铁姆肯机床轴承
发布时间：2013-12-19潘菁菁
（铁姆肯（中国）投资有限公司）
（铁姆肯（中国）投资有限公司）
目前，中国机床行业正在朝着“高速、复合、精密、智能、环保”五个方向发展，各项新技术、新材料、新工艺将得到广泛应用。市场对大规格、大尺寸、大吨位数控机床的需求增多；客户普遍要求机床能够具备复合化、柔性化和多轴联动等功能。更为重要的是，具有高精度、高速度、高效率等特点的机床产品将会特别受到市场的青睐。铁姆肯公司拥有服务机床行业的悠久历史，并一直积极致力于开发满足市场发展趋势的轴承产品，为中国机床制造商提供卓越的产品和服务。
铁姆肯公司生产的机床轴承产品十分全面，主要包括精密角接触球轴承、精密圆锥滚子轴承和交叉滚子轴承等（图1），这些产品满足了机床中主轴和转台等对轴承的广泛应用需求。
铁姆肯公司生产的机床轴承产品十分全面，主要包括精密角接触球轴承、精密圆锥滚子轴承和交叉滚子轴承等（图1），这些产品满足了机床中主轴和转台等对轴承的广泛应用需求。
1 角接触球轴承
众所周知，主轴轴承的精度、质量是影响主轴性能的关键因素。对于如何定义一个精密轴承的精度等级，ISO/ABEC（ABEC为美国轴承制造协会所属的环形轴承工程委员会）仅定义了内外圈的宽度公差、圆度、垂直度、锥度、轴向跳动和径向跳动。为使机床主轴能实现高精度、高速度、高刚度、振动小、发热小的要求，则需要对轴承本身更多的参数进行控制。
铁姆肯公司的精密角接触球轴承为客户增加了ISO/ABEC所没有定义的参数，其中包括预载公差、功能试验、可追溯性和微米代码、清洁度、滚道曲率、滚珠等级和圆度、表面加工（功能和非功能表面）、钢材规格、保持架配平和设计以及安装倒角等。对这些参数的定义提高了铁姆肯公司精密角接触球轴承产品的质量， 从而提高了机床主轴的性能。
例如，Timken® Fafnir®超精密角接触球轴承的预载偏差量在±2μm。如果该公差达到±8μm，将导致一个名义预载为560N的轴承实际预载可在178-980N之间。而对于内径40mm的滚珠丝杠支撑轴承来说，预载偏差量公差在±8μm可导致预载在±35%之间变化。
Fafnir®超精密角接触球轴承对预载紧公差的严格控制保证了主轴刚度的稳定性，减少了机床客户的返修时间，减少了由于轴承制造商预载偏差量大而导致的滚动体打滑、发热以及系统卸载而引起的轴承损坏，从而延长了机床正常运转时间。
1.1 功能试验
在出厂之前，铁姆肯公司会对超精密角接触球轴承百分之百进行功能试验，通过数字振动滤波分析对超精密角接触球轴承进行试验检测，确保轴承品质和应用性能。所有试验结果是可追溯的。
1.2 清洁度
铁姆肯公司精密轴承产品的清洁度很高，因为铁姆肯公司会在清洁车间对精密角接触球轴承产品进行清洗，Fafnir®超精密轴承部件一般要用多级溶剂清洗3h，从而避免杂质混入轴承，防止了固有的污染源。值得一提的是，清洁车间的洁净程度达到了医院手术室的清洁水平。另外，铁姆肯公司磨削轴承的非工作性表面， 保证轴承在出厂前无杂质。因而，生产的轴承产品可以增加机床正常运转时间。
同时，在生产的过程中，技术人员还控制滚道的曲率和均匀性以及钢球的等级，减小了振动，进而减少了发热量。铁姆肯公司具有丰富的冶金知识和经验，并建有自己的特种钢生产厂，因而能够保证精密轴承原材料的品质。铁姆肯公司生产的轴承钢是世界上Z纯净的轴承钢之一，没有杂质，从而提高了轴承的使用寿命。
1.3 保持架
保持架对于机床轴承很关键，其性能会影响机床轴承在高速旋转下的稳定性。铁姆肯公司生产的标准保持架采用酚醛树脂材料， 内部设计和兜孔间隙的公差紧并控制引导表面，保证保持架在高速运转、润滑及动载时良好的稳定性。
