2.3.2 主轴轴承

高速主轴单元设计中主轴轴承类型的选择与设计也是非常关键的。主轴轴承不但要有高的刚度和大的承载能力，而且要有较长的使用寿命。到目前为止，有4种轴承可选做高速主轴轴承，即滚动轴承、空气静压轴承、液体动静压轴承和磁悬浮轴承。

（1）滚动轴承

滚动轴承在高速旋转时滚珠会产生很大的离心力和陀螺力矩，此时的离心力远大于切削时作用给滚珠的力，故此时轴承设计的主要参数不再是工作载荷了，而应是转速。一般用转速特征值k来表示，即k=ndm（n——转速，dm——轴承的平均直径）。为此必须采取以下措施解决离心力的问题：

① 尽量减小滚珠直径；

② 采用密度小的热压烧结Si3N4陶瓷材料制作滚珠。

Si3N4陶瓷材料具有密度小（3.2 g/cm3）、弹性模量大（300 GPa，约是轴承钢的1.5倍）、硬度高（1800HV）、热胀系数小、耐高温、不导电、不导磁、导热系数小等一系列优良性能。用热压Si3N4陶瓷材料制作的轴承具有转速高、精度高、刚度高、温升小（比轴承钢轴承减少35%～60%）、寿命长等优点。价格虽比同规格同精度等级的钢质轴承高2～2.5倍，但使用寿命长3～6 倍，故热压Si3N4陶瓷制作的轴承是高速机床广为采用的较为经济适用的高速轴承。目前主要用热压Si3N4陶瓷制作滚珠，滚道仍然用轴承钢，这种轴承被称为陶瓷混合轴承，滚道也可作表面改性处理，以提高其耐磨性能。

（2）空气静压轴承

空气静压轴承用于高精度、高转速、轻载荷的场合。使用空气轴承的主轴单元，主轴转速可达150000r/min以上，但输出的扭矩和功率很小，主要用于零件的光整加工。

（3）液体动静压轴承

液体动静压轴承目前主要用于重载大功率场合。这种轴承是采用液体的动力和静力相结合的方法，使主轴在油膜中支撑旋转。是一种综合动压轴承和静压轴承优点的新型多油楔油膜轴承，既避免了静压轴承高速下发热严重和供油系统庞大复杂，又克服了动压轴承启动和停止时可能发生干摩擦的弱点，有很好的高速性能，且调速范围宽，结构紧凑，径向和轴向跳动小，刚度高，阻尼特性好，寿命长，粗精加工均可用；但价格高，使用维护较复杂，标准化程度低[102]。

（4）磁悬浮轴承

磁悬浮轴承是用磁力将主轴无接触地悬浮起来的新型智能化轴承。它的高速性能好、无接触、无摩擦、无磨损、高精度，不需要润滑和密封，还能实现实时诊断和在线监控，故被美国、法国、瑞士、日本、中国等很多国家作为研究对象，是超高速主轴合适而且理想的主轴轴承。但其价格昂贵，还有些技术问题尚未完全解决，因而限制了它的推广使用。