濟南市鴻慷機電設(shè)備有限公司位于交通便利的泉城濟南，是全球生產(chǎn)滾動軸承和直線運動產(chǎn)品的領(lǐng)導企業(yè)---德國舍弗勒集團在山東的授權(quán)代理商。公司專營舍弗勒集團旗下兩大品牌INA軸承和FAG軸承，是一家順應(yīng)經(jīng)濟發(fā)展需要而誕生的專業(yè)化新型高端軸承公司。多年來一直從事軸承的銷售和售后技術(shù)支持，在機械行業(yè)技術(shù)方面有著非常豐富的經(jīng)驗，今天濟南鴻慷機電進口軸承專家為大家介紹一下立式車床工作臺主軸軸承配置研究。

   摘要: 分析了立式車床工作臺直徑從1 000 mm 到5 000 mm 主軸軸承配置結(jié)構(gòu)特點，得出新型工作臺主軸軸承結(jié)構(gòu)能夠達到高精度加工。設(shè)計者可以根據(jù)實際的加工狀況選擇不同的主軸配置形式。

   工廠自動化進程發(fā)展加快及大型水電、核電的開發(fā)，使立車應(yīng)用的范圍越來越廣，并且立車規(guī)格在增多，承載能力在加大，立車的精度尤其是工作臺的回轉(zhuǎn)精度在提高，大規(guī)格立車工作臺直徑達25 m 以上，工作臺不但要求能很好地承受工件重量，還要保證在此載荷下的回轉(zhuǎn)精度，以及高抗傾覆能力和較高的轉(zhuǎn)速等。而限制立車向前發(fā)展的關(guān)鍵問題就是工作臺主軸軸承的制造與配置問題。為便于研究，本文將研究立車工作臺直徑范圍定在1 000 mm 到5 000 mm之間，這個范圍的立車也是傳統(tǒng)意義上的立車。

   1、常規(guī)立車工作臺軸承配置

   立車工作臺軸承配置中，常規(guī)的軸承類型大致分為以下幾種:

   (1) 靜壓軸承和圓柱滾子軸承

   如圖1 所示為1 250 mm 立車工作臺軸承配置，此工作臺軸承配置為經(jīng)典結(jié)構(gòu)，此種配置在1 000 mm ～5 000 mm立車工作臺主軸都能夠找到其蹤影。靜壓軸承承受軸向負荷，是靠潤滑泵將壓力油送到軸承間隙中，強制形成潤滑油膜，從而實現(xiàn)液體潤滑的滑動軸承，由潤滑油的靜壓力平衡外部軸向載荷。圓柱滾子軸承承受徑向負荷。這種軸承具有油膜剛度大和能抑制油膜震蕩等優(yōu)點。但是該類設(shè)計也有不足之處，由于靜壓軸承必須附帶一套專用的供油系統(tǒng)來供給壓力油，維護比較復雜而且成本也較高。

   (2) 推力球軸承和圓柱滾子軸承

   推力球軸承主要承受一定的軸向力，所以該軸承用于承受軸向負荷; 而圓柱滾子軸承主要用于承受徑向負荷，工作臺預(yù)緊采用一套推力球軸承。預(yù)緊軸承可以提高工作臺的剛性，當加工工件不對稱或質(zhì)量重心不在回轉(zhuǎn)中心時，與液體靜壓軸承相比，可以減小工作臺傾覆。該軸承的配置應(yīng)用也相當廣泛，并且成本相對較低。圖2 示為2 500 mm 立車工作臺軸承配置，此種配置在2500 mm 及以上的立車工作臺主軸采用。

   (3) 交叉圓柱滾子軸承 

   圖3 工作臺軸承配置采用雙列交叉滾子軸承，臺灣的立車生產(chǎn)廠家廣泛使用此軸承配置。雙列交叉滾子軸承只占一列滾柱軸承的空間，占據(jù)空間小，而且其力作用點在回轉(zhuǎn)軸線向兩端延長，與圖1 結(jié)構(gòu)相比作用點距離并不縮減，工作臺具有抗顛覆力矩。采用雙列交叉滾子軸承可以降低工作臺的高度，操作更加方便。

   2、新型工作臺主軸軸承配置結(jié)構(gòu)

   立車工作臺回轉(zhuǎn)精度按目前國家標準規(guī)定:在1 000 mm 直徑內(nèi)，工作臺面的端面跳動0． 01 mm，直徑每增加1 000 mm 其允差值增加0． 01 mm。在1 000 mm 直徑內(nèi)，工作臺的徑向圓跳動0． 01 mm，直徑每增加1 000 mm 其允差值增加0． 01 mm。滿足上述精度的立車在一般制造業(yè)應(yīng)用廣泛。但在高端制造業(yè)對立車加工工件精度要求提高，如加工

  直徑1 250 mm 的數(shù)控立車，當要求端面跳動及徑向圓跳動均小于0． 006 mm 時，采用圖1、圖2 結(jié)構(gòu)的立車很難滿足要求。采用圖3 結(jié)構(gòu)，工作臺端面和徑向跳動幾乎完全取決于交叉滾子軸承，對軸承精度要求很高，一般要用到USP 級軸承，屬于超精密級，超過ISO 等級2 級精度，定制該等級軸承周期長，價格昂貴。

