中国报告大厅网讯，2025年，切片机行业正朝着高速、高效、精密、轻量化和自动化的方向快速发展。在这一进程中，切片机的加工性能与主轴系统的动态特性紧密相连，而主轴轴承的动刚度更是衡量高档数控切片机床性能的关键技术指标。改善切片机的动态特性，对于提升其抗振性能、加工精度、效率、使用寿命以及可靠性具有重要意义。以下是2025年切片机行业技术分析。

  一、切片机主轴轴承过盈配合量调节装置的设计原理与方案

  主轴作为金刚线切片机的核心部件，在工作时会受到往复扭力的交变作用，轴承的安装配合对加工质量影响重大。为探究过盈配合量对主轴振动特性的影响，基于石蜡受热膨胀原理设计了一种主轴与轴承过盈配合量调节装置。

  初始过盈配合量会影响主轴系统的动态特性，在轴承安装过程中，内圈与轴之间会发生弹性变形，相关应力可通过公式计算。轴承内圈在主轴表面产生的压应力为 δ₁=E₂(d₁-d₂)/d₁，其中 E₂为轴材料的弹性模量，d₁、d₂分别为装配前后的主轴直径。装配后内圈受到的周向张应力为 δ₂=E₁(d₂-d)/d，装配后内圈胀大量为 L=(d₂-d)-νB₁(d₂-d)/d，式中 E₁为内圈材料的弹性模量，d 为装配前轴承内径，ν 为内圈材料泊松比，B₁为装配前内圈宽度。

  利用感温材料的热胀冷缩可调节内圈与主轴过盈配合量，石蜡在熔点附近线膨胀系数大，相变温度为 43.3-65.5℃，不会影响主轴工作性能，故选择石蜡作为感温材料，其热膨胀量为 ΔL=L'ΔTβ，L' 为石蜡初始尺寸，ΔT 为温度变化量，β 为石蜡平均线膨胀系数。

  以某数控金刚线切片机主轴系统为研究对象，主轴由一组 7216B 角接触球轴承和一套 NU2218E 圆柱滚子轴承支承。7216B 轴承内径 80mm、外径 140mm、宽度 26mm，脂润滑转速 4000r・min⁻¹，油润滑转速 5400r・min⁻¹，基本额定静载荷 65.0kN，基本额定动载荷 77.1kN，质量 1.50kg;NU2218E 轴承内径 90mm、外径 160mm、宽度 40mm，脂润滑转速 3400r・min⁻¹，油润滑转速 312r・min⁻¹，基本额定静载荷 230kN，基本额定动载荷 3.26kN，质量 90kg。石蜡密度 760kg・m⁻³，比热容 2100kJ・kg⁻¹・K⁻¹，潜热 170kJ・kg⁻¹，液体相温度 330.15K，动力黏度 0.0032kg・m⁻¹・s⁻¹，导热系数 0.25W・m⁻¹・k⁻¹。

  过盈配合量调节装置结构为：石蜡填充空腔后，用电热丝连接直流电源与石蜡固体，通过稳压直流电源和电热丝加热石蜡，石蜡升温至熔点变为液体，体积增大，对主轴施加压力使主轴膨胀，改变与轴承的过盈配合量。该装置优点在于可通过电流控制对主轴施加柔性载荷，且能借助传感器实时监测温度和载荷，精确控制过盈配合量，温度降低后石蜡变回固体可重复试验。

  主轴一端为空心轴，其直径计算公式为 d≥A₀³√[P/(n (1-β⁴))]，P 为主轴传递功率，n 为主轴转速，β 为空心轴内径与外径的比值(取 0.3)。基于轴承安装位置及许用过盈配合量(0.013-0.028mm)，计算得空心轴内径 30mm，长度 70mm。

  二、切片机主轴轴承过盈配合量调节装置的方案验证

  《2025-2030年中国切片机行业市场深度研究与战略咨询分析报告》指出，建立主轴系统仿真模型，固定轴的右侧及石蜡固体左端，设置主轴与轴承初始过盈配合量为 0.013mm，在耦合场瞬态模块中使石蜡温度 0-220℃均匀变化，每秒上升 10℃。

  仿真显示，主轴最高温度在与石蜡接触位置，其他位置温度变化小，对主轴体积影响小;轴承内圈温度最高，滚子和外圈温度较低，温升对轴承零件膨胀影响可忽略。

  主轴与轴承过盈配合量随温度变化情况为：40-80℃范围内，因与石蜡相变温度重合，存在相变潜热，最大过盈配合量变化明显;温度高于 80℃后，最大过盈配合量仅受热膨胀系数影响，变化近似呈直线，验证了方案可行性。

  三、切片机主轴系统的动态特性分析

  切片机行业主轴及轴承材料均为 45# 钢，弹性模量 210GPa。不同过盈配合量下主轴与轴承间的预应力不同，0.013mm 时为 33.98MPa，0.015mm 时为 39.21MPa，0.018mm 时为 47.05MPa，0.020mm 时为 52.25MPa，0.022mm 时为 57.51MPa，0.024mm 时为 62.74MPa，0.026mm 时为 67.97MPa，将这些力作为预应力进行模态分析。

  模态分析表明，随着过盈配合量增大，主轴固有频率增大，因模态振型不同，各阶固有频率变化率不同，高阶模态变化率高于低阶。第 4 阶模态(轴向平移运动)受影响较大，固有频率变化率最大为 1.35%;第 3 阶模态(主轴绕回转轴转动)受影响较小，变化率最小为 0.25%。

  谐响应分析采用模态叠加法，结果显示：激振频率 0-1kHz 时，各过盈配合量下主轴轴向、径向振幅增率大致相同;1-2kHz 时，振幅增率随过盈配合量增加而减小;相同激振频率下，过盈配合量越大，轴向、径向振幅越小。这表明在实际工作中，在许用范围内适当增加过盈配合量可减小主轴振动，仿真结果验证了通过温控调节过盈配合量改善主轴振动的可行性。

  总结

  基于温控理论设计的金刚线切片机主轴与轴承过盈配合量调节装置，利用石蜡受热膨胀实现过盈配合量的柔性调节，仿真验证了方案的可行性。过盈配合量在 0.013-0.028mm 范围时，对主轴高阶模态影响更大，第 4、5、6 阶模态固有频率变化率分别为 1.35%、0.77%、0.82%，第 1、2、3 阶分别为 0.44%、0.16%、0.25%。且过盈配合量越大，主轴轴向、径向振幅越小，在许用范围内适当增加过盈配合量可减小主轴振动，使切片机运行更平稳，为提升切片机加工质量提供了有力支持。