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日本CKD喜開理空氣軸承LBC系列作用【湖南中村】

更新時間:2025-10-28點擊次數:27
一、型號組成
CKD 空氣軸承 LBC 系列以 “LBC" 為核心標識,代表 “氣體靜壓型精密軸承",型號體系通過 “基礎標識 + 軸承類型代碼 + 軸徑 + 精度等級 + 安裝形式代碼 + 附加功能標識" 的組合,精準傳遞核心規(guī)格參數。
  • 基礎標識 “LBC":固定代表該系列核心屬性 —— 采用氣體靜壓技術,通過壓縮空氣形成氣膜實現無接觸支撐,適配高速、精密運動場景;

  • 軸承類型代碼:“-R" 為徑向軸承(承受徑向負荷,適配主軸旋轉支撐)、“-T" 為推力軸承(承受軸向負荷,限制軸向竄動)、“-RT" 為組合型軸承(同時承受徑向與軸向負荷,適配復雜受力主軸);

  • 軸徑:通過數字直接標注,單位為 mm,覆蓋 Φ8、Φ12、Φ16、Φ20、Φ25 五種標準規(guī)格,直觀反映適配主軸尺寸;

  • 精度等級標識:“-P1" 為精密級(氣膜均勻性誤差控制在 0.5μm 內,適配磨床、加工中心)、“-P2" 為高精度級(氣膜均勻性誤差控制在 0.2μm 內,適配半導體光刻機、精密測量儀);

  • 安裝形式代碼:“-F" 為法蘭型(通過法蘭盤固定于設備殼體,適配臥式主軸)、“-S" 為軸套型(嵌入式安裝,適配小型精密主軸)、“-H" 為懸掛型(通過支架懸掛固定,適配立式加工設備);

  • 附加功能標識:“-V" 代表帶真空吸附(適配真空環(huán)境作業(yè),如半導體晶圓加工)、“-M" 代表帶壓力監(jiān)測(實時反饋氣膜壓力,聯動控制系統調節(jié)供氣)。

例如完整型號 “LBC-RT-20-P2-F-M",表示 LBC 系列、組合型軸承、適配 Φ20 主軸、高精度級、法蘭安裝、帶壓力監(jiān)測功能;“LBC-R-12-P1-S-V" 則對應徑向軸承、適配 Φ12 主軸、精密級、軸套安裝、帶真空吸附的規(guī)格,精準匹配半導體小型精密主軸需求。
二、衍生系列
LBC 系列圍繞 “受力類型 + 精度需求 + 環(huán)境適配" 形成三大類衍生方向,均基于 “氣體靜壓無接觸支撐" 核心設計,覆蓋不同精密設備的運動支撐需求:
1. 按受力類型衍生
  • 徑向基礎款(-R 后綴):通過圓柱形氣膜腔室形成徑向支撐,僅承受主軸旋轉產生的徑向負荷,結構緊湊,適配高速主軸(如鉆攻中心主軸、小型電機主軸);

  • 推力定位款(-T 后綴):采用環(huán)形氣膜腔室設計,承受軸向推力與定位負荷,限制主軸軸向竄動,適配需軸向精確定位的設備(如車床主軸、激光雕刻機 Z 軸);

  • 組合功能款(-RT 后綴):集成徑向與推力氣膜結構,通過同一供氣系統實現雙向負荷承載,減少安裝空間占用,適配復雜受力場景(如五軸加工中心主軸、精密齒輪加工機床)。

2. 按精度等級衍生
  • 精密級(-P1 后綴):氣膜厚度控制在 5μm-10μm,主軸徑向跳動量≤2μm,適配常規(guī)精密加工設備(如數控銑床、小型磨床),平衡精度與成本需求;

  • 高精度級(-P2 后綴):采用精密節(jié)流孔設計,氣膜厚度波動范圍≤0.5μm,主軸徑向跳動量≤0.5μm,適配超精密加工與測量設備(如半導體晶圓切割機、三坐標測量儀)。

3. 按環(huán)境適配衍生
  • 標準環(huán)境款(無后綴):適配常溫常壓工業(yè)環(huán)境(溫度 0℃-40℃,濕度≤70%),密封件采用丁腈橡膠,供氣過濾精度≥0.1μm,適配普通機械加工車間;

  • 真空環(huán)境款(-V 后綴):采用低揮發(fā)密封材質(全氟橡膠),配備真空隔離氣路,可在 10?3Pa-10?Pa 壓力范圍使用,適配半導體真空鍍膜機、真空焊接設備;

