【FAG軸承專家】立式車床工作臺主軸軸承配置研究

  濟(jì)南市鴻慷機(jī)電設(shè)備有限公司位于交通便利的泉城濟(jì)南，是全球生產(chǎn)滾動軸承和直線運(yùn)動產(chǎn)品的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)---德國舍弗勒集團(tuán)在山東的授權(quán)代理商。公司專營舍弗勒集團(tuán)旗下兩大品牌INA軸承和FAG軸承，是一家順應(yīng)經(jīng)濟(jì)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(jī)械行業(yè)技術(shù)方面有著非常豐富的經(jīng)驗(yàn)，今天濟(jì)南鴻慷機(jī)電進(jìn)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(diǎn)，得出新型工作臺主軸軸承結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到高精度加工。設(shè)計(jì)者可以根據(jù)實(shí)際的加工狀況選擇不同的主軸配置形式。

   工廠自動化進(jìn)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(dá)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(gè)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(fù)荷，是靠潤滑泵將壓力油送到軸承間隙中，強(qiáng)制形成潤滑油膜，從而實(shí)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(fù)荷。這種軸承具有油膜剛度大和能抑制油膜震蕩等優(yōu)點(diǎn)。但是該類設(shè)計(jì)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(hù)比較復(fù)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(fù)荷; 而圓柱滾子軸承主要用于承受徑向負(fù)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(dāng)加工工件不對稱或質(zhì)量重心不在回轉(zhuǎn)中心時(shí)，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(dāng)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(diǎn)在回轉(zhuǎn)軸線向兩端延長，與圖1 結(jié)構(gòu)相比作用點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)要求端面跳動及徑向圓跳動均小于0． 006 mm 時(shí)，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(jià)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(jì)經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)有的加工手段和檢測方法設(shè)計(jì)的，并應(yīng)用到我公司生產(chǎn)的CK5112ATC 數(shù)控立車上，同時(shí)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(dāng)規(guī)格的圖1 和圖2 中的所用的軸承相比價(jià)格低，與相當(dāng)規(guī)格的圖3中所用的軸承價(jià)格相比偏低1 /5 ～ 1 /3，若選用進(jìn)口軸承，則價(jià)格相比價(jià)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(diǎn)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(fù)載和軸向負(fù)載的兩套軸承裝在同一個(gè)軸承座上，使軸承的安裝基準(zhǔn)能夠統(tǒng)一，軸承座以一個(gè)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(gè)。而上述常規(guī)軸承配置安裝部位有3 個(gè)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(gè)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(fù)載軸承安裝面和承受徑向負(fù)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(gè)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(jī)床全部裝配結(jié)束、自車完工作臺臺面之后檢驗(yàn)回轉(zhuǎn)精度，如檢驗(yàn)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(shí)可根據(jù)軸承座精度檢測單和軸承套圈檢測單進(jìn)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(jìn)行檢測。

   圖1、圖2 所示結(jié)構(gòu)無法看到軸承工作運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(diǎn)沿軸向外延，增加了作用點(diǎn)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(shí)預(yù)緊，兩套軸承都是負(fù)游隙安裝，因而，工作臺的剛性高，同時(shí)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(diǎn)，重點(diǎn)介紹了一種新型工作臺主軸軸承配置結(jié)構(gòu)，為設(shè)計(jì)者提供了更多的選擇。

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——責(zé)任編輯：濟(jì)南鴻慷機(jī)電設(shè)備公司01銷售顧問

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