濟南市鴻慷機電設備有限公司位于交通便利的泉城濟南，是全球生產滾動軸承和直線運動產品的領導企業---德國舍弗勒集團在山東的授權代理商。公司專營舍弗勒集團旗下兩大品牌INA軸承和FAG軸承，是一家順應經濟發展需要而誕生的專業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支持，在機械行業技術方面有著非常豐富的經驗，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(le)立式車(che)床工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)臺直(zhi)徑從1 000 mm 到(dao)5 000 mm 主(zhu)(zhu)軸(zhou)軸(zhou)承配(pei)置結構特點，得出新型工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)臺主(zhu)(zhu)軸(zhou)軸(zhou)承結構能夠達到(dao)高(gao)精度加工(gong)(gong)。設計(ji)者可以根據(ju)實際的(de)加工(gong)(gong)狀況選擇不同的(de)主(zhu)(zhu)軸(zhou)配(pei)置形(xing)式。

   工(gong)廠自(zi)動化(hua)進程發(fa)展加快及大(da)型水電、核電的開發(fa)，使立(li)(li)車(che)應(ying)用的范圍越(yue)來越(yue)廣(guang)，并且立(li)(li)車(che)規格在增多，承(cheng)載能(neng)力(li)(li)在加大(da)，立(li)(li)車(che)的精(jing)度尤其是(shi)工(gong)作(zuo)(zuo)臺(tai)(tai)的回轉精(jing)度在提高，大(da)規格立(li)(li)車(che)工(gong)作(zuo)(zuo)臺(tai)(tai)直徑達25 m 以上(shang)，工(gong)作(zuo)(zuo)臺(tai)(tai)不但要(yao)求能(neng)很好地(di)承(cheng)受(shou)工(gong)件重(zhong)量，還(huan)要(yao)保證在此載荷下的回轉精(jing)度，以及高抗傾覆能(neng)力(li)(li)和較高的轉速(su)等。而限制立(li)(li)車(che)向前發(fa)展的關鍵問題(ti)就是(shi)工(gong)作(zuo)(zuo)臺(tai)(tai)主軸軸承(cheng)的制造(zao)與配置問題(ti)。為便(bian)于研(yan)究，本(ben)文將研(yan)究立(li)(li)車(che)工(gong)作(zuo)(zuo)臺(tai)(tai)直徑范圍定(ding)在1 000 mm 到5 000 mm之間，這個范圍的立(li)(li)車(che)也是(shi)傳統(tong)意義(yi)上(shang)的立(li)(li)車(che)。

   1、常(chang)規立車工作臺軸承配(pei)置

   立車(che)工作臺軸承(cheng)配置中，常規(gui)的軸承(cheng)類型大致分(fen)為以下幾種:

   (1) 靜壓(ya)軸(zhou)承(cheng)和圓柱(zhu)滾子(zi)軸(zhou)承(cheng)

