Скидка на подшипники из наличия!
Новое поступление товара в 2026 году!
Точность 4-й (а в наклонно-поворотных столах — и 5-й) оси современного фрезерного обрабатывающего центра определяется в первую очередь конструкцией опорного подшипника планшайбы. На этой позиции конкурируют две принципиально разные конструкции: комбинированный аксиально-радиальный подшипник YRT (axial/radial bearing) и перекрёстно-роликовый подшипник (crossed roller bearing). Обе схемы воспринимают одновременно радиальную, двунаправленную осевую нагрузку и опрокидывающий момент в одном компактном узле — но различаются по предельной частоте вращения, точности позиционирования, способу обеспечения преднатяга и логике обслуживания. В материале разобраны конструктивные особенности обеих схем, методика подбора по моменту и диаметру планшайбы, нормы биения по ISO 492 и DIN 620, а также порядок замены и контроля преднатяга.
Поворотный стол 4-й оси — это сборочный узел, добавляющий вращение детали вокруг горизонтальной (либо вертикальной — в зависимости от ориентации монтажа) оси к стандартному 3-координатному фрезерному станку. Конструктивно стол состоит из корпуса, шпинделя планшайбы, передачи (червячная пара, кулачково-роликовый редуктор RC — roller cam, прямой привод DD — direct drive, либо волновая передача), тормозного механизма (пневматического или гидравлического) и опорного подшипникового узла планшайбы. Именно опорный подшипник принципиально определяет точность позиционирования, жёсткость и предельную скорость стола.
Опорный узел планшайбы должен одновременно обеспечивать:
Использовать для этой задачи комбинацию из радиального шарикоподшипника и упорного шарикоподшипника технически возможно, но конструктивно нерационально: получается высокая монтажная высота, два посадочных места с разными требованиями к допускам, более сложная регулировка преднатяга. Поэтому в современных столах применяют комбинированные опоры — либо YRT и родственные серии (Schaeffler/INA, а также аналоги других производителей), либо перекрёстно-роликовый подшипник (IKO, THK, Schaeffler, NSK, NTN). Обе схемы дают по сути «два-в-одном» или «три-в-одном» в плоской компактной геометрии.
В типовой схеме горизонтального поворотного стола опорный подшипник располагается между корпусом и планшайбой. Одно базовое кольцо крепится к корпусу, другое — к планшайбе. В тыловой части шпинделя располагается привод (червячное колесо, ротор DD-мотора, выходное колесо роликовой кулачковой передачи или гибкое колесо волновой передачи). Тормозной диск выполнен заодно с планшайбой или закреплён к её тыльной стороне. Опорный подшипник одновременно работает как точное направление вращения и как «несущая стена» от всех приложенных нагрузок.
YRT — это собственное обозначение Schaeffler/INA для серии готовых к установке (ready-to-fit) аксиально-радиальных подшипников, разработанных для опор поворотных столов, планшайб, фрезерных головок и поворотных зажимных приспособлений. Сейчас аналогичную геометрию выпускают и другие производители прецизионных подшипников.
Внутреннее устройство стандартного YRT состоит из трёх колец и трёх рядов тел качения:
Все три кольца имеют равномерно распределённые крепёжные отверстия — подшипник крепится непосредственно болтами к корпусу и к планшайбе без промежуточных деталей. Преднатяг — заводской: при сборке производитель подбирает толщины и геометрию колец так, чтобы после полной затяжки болтов с рекомендованным моментом радиальный зазор был нулевым, а осевой ход — отсутствовал. Соответственно, регулировка преднатяга на месте монтажа не требуется и не предусмотрена конструктивно.
Schaeffler производит несколько серий аксиально-радиальных подшипников с общими принципами установки и преимущественно одинаковыми монтажными размерами:
По данным каталогов Schaeffler и каталогов сторонних производителей аналогов, размерные допуски YRT, YRTC и YRTSpeed соответствуют классу P5 по ISO 492 / DIN 620, а допуски формы и положения — классу P4. По специальному заказу для серий YRT и YRTC допуски на осевое и радиальное биение могут быть сокращены примерно вдвое от паспортных. Для нестандартных применений изготавливают подшипники с биением класса P2 либо специальные исполнения VSP (Very Special Precision) для шлифовальных применений.
