CNC工作機械スピンドルベアリングの究極ガイド

CNC工作機械スピンドルベアリングの究極ガイド

技術が発展するにつれて、 CNC工作機械 これまで以上に正確で、効率的で、信頼性が高いことが期待されています。競争力を維持するために、CNC 工作機械製造会社は、スピンドルの最適なパフォーマンスを確保するために高品質のベアリングに投資しています。高品質のベアリングは工作機械スピンドルの効率と信頼性を向上させ、それによって生産量を増やし、機械の磨耗を軽減します。したがって、工作機械のスピンドルベアリングを選択する際に考慮される要素は、正確な結果を得るために非常に重要です。エンジニアがスピンドルベアリングを選択する際の主な考慮事項は、負荷容量、速度要件、剛性、潤滑、環境条件、騒音レベルです。この記事では、工作機械のスピンドルで一般的に見られるタイプと、最適な性能を確保するためにベアリングの動作を評価、検査、監視する方法について説明します。

スピンドルベアリングとは何ですか?

A 工作機械スピンドル には 2 つの主な機能があります。 1 つは、工具を回転させてワークピースを回転、フライス加工、研削、ドリルまたはタップ加工することです。 2 つ目は、トルクと速度を切削領域に伝達することです。工作機械スピンドルベアリングの目的は、スピンドルの動きを正確にガイドし、最適な速度と精度を確保することです。ベアリングは工作機械の速度、回転、振動、精度、温度に影響を与え、最終的に製造される製品の品質に影響を与えます。ベアリングは、横軸およびラジアル軸でのスピンドルの動きを容易にするように設計でき、工作機械スピンドルの負荷圧力、温度、および高速回転に耐えることができなければなりません。

SKF-スピンドルベアリング

工作機械主軸軸受の種類

工作機械の主軸に使用されるベアリングは主に 5 種類あります。それぞれのタイプには独自の長所と短所があります。最適なものを選択できるように、それらの仕組みと違いを理解することが重要です。

ボール間の接触角は、 アンギュラコンタクトベアリング また、内外輪軌道により一方向のアキシアル荷重と一定のラジアル荷重を同時に負荷することができます。したがって、工作機械のスピンドルなど、精度と剛性が重要となる高速精密アプリケーションで広く使用されています。 Aubearing は、6 ~ 360 mm のサイズのアンギュラコンタクト スピンドル ベアリングを提供しており、材料、構成において複数のオプションがあり、特定の用途のニーズを満たすことができます。アンギュラコンタクトベアリングの利点:

アンギュラ玉軸受

高速動作と低摩擦に非常に適しています。
●コンパクトな構造で、スペース要件が限られた機械に最適です。
●適正な内部すきまや予圧を得るために調整は必要ありません。
ショルダーが低いため、ベアリング内に多数のボールを収容できるため、比較的高い耐荷重能力が得られます。
●剛性に優れ、加工時のたわみが少なく精度が向上します。

円筒ころ軸受 ボールの代わりにシリンダーを使用することで動きを強化します。円筒ころ軸受は主にラジアル荷重を支えるように設計されています。円筒ころ軸受は内輪と外輪から構成され、円筒ころは保持器で固定されています。これらのベアリングはより大きな接触表面積を提供し、効果的な荷重分散を実現します。円筒ころ軸受は中高速の用途に適しています。円筒ころ軸受は、さまざまな設計、さまざまなシリーズ、さまざまなサイズで入手できます。工作機械の主軸に円筒ころ軸受を使用する特徴と利点:

円筒ころ軸受
  • 高いラジアル荷重容量: 円筒ころ軸受は、かなりのラジアル荷重容量が必要な用途に優れており、重負荷の機械加工に適しています。

  • 低摩擦: これらのベアリングは動作中に低摩擦を示すため、効率が向上し、発熱が低減されます。

  • 高速用途に最適: 適切な設計と潤滑により、円筒ころ軸受は高速性能を実現できます。

  • 同サイズのボールベアリングよりも長寿命

円すいころ軸受 同時に作用する複合荷重を運ぶように設計されています。合成荷重には、ラジアル力とアキシアル力が含まれます。軌道の投影線はベアリング軸上の共通点で交差し、真の回転動作を実現します。円すいころ軸受は、動作中に低摩擦トルクを提供するように設計されています。円すいころ軸受のアキシアル荷重支持能力は、接触角が増加するにつれて増加します。円すいころ軸受の接触角は通常 10° ~ 30° の範囲です。単列円すいころ軸受は通常、XNUMX 番目の円すいころ軸受に相当します。予圧を適用することにより、剛性ベアリングの用途を実現できます。円すいころ軸受の利点:

テーパーローラーベアリング
  • 円すいころ軸受はラジアル荷重とアキシアル荷重の両方に耐えることができるため、さまざまな工作機械の用途に適しています。

  • 剛性と安定性に優れ、精密な加工性能を発揮するベアリングです。

  • 円すいころ軸受は、要求の厳しい用途において優れた性能を発揮することで知られています。

ハイブリッドセラミックボールベアリング AISI 52100 スチールリングと窒化ケイ素 (セラミック) ボールで構成されています。ハイブリッド セラミック ベアリングは優れた電気絶縁体であり、非常に高速な性能を備え、標準のラジアルまたは深溝ボール ベアリングよりも寿命が長くなります。より硬いセラミックボールは、軌道から材料を除去することなく、より高い表面粗さを持ちます。軽量のセラミックボールにより、誤ったブリネル損傷のリスクが軽減されます。セラミック ボールはスチール ボールよりも密度が 40% 低いため、発生する遠心荷重が小さくなり、ベアリングの内部摩擦が低くなります。ベアリングは密度と摩擦が低いため、動作中にはるかに低温になります。ハイブリッド ベアリングの初期コストは標準のスチール ベアリングよりも高い場合がありますが、その差はメンテナンスの節約によってすぐに埋められます。セラミックの特性により、ハイブリッド ベアリングは標準のスチール ベアリングよりも最大 10 倍長持ちします。

ハイブリッドセラミックボールベアリング
  • ハイブリッドベアリングは優れた高速性能を提供し、動作中の発熱を低減し、加工プロセスをスピードアップします。

  • セラミック材料によりベアリングの耐腐食性と耐摩耗性が向上し、耐用年数が延長されます。

  • ベアリングは摩擦を低減し、効率と機械全体のパフォーマンスの向上に貢献します。

  • そのユニークな特性により、高速性能と耐食性が必要な特定の用途に最適です。

スピンドルベアリングを選択する際に考慮すべき要素

CNC 加工プロセス中、スピンドル ベアリングはさまざまな要因の影響を受けます。 CNC 加工ジョブはそれぞれ異なりますが、物理的性質は一定です。これらの要素を明確に理解することは、加工スキルを新たな高みに引き上げる、より適切な決定を下すのに役立ちます。

CNC工作機械の要件

スピンドルベアリングの選択プロセスの最初のステップは、CNC 工作機械の動作要件を明確にすることです。これには、荷重の種類 (ラジアル、アキシャル、または複合)、動作速度、温度、環境条件などの要因を理解することが含まれます。用途の性質は、深溝玉軸受、円筒ころ軸受、アンギュラコンタクト軸受など、さまざまなタイプの軸受の選択に影響します。

耐荷重と速度の要件

負荷容量 これは、ベアリングが早期に破損することなく、加えられた荷重をサポートする能力を直接決定するため、ベアリングの選択における主な考慮事項です。エンジニアは、ベアリングの静的および動的荷重能力を評価して、動作中にベアリングが受ける可能性のある最大荷重を決定する必要があります。

動定格荷重 (C) はベアリングメーカーによって提供される重要な仕様であり、同一のベアリングのセットの 90% が XNUMX 万回転後に疲労破壊なく動作できる荷重を表します。ラジアル荷重やアキシアル荷重などのさまざまな荷重成分を考慮した等価動軸受荷重 (P) を計算することで、エンジニアは実際の条件下で軸受がどのように機能するかを評価できます。

