高速、高精度数控机床。