Стандартные типоразмеры YRT (по данным каталогов производителя и сторонних поставщиков прецизионных подшипников):
Перекрёстно-роликовый подшипник — это однорядный подшипник с одним рядом цилиндрических роликов, в котором соседние ролики установлены с поворотом осей вращения на 90° друг относительно друга. Дорожки качения внутреннего и наружного колец имеют V-образный профиль с углом 90°. Каждый ролик опирается на две дорожки качения — таким образом, четверть роликов работает на восприятие радиальной нагрузки, по четверти — на осевую нагрузку в каждом из направлений, и оставшиеся ролики — на нейтральные углы между этими направлениями. Между роликами располагаются разделители (сепараторы) в виде дисков либо непрерывного сепараторного кольца — чтобы исключить трение соседних роликов друг о друга и одновременно стабилизировать их положение.
Одно из колец (внутреннее у серии RB или наружное у серии RE по обозначениям THK) выполнено разъёмным — состоит из двух половин, что обеспечивает возможность сборки и монтажа цельного ряда роликов. После сборки разъёмное кольцо стягивается крепёжными винтами либо удерживается во внешнем корпусе. У интегрированных серий (RU у THK, CRBH/CRBF у IKO) кольца уже объединены конструктивно вместе со встроенными монтажными отверстиями.
Перекрёстно-роликовый подшипник в одном ряду воспринимает:
В отличие от YRT, у перекрёстно-роликового подшипника один и тот же ряд тел качения принимает на себя все типы нагрузок. Это даёт компактность и относительную простоту, но накладывает ограничение по предельной частоте вращения: при высоких скоростях концевой контакт ролика о борта дорожки качения (так называемое end-loading) генерирует значительное скольжение и нагрев. По этой причине стандартные перекрёстно-роликовые подшипники применяются в основном в низко- и среднескоростных применениях.
Для рынка прецизионных поворотных столов выпускаются следующие основные конструктивные исполнения перекрёстно-роликовых подшипников (обозначения IKO и THK):
Стандартная точность модели RU по каталогу THK — класс P5, причём он не индицируется в обозначении модели; по заказу выпускаются классы P4 и P2. Базовые модели RB и RE имеют стандартную точность класса 0 (нормальная) с возможностью повышения до P5, P4, P2. Дополнительно THK предлагает специальную ультра-прецизионную серию USP, точность которой превышает классы JIS Class 2, ISO Class 2, DIN P2 и AFBMA ABEC 9.
В таблице сведены ключевые отличия двух типов подшипников с точки зрения их применения в опорах планшайб поворотных столов 4-й оси.
Допуски подшипников качения нормируют международный стандарт ISO 492 (радиальные подшипники) и ISO 199 (упорные подшипники), а также их эквиваленты — DIN 620 в Европе, JIS B 1514 в Японии и стандарты ABMA Std. 20 / ABMA Std. 19 в США. Классы точности возрастают от P0 (нормальный) к P6, P5, P4, P2. ABEC-классы (1, 3, 5, 7, 9) ABMA соответствуют ISO P0, P6, P5, P4, P2.
Для YRT и перекрёстно-роликовых подшипников нормируется в первую очередь биение:
Готовые узлы серии RU (THK) — это перекрёстно-роликовые подшипники с интегрированными монтажными отверстиями, по конструкции функционально близкие к YRT. Каталог производителя приводит следующие значения биения внутреннего кольца (при вращении внутреннего кольца):
Биение наружного кольца модели RU при тех же классах точности по каталогу THK — заметно выше: для RU 124 это 13/8/5 мкм (P5/P4/P2), для RU 178 — 15/10/7 мкм, для RU 445 — 25/16/10 мкм. Поэтому в опорах поворотных столов планшайбу рекомендуется крепить к тому кольцу, биение которого ниже — в большинстве применений RU это внутреннее кольцо. Цифровое обозначение в номере модели RU соответствует диаметру делительной окружности тел качения (PCD) в миллиметрах.
Для YRT в каталогах производителей размерные допуски декларируются по классу P5, а допуски формы и положения — по классу P4 по DIN 620. По специальному заказу для серий YRT и YRTC биение (осевое и радиальное) может быть сокращено примерно на 50 % от паспортного, что приближает подшипник по характеристикам биения к классу P2.
Биение опорного подшипника напрямую трансформируется в погрешность позиционирования периферийной точки планшайбы. Если внешний диаметр планшайбы существенно больше посадочного диаметра подшипника, биение усиливается за счёт «плеча»:
В практике паспортная точность позиционирования прецизионных поворотных столов 4-й оси под фрезерные операции составляет в диапазоне 0,006…0,008 мм по периферии планшайбы радиусом порядка 100–200 мм. Чтобы получить такие значения, опорный подшипник должен иметь биение в пределах 4–6 мкм (классы точности P5 или выше). Для шлифовально-доводочных операций требуется ещё более жёсткая норма — биение в пределах 2–3 мкм, что достигается классом P4, P2 либо специальной серией USP.