  • 潔凈環(huán)境款(-C 后綴):本體采用電解拋光處理,氣路內置高效過濾器(過濾精度≥0.01μm),無顆粒脫落,適配食品包裝設備、醫(yī)藥口服液灌裝生產線的潔凈車間。

三、規(guī)格要點
LBC 系列以 “無接觸低摩擦 + 高精度支撐 + 環(huán)境適配強" 為核心規(guī)格特色,聚焦精密設備運動系統的穩(wěn)定性與長效性:
1. 氣膜穩(wěn)定支撐設計
作為空氣軸承的核心優(yōu)勢,LBC 系列通過雙重結構設計確保氣膜可靠性:
  • 精密節(jié)流結構:采用陣列式微孔節(jié)流設計,節(jié)流孔直徑僅 0.1mm-0.2mm,均勻分布于軸承工作表面(每平方厘米 8-12 個),使壓縮空氣均勻形成氣膜,避免局部壓力波動;

  • 壓力反饋調節(jié):帶壓力監(jiān)測款(-M 后綴)通過內置壓力傳感器實時采集氣膜壓力,聯動比例減壓閥動態(tài)調節(jié)供氣量,當負荷變化時(如主軸受力波動),氣膜厚度調節(jié)響應時間≤5ms,維持支撐穩(wěn)定性。

2. 高剛性強化結構
針對精密加工的負荷需求,LBC 系列通過材質與結構優(yōu)化提升剛性:
  • 本體材質升級:采用高強度鋁合金(A7075-T6)經時效處理,本體硬度達 HB150 以上,較普通鋁合金剛性提升 40%,可承受瞬時沖擊負荷;

  • 氣膜腔型優(yōu)化:采用階梯式氣膜腔設計,靠近主軸的內側腔室壓力高于外側,形成梯度壓力場,使徑向軸承剛性達 50N/μm 以上,推力軸承剛性達 80N/μm 以上,適配重型切削場景。

3. 精密適配特性
  • 多尺寸兼容:軸徑覆蓋 Φ8-Φ25 標準規(guī)格,同時可提供定制化軸徑(最大可達 Φ50),適配不同功率等級的主軸系統;

  • 低摩擦損耗:氣膜將主軸與軸承隔離,摩擦系數僅 0.0001-0.0005,較滾珠軸承降低 99% 以上,主軸溫升≤15℃(在 30000rpm 轉速下),延長設備壽命;

  • 耐污染設計:氣路入口標配三級過濾系統(粗濾 + 精濾 + 除油),同時軸承兩端設置防塵氣幕(通過微量氣體噴射形成屏障),防止切屑、粉塵侵入氣膜腔。

四、核心技術參數
LBC 系列核心技術參數圍繞支撐性能、運行特性、環(huán)境適配展開,具體數據如下:
  • 軸徑與適配范圍:標準軸徑 Φ8、Φ12、Φ16、Φ20、Φ25,適配主軸公差范圍 h6-h7,定制軸徑最大可達 Φ50;

  • 氣膜特性:精密級(-P1)氣膜厚度 5μm-10μm,高精度級(-P2)2μm-5μm;氣膜工作壓力 0.3MPa-0.8MPa,可通過減壓閥連續(xù)調節(jié);

  • 承載能力:徑向軸承承載能力隨軸徑遞增,Φ8 型號≥500N,Φ25 型號≥3000N;推力軸承承載能力 Φ8 型號≥800N,Φ25 型號≥5000N;

  • 轉速性能:最高允許轉速 60000rpm(Φ8 型號)-20000rpm(Φ25 型號),轉速波動≤1%,適配高速切削與精密旋轉場景;

  • 供氣要求:壓縮空氣需滿足無水(露點≤-40℃)、無油(油分含量≤0.01mg/m3)、無塵(過濾精度≥0.1μm),推薦配套 CKD FD 系列氣源處理單元;

  • 環(huán)境參數:標準款工作溫度 0℃-40℃,真空款 - 20℃-60℃,潔凈款 0℃-50℃;防護等級 IP54(標準款)、IP65(潔凈款),可阻擋液體飛濺與粉塵侵入;

  • 壽命與材質:正常維護下,使用壽命可達 30000 小時以上;本體為高強度鋁合金,軸承工作面鍍硬鉻(硬度 HRC60 以上),節(jié)流孔采用紅寶石材質(耐磨損、抗腐蝕)。