铁姆肯公司生产的精密角接触球轴承都是Fafnir®品牌。精密角接触球轴承主要有两种结构设计方式：高刚性的WI系列和高转速的HX系列满足不同应用的要求。基本、开放式Fafnir®HX轴承设计具有更高的主轴速度和更大的动态径向刚度，因此主轴可以在更短的时间内切削更多的材料，同时保证优异的成品公差。这些改良归功于独特的滚珠体与精密工程设计滚道轮廓的完美结合，并以此进一步提升加工效率。
Fafnir®品牌在开发陶瓷球轴承方面有20多年的发展历史，陶瓷材料自身的特点赋予了陶瓷球轴承具有高刚度、高转速、耐高温，寿命长的特点，从而满足高端客户对机床轴承产品的需求。
2 Timken® Fafnir®滚珠丝杠支撑轴承（MMN/MMF系列）
全新的MMN/MMF双列系列滚珠丝杠支撑轴承（图2）具有领先性能，可满足机床对于定位平滑度和准确性的要求。低扭矩的整体密封圈能有效地抵御杂质，以获得更可靠的操作性能和更长的使用寿命。
众所周知，主轴轴承的精度、质量是影响主轴性能的关键因素。对于如何定义一个精密轴承的精度等级，ISO/ABEC（ABEC为美国轴承制造协会所属的环形轴承工程委员会）仅定义了内外圈的宽度公差、圆度、垂直度、锥度、轴向跳动和径向跳动。为使机床主轴能实现高精度、高速度、高刚度、振动小、发热小的要求，则需要对轴承本身更多的参数进行控制。
铁姆肯公司的精密角接触球轴承为客户增加了ISO/ABEC所没有定义的参数，其中包括预载公差、功能试验、可追溯性和微米代码、清洁度、滚道曲率、滚珠等级和圆度、表面加工（功能和非功能表面）、钢材规格、保持架配平和设计以及安装倒角等。对这些参数的定义提高了铁姆肯公司精密角接触球轴承产品的质量， 从而提高了机床主轴的性能。
例如，Timken® Fafnir®超精密角接触球轴承的预载偏差量在±2μm。如果该公差达到±8μm，将导致一个名义预载为560N的轴承实际预载可在178-980N之间。而对于内径40mm的滚珠丝杠支撑轴承来说，预载偏差量公差在±8μm可导致预载在±35%之间变化。
Fafnir®超精密角接触球轴承对预载紧公差的严格控制保证了主轴刚度的稳定性，减少了机床客户的返修时间，减少了由于轴承制造商预载偏差量大而导致的滚动体打滑、发热以及系统卸载而引起的轴承损坏，从而延长了机床正常运转时间。
1.1 功能试验
在出厂之前，铁姆肯公司会对超精密角接触球轴承百分之百进行功能试验，通过数字振动滤波分析对超精密角接触球轴承进行试验检测，确保轴承品质和应用性能。所有试验结果是可追溯的。
1.2 清洁度
铁姆肯公司精密轴承产品的清洁度很高，因为铁姆肯公司会在清洁车间对精密角接触球轴承产品进行清洗，Fafnir®超精密轴承部件一般要用多级溶剂清洗3h，从而避免杂质混入轴承，防止了固有的污染源。值得一提的是，清洁车间的洁净程度达到了医院手术室的清洁水平。另外，铁姆肯公司磨削轴承的非工作性表面， 保证轴承在出厂前无杂质。因而，生产的轴承产品可以增加机床正常运转时间。
同时，在生产的过程中，技术人员还控制滚道的曲率和均匀性以及钢球的等级，减小了振动，进而减少了发热量。铁姆肯公司具有丰富的冶金知识和经验，并建有自己的特种钢生产厂，因而能够保证精密轴承原材料的品质。铁姆肯公司生产的轴承钢是世界上Z纯净的轴承钢之一，没有杂质，从而提高了轴承的使用寿命。
1.3 保持架
保持架对于机床轴承很关键，其性能会影响机床轴承在高速旋转下的稳定性。铁姆肯公司生产的标准保持架采用酚醛树脂材料， 内部设计和兜孔间隙的公差紧并控制引导表面，保证保持架在高速运转、润滑及动载时良好的稳定性。