RPM が高すぎると過熱や摩耗率の増加などの深刻な問題が発生する可能性があるため、動作速度も同様に重要です。ベアリングの速度制限 (n_limit) は、ベアリングが悪影響なしに耐えることができる最大速度を定義します。エンジニアは、早期故障を回避し、最適な性能を確保するために、ベアリングの動定格荷重と速度制限がアプリケーションの特定の要件を満たしていることを確認する必要があります。

剛性と精度

精密部品の製造には正確な位置決めと最小限のたわみが重要であるため、高速工作機械のスピンドルには剛性が非常に重要です。剛性の高いベアリングにより、シャフトとコンポーネントが意図した位置に確実に保持され、精度と再現性が保証されます。

剛性の 2 つの基本的な尺度は、軸方向の剛性 (K_a) と半径方向の剛性 (K_r) です。アキシアル剛性は、アキシアル荷重を受けたときの軸方向のたわみに対するベアリングの抵抗を反映し、ラジアル剛性は、ラジアル荷重を受けたときのラジアルたわみに対するベアリングの抵抗を示します。より高い剛性値のベアリングは、CNC 機械、ロボット、医療検査装置など、正確な位置決めが必要な用途に適しています。

精密工学では、回転時の偏心を最小限に抑えるために、振れと軸振れが小さいことが重要です。 ABEC 7 以上の規格を満たすベアリングなど、寸法公差が厳しいベアリングは、低い振れと軸振れの値を保証し、高性能工作機械スピンドルの精度の向上とスムーズな動作に役立ちます。

スピンドルベアリングの寿命

スピンドルベアリングの寿命は、メンテナンス間隔とシステム全体の信頼性を予測するために重要です。ベアリングの定格寿命は、同一のベアリングのグループの 90% で故障が発生するまでの回転数または動作時間として定義され、ISO 281 や ASTM F2812 などの業界標準の公式を使用して計算できます。これらの計算では、負荷、速度、材質、潤滑、動作条件などの要素が考慮され、ベアリングの耐用年数が推定されます。

環境条件

過酷な条件は早期の摩耗や故障につながる可能性があるため、環境要因はスピンドルベアリングの選択に大きな影響を与えます。湿気、ほこり、粒子、腐食性化学物質などの要因は、ベアリングの性能と耐用年数に影響を与える可能性があります。これらの課題に対処するために、エンジニアは追加の保護機能を備えたベアリングを選択する場合があります。シールドまたはシールドされたベアリングは汚染物質に対する効果的な防御を提供し、外部粒子がベアリングに侵入するのを防ぎ、メンテナンスの機会を減らします。たとえば、腐食環境では、化学薬品の影響を軽減するために、ステンレス鋼、セラミック、またはその他の耐食性材料で作られたベアリングを使用するのが最善です。

潤滑オプション

適切 ベアリング潤滑 ベアリングの寿命延長と最適なパフォーマンスの基盤となります。潤滑剤の機能は、摩擦を軽減し、熱を放散し、摩耗や腐食を防ぐことです。潤滑剤の種類 (オイルまたはグリース) と特性 (粘度、添加剤など) の選択は、速度、温度、負荷、シール機構などの要因によって異なります。 ISO 281:2007 などの業界標準は、動作条件に基づいて潤滑要件を決定するためのガイダンスを提供します。

まとめ

工作機械の主軸では、精密部品を製造するために高品質の精密ベアリングしか使用できません。工作機械のスピンドルベアリングの選択は非常に重要であり、正確である必要があります。潤滑、クリアランス、精度等級、接触角などが不足すると、ベアリングの早期故障につながる可能性があります。工作機械のスピンドル ベアリングのパフォーマンスをさらに向上させたい場合は、Aubearing 以外に探す必要はありません。オーベアリングでは、高品質の玉軸受、アンギュラコンタクト軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、およびハイブリッドセラミック軸受を提供することに尽力しています。 誕生 は優れた精度とパフォーマンスを提供するように設計されており、マシンが最高の状態で動作することを保証します。