五、工作原理
LBC 系列通過 “壓縮空氣形成氣膜 + 壓力平衡實現支撐" 的機制,實現主軸無接觸精密運動,以組合型帶壓力監(jiān)測款(LBC-RT-P2-M)為例,完整工作流程分為四個階段:
1. 供氣準備階段
設備啟動后,氣源處理單元(過濾器 + 減壓閥 + 油霧分離器)將壓縮空氣處理至潔凈狀態(tài),通過 Φ4mm PU 軟管輸送至軸承進氣口;帶壓力監(jiān)測款此時觸發(fā)初始化程序,壓力傳感器開始采集氣路壓力,反饋至控制系統調節(jié)減壓閥輸出壓力至預設值(通常 0.4MPa-0.6MPa)。
2. 氣膜形成階段
壓縮空氣通過軸承本體的氣路通道進入陣列式節(jié)流孔,經節(jié)流孔降壓后均勻噴射至軸承與主軸的間隙中,形成均勻氣膜;當氣膜壓力達到支撐閾值時,主軸被氣膜懸浮,與軸承工作面脫離(間隙即氣膜厚度),此時徑向間隙與軸向間隙均達到設定值(精密級約 8μm,高精度級約 3μm)。
3. 穩(wěn)定支撐階段
主軸旋轉時,氣膜通過粘性摩擦帶動空氣隨主軸同步運動,形成動態(tài)壓力場,進一步增強氣膜剛性;當主軸承受外部負荷(如切削力、重力)時,氣膜厚度發(fā)生微小變化,壓力傳感器捕捉壓力波動,控制系統立即調節(jié)供氣量,使氣膜壓力重新平衡,維持主軸穩(wěn)定懸??;若為推力軸承,氣膜則限制主軸軸向移動,確保軸向定位穩(wěn)定。
4. 停機泄壓階段
設備關閉后,控制系統先切斷供氣,氣膜壓力逐漸下降,主軸緩慢落至軸承輔助支撐面(由耐磨樹脂制成,避免主軸直接接觸金屬本體);待氣膜消失后,關閉氣源處理單元,完成停機流程。
若為真空環(huán)境款(-V 后綴),停機時需先關閉真空吸附通道,再切斷軸承供氣,防止外部空氣涌入真空腔體。
六、操作使用
1. 安裝規(guī)范
  • 本體固定

  • 法蘭型(-F):用 M6×10mm 內六角螺栓將法蘭盤固定于設備殼體,螺栓擰緊扭矩 3.0N?m-3.5N?m,安裝面平面度需≤0.5μm/m,確保軸承軸線與主軸軸線同軸;

  • 軸套型(-S):采用過盈配合(配合公差 H7/g6)嵌入設備主軸座,嵌入深度需達到軸承長度的 2/3 以上,嵌入過程中禁止敲擊軸承端面,防止節(jié)流孔損壞;

  • 懸掛型(-H):通過耳軸支架與設備框架連接,支架需具備調平功能,安裝后軸承水平度偏差≤0.1mm/m,避免重力導致氣膜受力不均。

  • 配管連接:采用 Φ4mm 或 Φ6mm 食品級 PU 軟管(潔凈環(huán)境需用 PTFE 軟管),通過 CKD KQ2 系列快插接頭連接進氣口,配管長度不超過 2m,且需避免彎曲半徑小于 15mm 的彎折;多軸承并聯使用時,每個軸承需單獨配置減壓閥,確保供氣壓力獨立可調。

  • 傳感器安裝:帶壓力監(jiān)測款的壓力傳感器需固定于軸承進氣口附近(距離≤100mm),接線采用屏蔽電纜,避開變頻器等強電磁干擾源,電纜屏蔽層需單端接地(接地電阻≤1Ω),確保信號穩(wěn)定。

2. 調試流程
  • 壓力調試:啟動時,將減壓閥壓力調至 0.3MPa 初始值,手動轉動主軸,觀察主軸旋轉順暢度;逐步提升壓力至主軸懸浮(可通過千分表檢測主軸徑向跳動,穩(wěn)定后即為懸浮狀態(tài)),記錄適配壓力值(通常 Φ16 主軸適配壓力約 0.5MPa);調試過程中需多次旋轉主軸,確保不同角度下氣膜均穩(wěn)定。