铁姆肯公司生产的精密角接触球轴承都是Fafnir®品牌。精密角接触球轴承主要有两种结构设计方式：高刚性的WI系列和高转速的HX系列满足不同应用的要求。基本、开放式Fafnir®HX轴承设计具有更高的主轴速度和更大的动态径向刚度，因此主轴可以在更短的时间内切削更多的材料，同时保证优异的成品公差。这些改良归功于独特的滚珠体与精密工程设计滚道轮廓的完美结合，并以此进一步提升加工效率。
Fafnir®品牌在开发陶瓷球轴承方面有20多年的发展历史，陶瓷材料自身的特点赋予了陶瓷球轴承具有高刚度、高转速、耐高温，寿命长的特点，从而满足高端客户对机床轴承产品的需求。
2 Timken® Fafnir®滚珠丝杠支撑轴承（MMN/MMF系列）
全新的MMN/MMF双列系列滚珠丝杠支撑轴承（图2）具有领先性能，可满足机床对于定位平滑度和准确性的要求。低扭矩的整体密封圈能有效地抵御杂质，以获得更可靠的操作性能和更长的使用寿命。
超精密双列结构支持双向的轴向载荷，也支持复合径向载荷力和倾覆力矩。创新的保持架设计能容纳更多的滚珠以具备更大的载荷能力。ABEC9/ISO P2轴向运转公差能减小跳动量，在Z大程度上提高精密机床定位和重复定位的精度。这将使得机床在确保切割更准确、更平滑的同时获得Z大生产率。
该密封单元分成凸缘系列MMF）和非凸缘（MMN）系列，其设计能简化标准螺母安装和旋转式螺母安装。MMF凸缘系列无需外圈的外部定位。标准系列是成对密封结构，两种系列均可带有封罩和密封配置，双列或四列配置。
Timken® Fafnir®滚珠丝杠支撑轴承（MMN/MMF系列）具有如下特点：（1）更长的使用寿命。成对小扭矩的整体密封圈能抵御杂质，在苛刻的操作环境中延长轴承使用寿命。轴承在包装前都经过润滑处理，并可以在使用期间进行再润滑。（2）高载荷能力。双列设计支持轴向载荷和双向载荷。内部滚道空间允许容纳更多的滚珠以增强承载能力。一致的预载以获得精确的重复定位——通过使用精密防松螺母靠轴肩定位，让轴承的双内圈、外圈以及保持架精确匹配，从而获得精确的预紧力。（3）超精度。ABEC9/ISO P2轴向运转公差能减小跳动量并提高定位精度。严格控制的宽度公差能提升系统稳定性和性能表现。（4）更高的硬度。轴承结合60°接触角和Z大化的滚珠容纳能力，从而获得卓越的轴向刚度和精度。（5）更高的速度。重负荷NLGI#2润滑油提供出色的速度性能。可选用陶瓷滚珠和特种润滑油来大幅提升速度和加速度等级。（6）简易灵活的安装。无论是固定螺母还是旋转式螺母设计，带内置密封的整体轴承单位均简化了安装。凸缘单元无需外部定位。（7）无需磨削端盖（MMN）。严格的宽度公差（比ABEC9/ISO P2标准高5倍）以及在各轴承单列宽度所做的标记消除了对端盖磨削的必要，提升了生产率的同时降低装配成本。
3 新产品
密封型HX设计的Fafnir®THSS（纯高速密封型）轴承系列，可在确保内部润滑的同时，保护润滑剂不受外界污染，从而有效延长轴承使用寿命。
Fafnir®HX和THSS心轴轴承能通过提高加工中心产量，延长轴承使用间隔来进一步提高心轴轴承投资效益。并具有操作温度降低、精度和轴、孔选配准确度高、动态性能强、应用范围广泛、轴承使用寿命延长和免维护操作等优点。
根据对机床轴承的损坏的研究表明，60%主轴失效的原因是因为轴承中进入了硬质颗粒导致轴承损坏。故此铁姆肯公司凭借其深厚的材料科学知识开发了Wearever TM轴承。该产品通过改善钢材本身的组织，优化碳组织，使得碳原子的分布更加均匀细致，HRC达到66，同时采用陶瓷球为滚动体，提高了轴承的抗磨能力。在实验室的测试条件下，Wearever TM轴承的207轴承（内径为35mm）的寿命至少要超过普通轴承的147倍。
