機床在國民經濟現代化的建設中起著重大作用。為了支持機床技術的進步，SIAIF致力于精密軸承的開發、制造與銷售，這些軸承也在全球支持著汽車制造業和非汽車制造業（例如醫療、能源、運輸及航空航天行業）的發展。本文介紹SIAIF機床用精密軸承方面的技術。

1 引言

機床是指制造機器的機器，亦稱工作母機或工具機，習慣上簡稱機床。機床的發展程度影響著國民經濟的發展程度。而作為機床的關鍵組件，軸承的發展也制約著機床的發展。

SIAIF在關注機床發展的同時，也努力研發與機床配套的軸承產品，特別是機床用精密軸承產品。本文根據SIAIF近年來發布的機床用精密軸承產品的情況，分析并總結出近期SIAIF在機床用精密軸承方面的技術。

2 機床用精密軸承產品

2.1 研發背景

近年來，為了滿足以汽車、飛機、IT等各種行業的多樣化發展需求，機床的性能不斷提高。在“機床”的“高速、高剛性、高精度”基本性能基礎上添加了以下性能：（1）工序復合化；（2）為實現曲面等復雜且高精度加工的五軸化；（3）小型化滿足節能、節省空間的需求；（4）為了提高操作性，NC（數控）設備多功能化；（5）為了提高可靠性，向機床加入狀態監控結構，并不斷開發出具有新功能和概念的機型。

2.2 研發情況

根據機床的技術動向，將機床用精密軸承產品的發展分為三個時期：

第一個時期：人們需求的專業機床基本性能是提高軸承技術與產品的速度、剛性、精度等。出現了鋼球輕量化、適用于高速、高表面壓力的陶瓷球，同時還有為了抑制高速運行時的離心力的小直徑滾動體，控制潤滑油攪拌產生的熱量、提高潤滑可靠性的空氣油潤滑等，使超高速運轉成為可能。

第二個時期：持續提高了速度、剛性、精度等性能，此外，人們重視長壽命和環保的重要性。這里的長壽命是指，低成本（特別是和空氣油潤滑相比）、環境負荷少的油潤滑軸承的耐久性提高。例如，專為脂潤滑設計的高速精密軸承，如高速長壽命潤滑脂；增強潤滑脂保持力的軸承，如在兩側安裝密封件，在滾道表面安裝潤滑脂袋（保持盡可能多的潤滑脂）等。

“環保型”指的是節省能源和對地球環境好。具體來說，如上所述，擴大環境負荷少的脂潤滑軸承高速區域的適用范圍；在空氣油潤滑方面，潤滑油與壓縮空氣的消耗量少，噴霧（油煙）的飛散量也很少。同時噪音低，意味著機械操作者的身體負荷少。例如，出現了使用專用噴嘴的環保型空氣油潤滑軸承（將空氣油供應到內圈的外徑表面，并通過離心力將其供應到軸承內部）與外圈帶潤滑孔的角接觸球軸承。

第三個時期：小型機床的開發盛行起來。其中對使用的小直徑軸承的技術要求也越來越嚴格。例如，小型機床中，為了節省主軸上的空間，不使用一般的外殼冷卻（外管冷卻）方法。向主軸中供應壓縮空氣，也用作空氣冷卻和空氣密封。對于脂潤滑軸承，壓縮空氣可能使潤滑脂流出軸承。因此有必要考慮這些因素。

3 SIAIF機床用精密軸承技術

3.1 高速、高剛性、高精度   

為了提高軸承的剛性，安裝時增加預載，可以有效增加軸承的載荷能力。但是，運行時產生的熱量增加，阻礙高速運行，主軸的熱膨脹導致加工精度降低。因此，為了提高軸承的剛性，實現更快的操作，減少運行時產生的熱量至關重要。減少運行過程中產生的熱量的具體方法有：使用陶瓷滾動體元件、小直徑滾動元件、軸承接觸角的優化、改進內外圈滾道面形狀等。在這方面，SIAIF的研究人員已經提出了將空氣冷卻技術應用于軸承的“機床主軸用的氣冷墊片軸承”。