Декларируемое в каталоге биение подшипника достигается только при выполнении требований к шероховатости, плоскостности и круглости посадочных поверхностей корпуса и планшайбы. Для YRT по рекомендации производителя посадочный вал должен соответствовать допуску h5, а отклонение от круглости и плоскостности посадочных поверхностей не должно превышать единиц микрометров для типоразмеров до 200 мм. Превышение этих допусков переносит геометрические погрешности корпусных деталей на дорожки качения подшипника и сводит на нет преимущество высокого класса точности.
Опрокидывающий момент Mо, действующий на опорный подшипник планшайбы, складывается из двух составляющих: статической (от веса детали при её установке внецентренно на планшайбе либо при горизонтальной ориентации планшайбы — от веса всей детали относительно оси вращения) и динамической (от сил резания, приложенных к детали в процессе обработки).
Диаметр опорного подшипника подбирают в первую очередь из конструктивных соображений компоновки стола: посадочный диаметр должен быть достаточно велик, чтобы обеспечить требуемую жёсткость относительно опрокидывающего момента, и одновременно вписаться в габариты корпуса. Эмпирическое правило: посадочный (внутренний) диаметр опорного подшипника составляет примерно 0,5–0,7 диаметра планшайбы. При меньшем соотношении опорный подшипник работает с большим плечом момента и теряет «выигрыш» от своей высокой жёсткости.
Ниже приведены подшипники YRT и перекрёстно-роликовые с близкими габаритами и сопоставимой грузоподъёмностью (значения по каталогам производителей и независимых поставщиков прецизионных подшипников):
Таблица показывает, что при близком посадочном диаметре YRT имеет более высокую общую высоту (за счёт трёхкольцевой конструкции), но всегда несёт встроенные крепёжные отверстия. Перекрёстно-роликовые серии CRB и CRBC более компактны, но базовые исполнения не имеют монтажных отверстий и требуют посадки в специальный корпус. Серии RU (THK) и CRBH/CRBF (IKO) с интегрированными монтажными отверстиями функционально ближе всего к YRT, но монтажная высота у них всё равно ниже.
В YRT преднатяг создаётся на этапе заводской сборки и в принципе не подлежит изменению пользователем. Это обеспечивает повторяемость характеристик жёсткости и биения от изделия к изделию и упрощает монтаж. Однако завышение момента затяжки крепёжных болтов выше рекомендованного производителем может вызвать деформацию колец и нарушить геометрию преднатяга. Поэтому в инструкциях по монтажу YRT всегда приводятся таблицы рекомендованных моментов затяжки в зависимости от типоразмера болта (как правило, в диапазоне нескольких десятков ньютон-метров для подшипников среднего типоразмера).
Дополнительный фактор — отклонение посадочного отверстия корпуса от формы (круглости и плоскостности). Если корпус деформирован, преднатяг по периметру окружности подшипника становится неравномерным, что приводит к локальному перегреву и увеличению биения.
В перекрёстно-роликовых подшипниках преднатяг и зазор задаются на этапе изготовления. По каталогу THK для моделей RU/RB/RE стандартизованы следующие группы радиального зазора:
В готовых модулях серии RU и аналогичных преднатяг настраивается на заводе при подборе колец и обеспечивает заявленную точность сразу «из коробки». В подшипниках серии RB с разъёмным кольцом при монтаже дополнительно может потребоваться контроль усилия затяжки крепёжных винтов разъёмной половины и подбор проставочных шайб для коррекции преднатяга в составе ответного узла.
При монтаже YRT и перекрёстно-роликовых подшипников фактическое значение преднатяга косвенно контролируется по моменту страгивания (starting torque) либо моменту вращения на постоянной малой частоте (running torque). Заводские каталоги приводят типовые значения этих величин для каждой комбинации типоразмера и преднатяга. Превышение фактического момента трения по сравнению с табличным указывает на завышенный преднатяг (например, из-за деформации корпуса при монтаже); заниженный момент — на недостаточный преднатяг или ослабление крепежа.