4 圆锥滚子轴承
铁姆肯公司是世界Z大圆锥滚子轴承制造商之一。铁姆肯公司针对机床行业开发了精密的TS、TSF、TDO、TNASWH型轴承，精度等级从ISO P4到ISO P2。
一般来说，由于圆锥滚子是线接触，同样外形尺寸的圆锥滚子轴承的刚度比球轴承刚度要高很多，但其转速要低于球轴承。由于圆锥滚子轴承滚子大端与内圈大挡边之间的滑动摩擦会发热，从而使得普通圆锥轴承的速度无法提高。为了顺应机床行业重切削、高刚度、高转速的要求，改善滚子大端与内圈大挡边之间的润滑，铁姆肯公司特别开发了TSMA和TSMR轴承。TSMA的设计是在内圈的大挡边上开多个轴向润滑油孔，将润滑油引入滚子大端面与内圈大挡边之间，改善润滑条件，极大地提高了轴承的速度。TSMR的设计是通过在轴承内圈上开多个径向的润滑油孔实现润滑油引入滚子大端面与内圈大挡边之间改善其润滑。
此外，铁姆肯公司还研制了液力挡边轴承，它是为更好地优化主轴系统的预载而设计。此轴承的外圈是浮动的，挡边与滚子大端接触，不像常见的轴承有固定内圈挡边。浮动的挡边通过液压油来控制，能更好地控制轴承在运转过程中的预载，提高主轴精度、静态和动态刚度，优化其预载，可应用较宽的运转速度，切削力大时机床的寿命更长，可通过手动或电脑编程调节不同的预载，运转温度低。
另一种为优化主轴系统的预载而设计的弹簧挡边轴承。该轴承同样具有可浮动的外滚道。其浮动的挡边通过弹簧系统来定位实现对预载的控制。该弹簧挡边轴承相对于液力挡边轴承来说，不需要液压系统。
除此之外，铁姆肯公司还开发了陶瓷圆锥滚子轴承。
圆锥滚子轴承可广泛应用于切削量大、刚性要求高的机床设备。
5 交叉滚子轴承
铁姆肯公司开发了高端的交叉圆锥滚子轴承（图3），是目前Z为先进的机床轴承产品之一。这种轴承产品广泛应用于立式机床的转台上， 包括立式铣床、立式车床和立式镗床等。
该密封单元分成凸缘系列MMF）和非凸缘（MMN）系列，其设计能简化标准螺母安装和旋转式螺母安装。MMF凸缘系列无需外圈的外部定位。标准系列是成对密封结构，两种系列均可带有封罩和密封配置，双列或四列配置。
Timken® Fafnir®滚珠丝杠支撑轴承（MMN/MMF系列）具有如下特点：（1）更长的使用寿命。成对小扭矩的整体密封圈能抵御杂质，在苛刻的操作环境中延长轴承使用寿命。轴承在包装前都经过润滑处理，并可以在使用期间进行再润滑。（2）高载荷能力。双列设计支持轴向载荷和双向载荷。内部滚道空间允许容纳更多的滚珠以增强承载能力。一致的预载以获得精确的重复定位——通过使用精密防松螺母靠轴肩定位，让轴承的双内圈、外圈以及保持架精确匹配，从而获得精确的预紧力。（3）超精度。ABEC9/ISO P2轴向运转公差能减小跳动量并提高定位精度。严格控制的宽度公差能提升系统稳定性和性能表现。（4）更高的硬度。轴承结合60°接触角和Z大化的滚珠容纳能力，从而获得卓越的轴向刚度和精度。（5）更高的速度。重负荷NLGI#2润滑油提供出色的速度性能。可选用陶瓷滚珠和特种润滑油来大幅提升速度和加速度等级。（6）简易灵活的安装。无论是固定螺母还是旋转式螺母设计，带内置密封的整体轴承单位均简化了安装。凸缘单元无需外部定位。（7）无需磨削端盖（MMN）。严格的宽度公差（比ABEC9/ISO P2标准高5倍）以及在各轴承单列宽度所做的标记消除了对端盖磨削的必要，提升了生产率的同时降低装配成本。
3 新产品
密封型HX设计的Fafnir®THSS（纯高速密封型）轴承系列，可在确保内部润滑的同时，保护润滑剂不受外界污染，从而有效延长轴承使用寿命。