  • 精度校準:使用激光干涉儀檢測主軸旋轉精度,若徑向跳動超出要求,微調軸承安裝位置(法蘭型可通過墊片調整,軸套型需重新校準主軸座精度);高精度級型號需在恒溫環(huán)境(20℃±2℃)下校準,校準后鎖定軸承固定螺栓。

  • 聯動調試:將壓力傳感器信號接入設備 PLC 系統,模擬主軸加載工況(如施加 100N 徑向負荷),驗證壓力反饋是否準確、供氣量調節(jié)是否及時;測試緊急停機場景,確認供氣切斷后主軸可平穩(wěn)落至輔助支撐面,無沖擊現象。

3. 維護保養(yǎng)
  • 日常檢查:每日開機前檢查配管接口是否漏氣(用酒精涂抹接縫處,無氣泡即為正常);觀察氣源處理單元的過濾器壓差表,若壓差超過 0.1MPa 需更換濾芯;用干凈抹布擦拭軸承表面,去除粉塵與油污,禁止使用含溶劑的清潔劑。

  • 定期維護:每運行 5000 小時后,拆卸軸承進行內部清潔,用壓縮空氣(壓力≤0.2MPa)吹除氣路與節(jié)流孔內的雜質,禁止用金屬工具疏通節(jié)流孔;每 10000 小時更換軸承密封件(標準款為丁腈橡膠,真空款為全氟橡膠),更換時需佩戴無塵手套,避免污染密封面;每年對壓力傳感器進行校準,確保壓力檢測誤差≤±0.01MPa。

  • 故障處理:若主軸旋轉卡頓,需檢查供氣壓力是否穩(wěn)定、節(jié)流孔是否堵塞,可通過專用通針(直徑 0.08mm)疏通節(jié)流孔;若氣膜壓力頻繁波動,需檢查氣源處理單元濾芯是否堵塞、配管是否有破損,必要時更換濾芯與配管;若軸承溫度異常升高(超過 40℃),需降低主軸轉速或增大供氣量,排查是否存在氣膜壓力過高導致的能量損耗。

4. 安全注意事項
  • 安裝與維護時必須切斷氣源,待氣膜消失后再接觸主軸,避免主軸突然下落造成人員傷害;

  • 禁止在無供氣狀態(tài)下旋轉主軸,否則主軸會直接接觸軸承工作面,造成節(jié)流孔磨損與主軸劃傷;

  • 真空環(huán)境款使用時,需確保真空腔體與軸承氣路的隔離,防止真空度下降導致氣膜破裂;

  • 設備停機超過 72 小時后,重啟前需先通氣 30 秒,排出氣路中的冷凝水與雜質,再啟動主軸。

七、案例應用
LBC 系列憑借 “高精度無接觸支撐 + 高速低摩擦" 優(yōu)勢,廣泛適配精密加工主軸、半導體設備、測量儀器等場景,典型案例如下:
1. 精密機床:五軸加工中心主軸支撐
  • 應用場景:五軸加工中心主軸(Φ20,轉速 30000rpm)需同時承受徑向切削力(約 1500N)與軸向推力(約 800N),要求主軸徑向跳動≤1μm,以保證復雜曲面加工質量。

  • 選用型號:LBC-RT-20-P2-F-M(組合型軸承、Φ20 軸徑、高精度級、法蘭安裝、帶壓力監(jiān)測)。

  • 優(yōu)勢體現:組合型結構同時承載徑向與軸向負荷,氣膜剛性達 60N/μm,可穩(wěn)定承受切削力;高精度級設計使主軸徑向跳動控制在 0.8μm 內,曲面加工表面粗糙度達 Ra0.2μm;壓力監(jiān)測功能實時適配切削負荷變化,主軸溫升控制在 12℃以內,連續(xù)運行 8 小時無性能衰減。

2. 半導體制造:晶圓切割機主軸
  • 應用場景:半導體晶圓切割機主軸(Φ12,轉速 45000rpm)需在潔凈真空環(huán)境(10?2Pa)下運行,要求無顆粒脫落、主軸軸向竄動≤0.5μm,避免劃傷晶圓表面。

  • 選用型號:LBC-R-12-P2-S-V-C(徑向軸承、Φ12 軸徑、高精度級、軸套安裝、帶真空吸附、潔凈款)。

  • 優(yōu)勢體現:潔凈款無顆粒脫落設計適配潔凈車間要求,真空款可在低真空環(huán)境穩(wěn)定工作;高精度級氣膜使軸向竄動控制在 0.3μm 內,晶圓切割切口平整度達 ±1μm;無接觸支撐使主軸壽命延長至 30000 小時,較傳統滾珠軸承提升 5 倍,降低設備維護成本。