   圖 4 所示工作臺主軸結(jié)構(gòu)是我公司根據(jù)幾十年的立車設(shè)計經(jīng)驗及現(xiàn)有的加工手段和檢測方法設(shè)計的，并應(yīng)用到我公司生產(chǎn)的CK5112ATC 數(shù)控立車上，同時此結(jié)構(gòu)也已獲國家發(fā)明專利( 專利號: CN101716728 A) 。該主軸軸承配置是采用一套推力球軸承承受軸向力，采用一套圓錐滾子軸承承受徑向力，并通過施加預(yù)緊力提高工作臺的剛性和抗傾覆力矩。此種配置在1 000 mm及以上的立車工作臺主軸均可采用這種軸承結(jié)構(gòu)。

   采用該結(jié)構(gòu)制造出的立車工作臺回轉(zhuǎn)精度: 端面跳動/徑向圓跳動均小于0.006 mm。滿足高精度加工的要求。

   2．1 成本低

   該工作臺主軸結(jié)構(gòu)所用軸承與相當規(guī)格的圖1 和圖2 中的所用的軸承相比價格低，與相當規(guī)格的圖3中所用的軸承價格相比偏低1 /5 ～ 1 /3，若選用進口軸承，則價格相比價格是國內(nèi)的的7 ～ 10 倍。

   2．2 影響軸承安裝精度的零件少

   該工作臺主軸結(jié)構(gòu)最大特點是將安裝軸承的軸承座與工作臺底座分離出來，承受徑向負載和軸向負載的兩套軸承裝在同一個軸承座上，使軸承的安裝基準能夠統(tǒng)一，軸承座以一個大平面與工作臺底座安裝在一起; 兩套軸承的動圈也安裝在同一零件齒圈3 上，工作臺安裝在齒圈3 上，這種結(jié)構(gòu)與軸承安裝相關(guān)聯(lián)零件只有兩個。而上述常規(guī)軸承配置安裝部位有3 個以上主要零件且工作臺底座和工作臺都是大件，不容易做到精密加工。

   2．3 安裝軸承的零件本身精度高

   圖1、圖2 所示工作臺主軸結(jié)構(gòu)精度不高的原因主要有:

   (1) 軸承安裝面因受零件形狀及重量限制，尤其是工作臺底座，很難在磨床上加工。

   (2) 圖1 工作臺主軸與圓臺組合安裝，圖2 工作臺主軸與底座組合安裝，因兩個零件是分別加工，即便主軸最后一道工序是用磨床加工，承受軸向負載軸承安裝面和承受徑向負載回轉(zhuǎn)中心的垂直度也很難做到小于0． 01 mm。

   (3) 軸承安裝面本身平面度做到小于0． 01 mm 也是很難的。

   圖4 所示工作臺主軸結(jié)構(gòu)的軸承座相對工作臺底座體積小且重量輕，可以用精密立式磨床對其加工，齒圈上軸承安裝面也同樣也可在立式磨床加工。用立式磨床加工的軸承座，其徑向軸承安裝面的圓度、軸向軸

   承座安裝面的端跳、兩個安裝面的垂直度等幾何形位

   精度都可做到0． 005 mm 以內(nèi)。

   2．4 安裝檢測方便

   圖1、圖2、圖3 所示工作臺由于受其結(jié)構(gòu)所限，只能在機床全部裝配結(jié)束、自車完工作臺臺面之后檢驗回轉(zhuǎn)精度，如檢驗不合格還須將工作臺拆開、檢查原因，再重新裝配。圖4 所示的結(jié)構(gòu)裝配時可根據(jù)軸承座精度檢測單和軸承套圈檢測單進行安裝軸承、調(diào)整精度，回轉(zhuǎn)部分組裝好后，不裝工作臺即可對主軸回轉(zhuǎn)精度進行檢測。

   圖1、圖2 所示結(jié)構(gòu)無法看到軸承工作運轉(zhuǎn)情況，圖4 所示結(jié)構(gòu)拆掉工作臺就看到軸承工作運轉(zhuǎn)情況，安裝檢測方便。

   2．5 工作臺熱變形小、剛性好、回轉(zhuǎn)精度高該工作臺結(jié)構(gòu)易潤滑，只要打開工作臺中間蓋板就能觀察到軸承的潤滑情況，通過油冷卻可將工作臺運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量降低，減小工作臺熱變形; 主軸回轉(zhuǎn)軸承內(nèi)徑相對較大，圓錐滾子作用點沿軸向外延，增加了作用點之間的距離; 通過壓蓋對工作臺圓錐滾子軸承和推力球軸承同時預(yù)緊，兩套軸承都是負游隙安裝，因而，工作臺的剛性高，同時回轉(zhuǎn)精度也得到提高。

  3、結(jié)語

  本文分析了立式車床工作臺主軸軸承不同的配方式及其各自的特點，重點介紹了一種新型工作臺主軸軸承配置結(jié)構(gòu)，為設(shè)計者提供了更多的選擇。

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——責任編輯：濟南鴻慷機電設(shè)備公司01銷售顧問

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