复合轴承的高速高刚性特性优化方案

机床等主轴的速度（转速）和载荷根据使用条件不同而变化幅度很大，选择最适合的轴承在设计上是个大问题。轴承有滚动轴承、滑动轴承、空气轴承、磁力轴承四大种类，没有万能轴承。各种轴承的特性概要见表2.4.1。

表2.4.1 各种轴承的特性概要

（续）

使用机床时，作为其主轴机能应追求下述目标：①自由地选择速度；②自由地选择支承能力。

但是，这样的机能用一个轴承独立满足是不可能的。速度一经决定，则支承能力落在一个狭窄的范围里，即从低速升高速幅度广泛的范围里用一种轴承不能覆盖。要满足机能的独立性原理，必须想别的办法。有必要有能够独立自动地对应各个机能要求的构造。

用这样的想法，看看古川的研究，这是把几种轴承复合化而实现机能独立性的例子。轴承复合化时，有直列型和并列型。图2.4.5所示为试做模型概要，其结构是滚动轴承-空气静压复合轴承的直列型。其原理如图2.4.6所示。试制轴承的支承状态如图2.4.7所示。

图2.4.5 试作模型概要(www.xing528.com)

机床的主轴不由旋转速度，而假定为几乎用固定的输出力来驱动，主轴的输出力矩如图2.4.7所示那样伴随速度而降低。主轴有大力矩，因此，加之大切削力时呈低速，得以实现低速重切削，主轴用滚动轴承支承为好。但在超高速域，由于力矩小，加在主轴上的切削力小，因此，使用的载荷小，用发热少的空气轴承作支承为好。此外，精切削时，由于是小载荷，因此希望有高的旋转精度。

图2.4.6 滚动轴承-空气静压复合轴承的原理

因此，精切削时，不论低速还是高速，希望利用空气轴承的高旋转精度。轴由滚动轴承内圈和轴之间的空气静压支承，空气静压轴承的轴承载荷容量普遍不大。载荷加大，主轴和内轮接触，作为滑动轴承作用，载荷进一步加大，滑动轴承承受的摩擦力矩超过滚动轴承的摩擦驱动力矩时，轴内圈由滚动轴承支持。这样，由于外部载荷的大小而使轴承支承状态自动地分阶段变化，是其特征。

用试做的复合轴承，在进行铣削和镗削作业试验时，主轴速度为600r/min时用足够的力矩进行切削。随着切削载荷的增加，轴承支承状态从空气静压、陶瓷滑动及滚动轴承顺次序转移。还有可能进行从低速开始到10000r/min的高速切削。

图2.4.7 试制轴承的支承状态

铣床加工表面的平面度为1～2μm，镗孔得到的圆度误差在2μm以下。以上的结果曾经有过报道，这是根据机能独立性原理实现的设计，且有出色效果的实证。