   如圖1 所示為1 250 mm 立(li)車(che)工作臺軸(zhou)(zhou)承配置(zhi)，此工作臺軸(zhou)(zhou)承配置(zhi)為經(jing)典結構，此種(zhong)配置(zhi)在1 000 mm ～5 000 mm立(li)車(che)工作臺主軸(zhou)(zhou)都能夠找到其蹤影(ying)。靜(jing)壓(ya)(ya)軸(zhou)(zhou)承承受軸(zhou)(zhou)向(xiang)(xiang)負(fu)荷，是靠潤(run)滑泵將壓(ya)(ya)力油(you)(you)(you)送到軸(zhou)(zhou)承間隙中，強制形(xing)成潤(run)滑油(you)(you)(you)膜，從而(er)實現液(ye)體潤(run)滑的滑動軸(zhou)(zhou)承，由潤(run)滑油(you)(you)(you)的靜(jing)壓(ya)(ya)力平衡外(wai)部軸(zhou)(zhou)向(xiang)(xiang)載荷。圓柱滾子軸(zhou)(zhou)承承受徑(jing)向(xiang)(xiang)負(fu)荷。這種(zhong)軸(zhou)(zhou)承具有(you)油(you)(you)(you)膜剛(gang)度大和能抑制油(you)(you)(you)膜震(zhen)蕩等優點(dian)。但是該類設計也(ye)有(you)不足(zu)之處，由于靜(jing)壓(ya)(ya)軸(zhou)(zhou)承必須附帶一套專用的供油(you)(you)(you)系統來供給壓(ya)(ya)力油(you)(you)(you)，維護(hu)比(bi)較(jiao)復雜而(er)且成本也(ye)較(jiao)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(zhou)承可(ke)以提高(gao)工(gong)(gong)作(zuo)臺的剛性(xing)，當(dang)加工(gong)(gong)工(gong)(gong)件不對(dui)稱或(huo)質量重心不在(zai)回轉中心時(shi)，與液(ye)體靜(jing)壓軸(zhou)承相(xiang)比(bi)，可(ke)以減(jian)小工(gong)(gong)作(zuo)臺傾覆(fu)。該(gai)軸(zhou)承的配置(zhi)應(ying)用也相(xiang)當(dang)廣泛，并且成本相(xiang)對(dui)較低。圖2 示(shi)為2 500 mm 立(li)車工(gong)(gong)作(zuo)臺軸(zhou)承配置(zhi)，此(ci)種(zhong)配置(zhi)在(zai)2500 mm 及(ji)以上的立(li)車工(gong)(gong)作(zuo)臺主軸(zhou)采(cai)用。

   (3) 交叉圓柱滾子軸(zhou)承 

   圖3 工作(zuo)臺(tai)(tai)軸(zhou)承配(pei)置采用雙(shuang)列(lie)交(jiao)叉(cha)滾(gun)子軸(zhou)承，臺(tai)(tai)灣的立(li)車生(sheng)產(chan)廠家廣泛使(shi)用此軸(zhou)承配(pei)置。雙(shuang)列(lie)交(jiao)叉(cha)滾(gun)子軸(zhou)承只占(zhan)一列(lie)滾(gun)柱軸(zhou)承的空(kong)間，占(zhan)據空(kong)間小(xiao)，而且(qie)其力(li)作(zuo)用點在(zai)回轉軸(zhou)線向兩端延(yan)長，與圖1 結構相比作(zuo)用點距離(li)并不縮減，工作(zuo)臺(tai)(tai)具有抗顛覆力(li)矩。采用雙(shuang)列(lie)交(jiao)叉(cha)滾(gun)子軸(zhou)承可以降低工作(zuo)臺(tai)(tai)的高(gao)度(du)，操作(zuo)更加方(fang)便。

   2、新型工(gong)作臺(tai)主軸(zhou)軸(zhou)承配置結(jie)構

   立車(che)工(gong)(gong)(gong)作臺(tai)回轉精度(du)按(an)目前(qian)國家標準(zhun)規定(ding):在(zai)1 000 mm 直(zhi)徑(jing)(jing)內(nei)，工(gong)(gong)(gong)作臺(tai)面的(de)端面跳(tiao)動(dong)0． 01 mm，直(zhi)徑(jing)(jing)每(mei)增(zeng)加(jia)1 000 mm 其允差值增(zeng)加(jia)0． 01 mm。在(zai)1 000 mm 直(zhi)徑(jing)(jing)內(nei)，工(gong)(gong)(gong)作臺(tai)的(de)徑(jing)(jing)向圓跳(tiao)動(dong)0． 01 mm，直(zhi)徑(jing)(jing)每(mei)增(zeng)加(jia)1 000 mm 其允差值增(zeng)加(jia)0． 01 mm。滿足上述精度(du)的(de)立車(che)在(zai)一(yi)般(ban)制造業(ye)應(ying)用廣(guang)泛(fan)。但在(zai)高(gao)端制造業(ye)對(dui)立車(che)加(jia)工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)件精度(du)要(yao)求提(ti)高(gao)，如加(jia)工(gong)(gong)(gong)