Опорный подшипник поворотного стола требует замены при появлении следующих признаков, выявляемых при штатной проверке точности:
Демонтаж подшипника начинается с разборки приводного узла и снятия планшайбы. Перед извлечением необходимо отметить взаимное положение колец относительно корпуса (это поможет при контроле геометрии после демонтажа и при анализе характера износа). Усилия съёма следует прикладывать только через посадочные поверхности колец, не через тела качения. Для перекрёстно-роликовых подшипников с разъёмным кольцом обращают особое внимание на сохранность роликов и сепараторов при разборке: при выходе тел качения из дорожки сепараторы могут потерять геометрию, что исключает повторную установку подшипника.
Перед монтажом нового подшипника обязательно проверяются:
YRT устанавливается строго в соответствии с инструкцией производителя: подшипник аккуратно укладывается на корпус, затем устанавливается планшайба, после чего крепёжные болты затягиваются крест-накрест в несколько проходов с постепенно увеличивающимся моментом до конечного значения. Перекос колец YRT при монтаже недопустим — нарушается заводской преднатяг.
Перекрёстно-роликовый подшипник серии RU монтируется аналогично — болтовым креплением через интегрированные отверстия. Для базовых RB/CRBC требуется посадка в корпус с расчётным натягом и последующая фиксация осевыми прижимными элементами; преднатяг при необходимости корректируется подбором осевых проставок-шайб. После затяжки крепежа контролируется момент вращения планшайбы (свободного, без нагрузки): он должен соответствовать табличному значению производителя для данного типоразмера и группы преднатяга.
После сборки и закладки смазки выполняется холостая обкатка стола на низкой частоте вращения с постепенным её увеличением. Контроль: температура корпуса в зоне опорного подшипника, плавность вращения, отсутствие нехарактерных шумов и вибраций. На прецизионных столах после обкатки повторно замеряется биение планшайбы для подтверждения сохранения декларируемой точности позиционирования.
Опорные узлы поворотных столов ЧПУ тесно связаны со смежными темами прецизионных направляющих, опорно-поворотных устройств (ОПУ) и комбинированных подшипников. Для углубленного изучения рекомендуем ознакомиться со следующими материалами и каталожными разделами:
Ниже собраны типовые вопросы, возникающие при подборе и замене подшипника поворотного стола ЧПУ. Ответы можно развернуть нажатием на заголовок.
Зависит от приоритетов конструкции. Если важна минимальная сборочная высота и компактность узла, а скорости вращения умеренные (до нескольких сотен оборотов в минуту) — оптимален перекрёстно-роликовый подшипник: его монтажная высота меньше, а одна геометрия V-образных дорожек воспринимает все типы нагрузок. Если приоритеты — высокая жёсткость, стабильность преднатяга, повышенные скорости вращения (DD-привод), возможность интеграции углового энкодера без отдельного датчика или интеграции зубчатого венца передачи — выбирают YRT и родственные серии (YRTC, YRTS, YRTM, YRTCMA, YRTCG, ZKLDF). В подавляющем большинстве прецизионных столов фрезерных обрабатывающих центров с роликово-кулачковым приводом устанавливают YRT либо YRTS; в роботизированных индексных столах и компактных делительных узлах чаще встречаются перекрёстно-роликовые серии RU и CRBF/CRBH.
Три кольца нужны для физического разделения функций восприятия осевой нагрузки в обе стороны. Один упорный ряд воспринимает осевую нагрузку «снизу-вверх», второй — «сверху-вниз». Между этими двумя рядами размещаются дорожки, требующие отдельных опорных поверхностей. Кроме того, одно из колец формирует ещё и дорожку радиального ряда роликов. Эта схема даёт независимый контроль преднатяга в каждом из направлений и существенно более высокую жёсткость, чем у двух последовательно установленных раздельных подшипников — упорного и радиального — при сопоставимой монтажной высоте.
Технически — да, выпускаются исполнения с нулевым (C0) или увеличенным (C1) зазором. Но в применениях, где требуется высокая угловая повторяемость, нулевой ход при реверсе и жёсткость при работе с моментной нагрузкой — преднатяг обязателен. Без преднатяга подшипник работает с микрозазорами, что в поворотном столе 4-й оси даёт «мёртвый ход» при реверсе и существенно снижает точность позиционирования. Поэтому в составе прецизионного оборудования всегда применяются исполнения с отрицательным зазором CC0 (преднатяг).