Fafnir®HX和THSS心轴轴承能通过提高加工中心产量，延长轴承使用间隔来进一步提高心轴轴承投资效益。并具有操作温度降低、精度和轴、孔选配准确度高、动态性能强、应用范围广泛、轴承使用寿命延长和免维护操作等优点。
根据对机床轴承的损坏的研究表明，60%主轴失效的原因是因为轴承中进入了硬质颗粒导致轴承损坏。故此铁姆肯公司凭借其深厚的材料科学知识开发了Wearever TM轴承。该产品通过改善钢材本身的组织，优化碳组织，使得碳原子的分布更加均匀细致，HRC达到66，同时采用陶瓷球为滚动体，提高了轴承的抗磨能力。在实验室的测试条件下，Wearever TM轴承的207轴承（内径为35mm）的寿命至少要超过普通轴承的147倍。
4 圆锥滚子轴承
铁姆肯公司是世界Z大圆锥滚子轴承制造商之一。铁姆肯公司针对机床行业开发了精密的TS、TSF、TDO、TNASWH型轴承，精度等级从ISO P4到ISO P2。
一般来说，由于圆锥滚子是线接触，同样外形尺寸的圆锥滚子轴承的刚度比球轴承刚度要高很多，但其转速要低于球轴承。由于圆锥滚子轴承滚子大端与内圈大挡边之间的滑动摩擦会发热，从而使得普通圆锥轴承的速度无法提高。为了顺应机床行业重切削、高刚度、高转速的要求，改善滚子大端与内圈大挡边之间的润滑，铁姆肯公司特别开发了TSMA和TSMR轴承。TSMA的设计是在内圈的大挡边上开多个轴向润滑油孔，将润滑油引入滚子大端面与内圈大挡边之间，改善润滑条件，极大地提高了轴承的速度。TSMR的设计是通过在轴承内圈上开多个径向的润滑油孔实现润滑油引入滚子大端面与内圈大挡边之间改善其润滑。
此外，铁姆肯公司还研制了液力挡边轴承，它是为更好地优化主轴系统的预载而设计。此轴承的外圈是浮动的，挡边与滚子大端接触，不像常见的轴承有固定内圈挡边。浮动的挡边通过液压油来控制，能更好地控制轴承在运转过程中的预载，提高主轴精度、静态和动态刚度，优化其预载，可应用较宽的运转速度，切削力大时机床的寿命更长，可通过手动或电脑编程调节不同的预载，运转温度低。
另一种为优化主轴系统的预载而设计的弹簧挡边轴承。该轴承同样具有可浮动的外滚道。其浮动的挡边通过弹簧系统来定位实现对预载的控制。该弹簧挡边轴承相对于液力挡边轴承来说，不需要液压系统。
除此之外，铁姆肯公司还开发了陶瓷圆锥滚子轴承。
圆锥滚子轴承可广泛应用于切削量大、刚性要求高的机床设备。
5 交叉滚子轴承
铁姆肯公司开发了高端的交叉圆锥滚子轴承（图3），是目前Z为先进的机床轴承产品之一。这种轴承产品广泛应用于立式机床的转台上， 包括立式铣床、立式车床和立式镗床等。
交叉滚子轴承的特征是轴承中有两个滚道，两排交叉排列的滚子。该轴承尺寸截面高度比单列的圆锥滚子轴承的截面高度高不了多少。故此结构紧凑，体积小巧， 降低了成本。
其两排交叉排列的圆锥滚子采用小倾角设计，因此该轴承具有很宽的有效跨距，提高了轴承抗倾覆力矩的能力和稳定性，具有更好的承载能力。
同时交叉圆锥滚子轴承均为精密轴承，具有极高的旋转精度。铁姆肯公司生产的交叉圆锥滚子轴承采用渗碳钢制造，其表面抗磨，芯部抗冲击；同时，主轴比较短，也能很好地控制热膨胀。常见的交叉圆锥滚子轴承为TXRDO的形式，安装简单，易于调整原有安装形式或维修方法，惯性力小，启动转矩小。
其两排交叉排列的圆锥滚子采用小倾角设计，因此该轴承具有很宽的有效跨距，提高了轴承抗倾覆力矩的能力和稳定性，具有更好的承载能力。
同时交叉圆锥滚子轴承均为精密轴承，具有极高的旋转精度。铁姆肯公司生产的交叉圆锥滚子轴承采用渗碳钢制造，其表面抗磨，芯部抗冲击；同时，主轴比较短，也能很好地控制热膨胀。常见的交叉圆锥滚子轴承为TXRDO的形式，安装简单，易于调整原有安装形式或维修方法，惯性力小，启动转矩小。
来源：《制造技术与机床》2009年第8期