另外，軸承套圈使用耐磨損、抗膠合性能優異的特殊軸承鋼。還改進了高速運行、高負載、高預緊力條件下，抵抗滾道表面產生的高接觸表面壓力的能力。保持架材料由傳統的高強度黃銅制成，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。對于空氣油潤滑下的供油和排水，考慮到油脂潤滑時油脂的滯留情況，設計了專用的保持架形狀。

空氣冷卻噴嘴偏移，延長了冷卻空氣留在內圈隔圈表面附近的時間，隨之冷卻空氣和內環墊片表面的熱交換時間變長，內圈墊片的冷卻效果也會增加。

通過冷卻內圈墊片，相鄰的軸承環也被冷卻。這樣，軸承內圈與外圈的溫度差，可以抑制滾道表面的接觸應力的增加。由此可以實現高速度和高剛性的兼容性。

此外，關于提高機床用精密軸承的精度，SIAIF設計出一種超高精度的軸承。使用1個軸承滾動體直徑的相互差，管控軸承套圈圓度的角度分量，減少軸承的非重復性跳動精度。SIAIF將支持0.3μm或更小的非重復性跳動精度軸承，用于超高精度加工中心和車床主軸。

3.2 長壽命、環保型

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

此外，為了應對環境問題，開發了環保型空氣油潤滑軸承。減少潤滑油和壓縮空氣的消耗量并減少霧（油煙）散射，同時使低噪音成為可能。

最近，常規的從外圈隔圈進行空氣油潤滑的方式被取代，出現了從外圈潤滑孔供給空氣油的帶外圈潤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。緊湊的主軸設計，將軸承配置在工具尖端面，也能夠提高主軸的剛性。“外圈帶潤滑孔的軸承”中，來自外圈的空氣 - 油潤滑，可以抑制潤滑油和壓縮空氣的消耗。另外，通過優化潤滑孔的直徑等，可以減少運行過程中的噪音和霧氣散射。

此外，進一步擴大了高速范圍內、低環境負荷的脂潤滑軸承的適用范圍，還出現了平穩主軸用“自供電潤滑裝置”。該裝置位于與軸承相鄰的外圈墊片之間，內部配有發電裝置、泵、以及內置潤滑劑。配備的自發電裝置利用軸承運行過程中產生的內圈與外圈的溫度差，具有在不提供外部電源或潤滑油的情況下，為軸承提供額外潤滑的功能。目前正在努力使其實用化。

3.3 小型化、技術支持服務型

 加工包括智能手機在內的小型工件、醫療設備零件等精密微制造的需求正在增加。隨著新興國家低成本要求的出現，節省空間的小型機床蓬勃發展起來，小型主軸的需求正在增加。

小型主軸中，為了節省空間，使用非一般的殼體冷卻（外管冷卻）。將一些壓縮空氣供應到主軸中，也用作空氣冷卻和空氣密封。對于油脂潤滑軸承，考慮密封是必要的。因為使用這種壓縮空氣，潤滑脂可能流出軸承。為了防止潤滑脂泄漏，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部流動，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，SIAIF推出用于機床主軸的精密滾動軸承的“機床主軸軸承技術計算系統”，客戶可以在短時間內自動計算特征值，如主軸剛性和軸承壽命。還可以在不受時間限制的情況下使用。有了這個系統，到目前為止可以縮短設計過程，有助于縮短主軸和機床的開發周期。

4 結論

SIAIF鎖緊機床的技術動向，研制市場需求的精密軸承產品，支持著全世界機床及其相關產業的發展。SIAIF機床用精密軸承技術在高速、高剛性、高精度、長壽命、環保、小型化等方面不斷發展。此外，又研發諸如“機床主軸軸承技術計算系統”等技術支持服務型產品，有助于縮短機床的研發周期，同時提高軸承設計與制造的精度。SIAIF認真對待客戶需求，及時做出精準的回應，為全世界貢獻SIAIF智慧與技術，推動著工業現代化的不斷發展。