  直徑1 250 mm 的數控立(li)車(che)，當要(yao)求端(duan)面跳動(dong)及徑向圓跳動(dong)均小于0． 006 mm 時，采用(yong)圖(tu)1、圖(tu)2 結構(gou)的立(li)車(che)很難(nan)滿足要(yao)求。采用(yong)圖(tu)3 結構(gou)，工作臺端(duan)面和徑向跳動(dong)幾乎完全取(qu)決于交叉滾子軸(zhou)承，對軸(zhou)承精(jing)度要(yao)求很高(gao)，一(yi)般要(yao)用(yong)到USP 級(ji)軸(zhou)承，屬于超精(jing)密級(ji)，超過ISO 等(deng)級(ji)2 級(ji)精(jing)度，定制該等(deng)級(ji)軸(zhou)承周期長，價格(ge)昂貴。

   圖 4 所示工作臺主軸結構是我公司根據幾十年的立車設計經驗及現有的加工手段和檢測方法設計的，并應用到我公司生產的CK5112ATC 數控立車上，同時此結構也已獲國家發明專利( 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(shi)加(jia)預(yu)緊(jin)力提高工(gong)(gong)作臺的剛性和抗傾(qing)覆力矩(ju)。此(ci)種配置在1 000 mm及以上的立車(che)工(gong)(gong)作臺主軸均可采用這種軸承結(jie)構(gou)。

   采用該結構制造出的(de)立(li)車(che)工作(zuo)臺回轉精度: 端面跳動/徑向圓跳動均小于0.006 mm。滿(man)足(zu)高精度加工的(de)要求。

   2．1 成本低

   該工作臺主軸結構所用軸承與相當規格的圖1 和圖2 中的所用的軸承相比價格低，與相當規格的圖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(shi)國內的的7 ～ 10 倍。

   2．2 影(ying)響軸承安裝精度的零件(jian)少

   該工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)臺(tai)主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)結(jie)構(gou)最大(da)特點是將安(an)裝軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)的軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)座(zuo)與工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)臺(tai)底(di)座(zuo)分(fen)離出來(lai)，承(cheng)(cheng)(cheng)受徑向負載和軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)向負載的兩(liang)(liang)套軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)裝在(zai)同一(yi)個軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)座(zuo)上(shang)，使(shi)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)的安(an)裝基準能夠統一(yi)，軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)座(zuo)以(yi)一(yi)個大(da)平面與工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)臺(tai)底(di)座(zuo)安(an)裝在(zai)一(yi)起; 兩(liang)(liang)套軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)的動圈也安(an)裝在(zai)同一(yi)零(ling)件(jian)齒(chi)圈3 上(shang)，工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)臺(tai)安(an)裝在(zai)齒(chi)圈3 上(shang)，這種結(jie)構(gou)與軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)安(an)裝相關聯零(ling)件(jian)只有兩(liang)(liang)個。而上(shang)述(shu)常規軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)配置(zhi)安(an)裝部位有3 個以(yi)上(shang)主要(yao)零(ling)件(jian)且(qie)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)臺(tai)底(di)座(zuo)和工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)臺(tai)都是大(da)件(jian)，不(bu)容(rong)易做到精密加(jia)工(gong)(gong)。

   2．3 安(an)裝軸承的零件本(ben)身精(jing)度高

   圖1、圖2 所示工作臺主軸結(jie)構精度(du)不高的原因主要有(you):

   (1) 軸承(cheng)安裝(zhuang)面因受(shou)零(ling)件形狀(zhuang)及(ji)重(zhong)量限制，尤其是工作臺底(di)座，很難在磨床上加(jia)工。

