立式車床工作臺主軸軸承配置研究

王世保 岳 鵬 張占鋒 皇甫兵 周永東 劉 陽

(①新鄉(xiāng)日升數(shù)控軸承裝備股份有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453000;②新鄉(xiāng)醫(yī)學院管理學院，河南 新鄉(xiāng) 453000)

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φ1250 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φ1000 mm～φ5000 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，工作臺預緊采用一套推力球軸承。預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。該軸承的配置應用也相當廣泛，并且成本相對較低。圖2 示為φ2500 mm 立車工作臺軸承配置，此種配置在φ2500 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:

圖6為500 kV交流雙回路輸電線路塔-線耦全體系模型中的導、地線絕緣子，絕緣子與桿塔掛點之間的連接關系,圖中分別標明了懸垂絕緣子、導線和地線等.

在φ1000 mm 直徑內(nèi)，工作臺面的端面跳動0.01 mm，直徑每增加1000 mm 其允差值增加0.01 mm。

在φ1000 mm 直徑內(nèi)，工作臺的徑向圓跳動0.01 mm，直徑每增加1000 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φ1250 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)幾十年的立車設計經(jīng)驗及現(xiàn)有的加工手段和檢測方法設計的，并應用到我公司生產(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，并通過施加預緊力提高工作臺的剛性和抗傾覆力矩。此種配置在φ1000 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置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)，為設計者提供了更多的選擇。

［1］羅永順.機床數(shù)控化改造技術(shù)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2007.

［2］王愛玲.現(xiàn)代數(shù)控機床結(jié)構(gòu)與設計［M］.北京:兵器工業(yè)出版社，1999.

［3］張榮璐.機床軸承選型分析［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011(14):111.

［4］GB/T23582.1，立式車床檢驗條件 精度檢驗第1 部分:單柱和雙柱立式車床［S］.北京:中國標準出版社，2009.

［5］程蓓蓓，岳云萍。圓錐交叉滾子軸承在立式車床上的應用［J］.制造技術(shù)與機床，2012(5):139 -141.