3. 精密測量:三坐標測量儀 Z 軸
  • 應用場景:三坐標測量儀 Z 軸(Φ8,移動速度 50mm/s)需實現軸向精確定位,要求 Z 軸軸向跳動≤0.3μm,移動過程無摩擦卡頓,確保測量數據穩(wěn)定。

  • 選用型號:LBC-T-8-P2-H-M(推力軸承、Φ8 軸徑、高精度級、懸掛安裝、帶壓力監(jiān)測)。

  • 優(yōu)勢體現:推力軸承精準限制軸向竄動,跳動量控制在 0.2μm 內;氣膜無摩擦特性使 Z 軸移動順暢,測量時無附加力影響探針精度;壓力監(jiān)測功能實時反饋 Z 軸負荷變化,適配不同重量探針的測量需求,測量重復性顯著提升。

4. 食品包裝:高速灌裝設備主軸
  • 應用場景:飲料高速灌裝設備主軸(Φ25,轉速 5000rpm)需在潔凈環(huán)境下運行,要求無油污染、主軸溫升低,適配每分鐘 1200 瓶的灌裝節(jié)拍。

  • 選用型號:LBC-RT-25-P1-F-C(組合型軸承、Φ25 軸徑、精密級、法蘭安裝、潔凈款)。

  • 優(yōu)勢體現:潔凈款無油設計避免飲料污染,符合食品級安全標準;組合型結構支撐穩(wěn)定,主軸轉速波動≤0.5%,確保灌裝量均勻;氣膜低摩擦特性使主軸溫升≤10℃,連續(xù) 24 小時運行無性能下降,適配高速生產節(jié)拍。

八、認證
LBC 系列作為 CKD 精密空氣軸承的核心產品,通過多項國際與行業(yè)認證,確保質量、安全與合規(guī)性,具體認證如下:
1. 質量管理體系認證
全系列產品生產過程符合 ISO 9001:2015 質量管理體系標準,從原材料采購(如 A7075 鋁合金、紅寶石節(jié)流孔)到成品檢測(氣膜厚度測試、轉速性能測試)均建立全流程管控:每批次產品需抽樣進行 1000 小時連續(xù)運行測試,驗證使用壽命;抽樣檢測氣膜均勻性與承載能力,確保符合額定值;生產工廠通過 CKD 全球質量審核,每季度接受第三方機構(如 SGS、TüV)現場監(jiān)督,保障生產一致性。
2. 安全與性能認證
  • CE 認證:出口至歐盟的型號通過 CE 認證,符合 EN ISO 13849-1(機械安全標準)與 EN 61010-1(電氣設備安全標準);帶壓力監(jiān)測的型號額外通過 EN 60947-5-2(壓力控制設備標準),可在歐盟工業(yè)設備中安全使用,無安全隱患。

  • UL 認證:出口至北美地區(qū)的型號通過 UL 認證,符合 UL 1004(電機與控制器安全標準)與 UL 94(阻燃標準),本體材質阻燃等級達 UL 94 V-0 級,可在北美高溫、高電壓工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定運行,適配當地安全法規(guī)。

3. 環(huán)保與行業(yè)專項認證
  • RoHS 2.0 認證:全系列產品材質符合歐盟 RoHS 2.0(2011/65/EU)環(huán)保標準,限制鉛、汞、鎘等有害物質使用;軸承表面鍍層采用無鉻工藝,密封件為可回收材質,廢棄處理時對環(huán)境影響極小,適配電子、食品等行業(yè)的綠色生產要求。

  • FDA 認證:潔凈款(-C 后綴)通過美國 FDA 認證,符合 21 CFR Part 177(食品接觸材料安全標準),本體材質與密封件可直接接觸食品、藥品,無有害物質遷移,適配食品包裝、醫(yī)藥灌裝等衛(wèi)生級場景。

  • SEMI 認證:真空款(-V 后綴)通過 SEMI S2/S8 認證,符合半導體行業(yè)設備安全與環(huán)保要求,可在半導體晶圓制造車間使用,耐受光刻膠、清洗劑等化學試劑腐蝕,適配半導體供應鏈標準。


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