   (2) 圖(tu)1 工(gong)作(zuo)臺主(zhu)軸(zhou)(zhou)與圓臺組合安(an)裝，圖(tu)2 工(gong)作(zuo)臺主(zhu)軸(zhou)(zhou)與底(di)座組合安(an)裝，因兩個零件是分別加工(gong)，即(ji)便主(zhu)軸(zhou)(zhou)最后一(yi)道工(gong)序是用磨床加工(gong)，承受(shou)(shou)軸(zhou)(zhou)向負(fu)(fu)載軸(zhou)(zhou)承安(an)裝面和承受(shou)(shou)徑向負(fu)(fu)載回轉中心的(de)垂直度也很(hen)難做到(dao)小于0． 01 mm。

   (3) 軸承安(an)裝面(mian)本身平面(mian)度做(zuo)到小于0． 01 mm 也是很難的。

   圖4 所示工(gong)作(zuo)臺(tai)主(zhu)軸結構的軸承座相對工(gong)作(zuo)臺(tai)底(di)座體(ti)積小(xiao)且重(zhong)量輕，可以(yi)用(yong)精(jing)密立式磨床(chuang)對其(qi)加(jia)工(gong)，齒圈上軸承安裝面(mian)也同樣也可在(zai)立式磨床(chuang)加(jia)工(gong)。用(yong)立式磨床(chuang)加(jia)工(gong)的軸承座，其(qi)徑向軸承安裝面(mian)的圓度、軸向軸

   承座安裝(zhuang)面(mian)的端跳、兩個安裝(zhuang)面(mian)的垂直度等幾何(he)形位

   精(jing)度都可做到0． 005 mm 以內。

   2．4 安裝(zhuang)檢(jian)測方便(bian)

   圖1、圖2、圖3 所示工作(zuo)(zuo)臺(tai)(tai)由于受其結(jie)構所限，只(zhi)能(neng)在機床全部(bu)裝(zhuang)配結(jie)束、自車完工作(zuo)(zuo)臺(tai)(tai)臺(tai)(tai)面之后檢(jian)驗回(hui)(hui)轉精度，如檢(jian)驗不(bu)合格還(huan)須將工作(zuo)(zuo)臺(tai)(tai)拆開(kai)、檢(jian)查原(yuan)因(yin)，再重新裝(zhuang)配。圖4 所示的結(jie)構裝(zhuang)配時可(ke)根(gen)據(ju)軸(zhou)承座(zuo)精度檢(jian)測單(dan)和軸(zhou)承套(tao)圈檢(jian)測單(dan)進行(xing)安裝(zhuang)軸(zhou)承、調整精度，回(hui)(hui)轉部(bu)分(fen)組裝(zhuang)好后，不(bu)裝(zhuang)工作(zuo)(zuo)臺(tai)(tai)即(ji)可(ke)對主(zhu)軸(zhou)回(hui)(hui)轉精度進行(xing)檢(jian)測。

   圖1、圖2 所示(shi)結構(gou)無(wu)法(fa)看到(dao)(dao)軸承工(gong)作運轉情況(kuang)，圖4 所示(shi)結構(gou)拆掉工(gong)作臺(tai)就看到(dao)(dao)軸承工(gong)作運轉情況(kuang)，安裝檢測(ce)方便。

   2．5 工作臺熱變形小、剛性好、回轉精度高該工作臺結構易潤滑，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產生的熱量降低，減小工作臺熱變形; 主軸回轉軸承內徑相對較大，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(he)推(tui)力(li)球軸承(cheng)同時預緊，兩套軸承(cheng)都是負游隙安裝，因而(er)，工作臺的剛性(xing)高，同時回轉精度也得到提高。

  3、結語

  本(ben)文分析了(le)立式(shi)車床(chuang)工作臺主(zhu)軸軸承不同(tong)的配方式(shi)及其各自的特點(dian)，重點(dian)介紹了(le)一種新型工作臺主(zhu)軸軸承配置結(jie)構(gou)，為(wei)設計(ji)者(zhe)提供了(le)更多的選擇。

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