Класс точности подшипника определяет максимальное допустимое биение колец и точность размеров. Биение колец напрямую трансформируется в перемещение точки на планшайбе при вращении (с учётом «плеча» — отношения радиуса планшайбы к радиусу дорожки качения подшипника). Грубо говоря, переход с P5 на P4 уменьшает биение примерно в полтора-два раза, переход с P4 на P2 — ещё примерно вдвое. Для ультрапрецизионных применений у THK существует специальная серия USP с точностью, превышающей P2 / ABEC 9. Однако реальная точность позиционирования стола определяется не только подшипником, но и точностью передачи (червячная пара или роликовая кулачковая передача), точностью датчика углового положения, термической стабильностью узла, точностью посадочных поверхностей корпуса и планшайбы. Прецизионный подшипник класса P4 в станине посредственной геометрии не даст лучшей точности, чем подшипник P5 в правильно изготовленном корпусе.
Прямая взаимозаменяемость отсутствует. YRT и перекрёстно-роликовые подшипники имеют разную монтажную высоту, разную конструкцию сопряжения с корпусом, разные требования к геометрии посадочных поверхностей. Кроме того, отличается схема создания преднатяга. Установка подшипника другой геометрии требует переделки корпуса и (как правило) планшайбы. В практике сервиса при ремонте используется подшипник той же серии и типоразмера, что был установлен производителем оборудования; если такой подшипник недоступен, рассматривают аналог в той же категории (например, YRT 80 заменяют на YRT 80 другого производителя с тем же классом точности), а не подшипник принципиально иной конструкции.
В перекрёстно-роликовом подшипнике каждый ролик контактирует не только своей цилиндрической поверхностью с дорожкой, но и торцевой плоской поверхностью — с бортом дорожки. Этот концевой контакт (end-loading) при возрастании скорости вращения становится зоной значительного скольжения с трением, что ведёт к нагреву и ускоренному износу. В YRT эта проблема решена конструктивно: радиальные ролики работают только по цилиндрической поверхности (нет осевого контакта), а упорные ролики работают только торцами по плоской дорожке (нет радиального контакта). Поэтому YRTSpeed может работать на скоростях, недостижимых для базовых перекрёстно-роликовых исполнений; ZKLDF с шариковыми телами качения — на ещё более высоких.
Нет. Преднатяг YRT задан конструктивно при заводской сборке через подбор высоты колец и проставочных шайб. На месте монтажа изменить его нельзя. Можно только обеспечить (или нарушить) расчётные условия его работы. Расчётные условия — это правильная геометрия корпуса и планшайбы (круглость, плоскостность, перпендикулярность), правильный момент затяжки крепёжных болтов (равномерный, в несколько проходов крест-накрест, с конечным значением по таблице производителя) и отсутствие перекосов колец при сборке. Перетяжка болтов выше рекомендуемого значения не «усиливает» преднатяг, а деформирует кольца и нарушает геометрию дорожек качения.
Большинство прецизионных подшипников поворотных столов (как YRT, так и перекрёстно-роликовых) поставляются предварительно смазанными прецизионной литиевой либо синтетической пластичной смазкой среднего класса консистенции (NLGI 2 или NLGI 1–2). Для DD-приводов и высокоскоростных применений (YRTSpeed, ZKLDF) используют специальные низкошумные смазки с пониженным моментом трения. Перезакладка смазки в условиях эксплуатации требуется редко — типично раз в несколько лет либо по факту износа уплотнений. Применение универсальной литиевой смазки в прецизионном подшипнике без согласования с производителем нежелательно: содержание твёрдых частиц и присадок может превышать норму, допустимую для прецизионных дорожек качения.
Это две системы обозначений точности подшипников: американская ABEC (Annular Bearing Engineers' Committee, входит в ABMA) и международная ISO 492 (с европейским аналогом DIN 620 и японским JIS B 1514). Соответствие классов: ABEC 1 ↔ ISO P0 (нормальный); ABEC 3 ↔ P6; ABEC 5 ↔ P5; ABEC 7 ↔ P4; ABEC 9 ↔ P2. Большее число в ABEC означает более точный класс, в ISO/DIN — наоборот, меньший номер означает более точный класс. В каталогах европейских производителей подшипников чаще используют обозначения P5/P4/P2; в каталогах американских и японских — встречаются и ABEC-классы.
Коэффициент запаса зависит от характера нагрузки. Для статических применений (стол, на котором деталь зафиксирована и подвергается только установочным перемещениям) запас 1,5–2 относительно расчётного допустимого момента опрокидывания — достаточно. Для динамических применений с фрезерованием (силы резания меняются по величине и направлению, появляются ударные нагрузки от прерывистого резания) запас закладывают 2–3. Для тяжёлых режимов с возможными перегрузками — 3 и выше. Это общеинженерное правило для подбора подшипников; точное значение коэффициента зависит от ответственности применения, требуемого ресурса и доступа к запасной части в случае выхода подшипника из строя.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.