王世保 岳 鵬 張占鋒 皇甫兵 周永東 劉 陽(yáng)

(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(xué)院管理學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000)

1 常規(guī)立車工作臺(tái)軸承配置

立車工作臺(tái)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(tái)軸承配置，此工作臺(tái)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(tái)主軸都能夠找到其蹤影。靜壓軸承承受軸向負(fù)荷，是靠潤(rùn)滑泵將壓力油送到軸承間隙中，強(qiáng)制形成潤(rùn)滑油膜，從而實(shí)現(xiàn)液體潤(rùn)滑的滑動(dòng)軸承，由潤(rùn)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(lái)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(tái)預(yù)緊采用一套推力球軸承。預(yù)緊軸承可以提高工作臺(tái)的剛性，當(dāng)加工工件不對(duì)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(tái)傾覆。該軸承的配置應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，并且成本相對(duì)較低。圖2 示為φ2500 mm 立車工作臺(tái)軸承配置，此種配置在φ2500 mm 及以上的立車工作臺(tái)主軸采用。

(3)交叉圓柱滾子軸承

圖3 工作臺(tái)軸承配置采用雙列交叉滾子軸承，臺(tái)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(zhǎng)，與圖1 結(jié)構(gòu)相比作用點(diǎn)距離并不縮減，工作臺(tái)具有抗顛覆力矩。采用雙列交叉滾子軸承可以降低工作臺(tái)的高度，操作更加方便。

2 新型工作臺(tái)主軸軸承配置結(jié)構(gòu)

立車工作臺(tái)回轉(zhuǎn)精度按目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)、地線絕緣子，絕緣子與桿塔掛點(diǎn)之間的連接關(guān)系,圖中分別標(biāo)明了懸垂絕緣子、導(dǎo)線和地線等.

在φ1000 mm 直徑內(nèi)，工作臺(tái)面的端面跳動(dòng)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(tái)的徑向圓跳動(dòng)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(yīng)用廣泛。但在高端制造業(yè)對(duì)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(dāng)要求端面跳動(dòng)及徑向圓跳動(dòng)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(tái)端面和徑向跳動(dòng)幾乎完全取決于交叉滾子軸承，對(duì)軸承精度要求很高，一般要用到USP 級(jí)軸承，屬于超精密級(jí)，超過(guò)ISO 等級(jí)2 級(jí)精度，定制該等級(jí)軸承周期長(zhǎng)，價(jià)格昂貴。

圖4 所示工作臺(tái)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(cè)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(guó)家發(fā)明專利(專利號(hào):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(guò)施加預(yù)緊力提高工作臺(tái)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(tái)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(tái)回轉(zhuǎn)精度:端面跳動(dòng)/徑向圓跳動(dòng)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(tái)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(guó)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(tái)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(tái)底座分離出來(lái)，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(tái)底座安裝在一起;兩套軸承的動(dòng)圈也安裝在同一零件齒圈3 上，工作臺(tái)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(tái)底座和工作臺(tái)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(tái)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(tái)底座，很難在磨床上加工。

(2)圖1 工作臺(tái)主軸與圓臺(tái)組合安裝，圖2 工作臺(tái)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(tái)主軸結(jié)構(gòu)的軸承座相對(duì)工作臺(tái)底座體積小且重量輕，可以用精密立式磨床對(duì)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(cè)方便

圖1、圖2、圖3 所示工作臺(tái)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(tái)臺(tái)面之后檢驗(yàn)回轉(zhuǎn)精度，如檢驗(yàn)不合格還須將工作臺(tái)拆開(kāi)、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(cè)單和軸承套圈檢測(cè)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(tái)即可對(duì)主軸回轉(zhuǎn)精度進(jìn)行檢測(cè)。

圖1、圖2 所示結(jié)構(gòu)無(wú)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(tái)就看到軸承工作運(yùn)轉(zhuǎn)情況，安裝檢測(cè)方便。

2.5 工作臺(tái)熱變形小、剛性好、回轉(zhuǎn)精度高

該工作臺(tái)結(jié)構(gòu)易潤(rùn)滑，只要打開(kāi)工作臺(tái)中間蓋板就能觀察到軸承的潤(rùn)滑情況，通過(guò)油冷卻可將工作臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量降低，減小工作臺(tái)熱變形;主軸回轉(zhuǎn)軸承內(nèi)徑相對(duì)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(guò)壓蓋對(duì)工作臺(tái)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(tái)的剛性高，同時(shí)回轉(zhuǎn)精度也得到提高。

3 結(jié)語(yǔ)

本文分析了立式車床工作臺(tái)主軸軸承不同的配置方式及其各自的特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了一種新型工作臺(tái)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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