摘要: 分析了立式車床工作台直徑從1 000 mm 到5 000 mm 主軸軸承配（pèi）置結（jié）構特點，得出新型工作台主軸軸承結構能夠達到高精度加工。設（shè）計者（zhě）可以根據實際的加工狀況選擇不同的主軸配置形式。

      關鍵詞（cí）: 立式車床; 主軸（zhóu）; 推力球軸承; 圓錐滾子軸承
 

       工廠自動化進程（chéng）發展加快及大型水電、核電的開發，使立車應用的範圍越來越廣，並（bìng）且立車（chē）規格（gé）在增多，承載能力在加大（dà），立車（chē）的精度（dù）尤其（qí）是（shì）工作台的回轉精度在提高，大規格（gé）立車工作台直徑達25 m 以上，工作台不但要求能（néng）很好地承受工件重量，還要保證在此載荷下的（de）回轉精度（dù），以及高抗傾覆能力和較高的轉速等。而限製立車向前發展的關鍵問題就是工作台主軸軸承的製造（zào）與配置問題。為便於研究，本文將研（yán）究立（lì）車工作台直徑範圍定在1 000 mm 到5 000 mm之間，這個範圍的立車也是傳（chuán）統意義（yì）上的立車。
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      1 、常（cháng）規立車工作台軸承配置

      立車工作台（tái）軸（zhóu）承配置中，常規的軸承類型大（dà）致分為以下幾種:

     ( 1) 靜壓軸承和圓柱滾子軸（zhóu）承

     如圖（tú）1 所示為1 250 mm 立（lì）車工作台軸承配置，此工作台軸承配置為經典結構，此種配置在1 000 mm ～5 000 mm立車工作台主軸都能夠找到其蹤影。靜（jìng）壓軸承承受軸向負荷，是靠（kào）潤滑泵將壓力油送（sòng）到軸承（chéng）間隙中，強製形成潤滑油膜，從而實現液（yè）體潤（rùn）滑的滑動軸承，由潤滑（huá）油的靜壓力平衡外部軸（zhóu）向載荷。圓柱滾子（zǐ）軸承承受徑向負荷。這種軸承具有（yǒu）油膜（mó）剛度大和能抑（yì）製油膜震蕩等優點。但是該類設計也有不足之處，由於（yú）靜壓軸承必須附帶一（yī）套專用的供油係統來供給壓力油，維護（hù）比較（jiào）複雜而且成本也較（jiào）高。

     ( 2) 推力球軸承和圓柱滾子軸承（chéng）

   
     推力（lì）球軸承主要承受（shòu）一定的軸向力，所以該軸（zhóu）承用於承受軸向負荷; 而圓柱滾子軸承主要用於承受徑向負荷，工作台預緊采用一套（tào）推（tuī）力球軸承。預（yù）緊軸承可以提高工作台的剛性，當加工工件不對稱或質量重（chóng）心不（bú）在回轉（zhuǎn）中心時，與液體靜壓軸承相比，可以減小工（gōng）作台傾覆。該軸承的配置應用也相當廣泛，並（bìng）且成本相對較低。圖2 示為2 500 mm 立車工作台軸承配置，此種配置在2 500 mm 及以上（shàng）的立（lì）車工作台主軸采用（yòng）。

     ( 3) 交叉圓柱滾子軸承 

      圖3 工作台軸承配置采（cǎi）用雙列交叉滾子軸承，台灣的立車生產廠家廣泛使用此軸承配置。雙列交叉滾子軸承隻占一列滾柱軸承的空間，占據空間（jiān）小，而且其力（lì）作用點在回轉軸線向兩端延長，與圖1 結構（gòu）相比作用點距離並不（bú）縮減，工作台具有抗顛（diān）覆力（lì）矩。采用雙列交叉滾子軸承可以降（jiàng）低工作台的高（gāo）度，操作更加方便。

     2 、新型工作台主軸軸（zhóu）承配置結構

    立車工作台回轉精度按目前國（guó）家（jiā）標準規定:在1 000 mm 直（zhí）徑內（nèi），工作台麵的端麵跳動0． 01 mm，直徑每增加1 000 mm 其允差（chà）值增加0． 01 mm。在1 000 mm 直徑內，工作台的（de）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製造業應用廣泛。但在高端製造業（yè）對立車加工工件精（jīng）度要求提高，如加工
直徑1 250 mm 的數控立（lì）車，當要求端麵跳動（dòng）及徑向圓跳動均小於0． 006 mm 時，采用（yòng）圖1、圖2 結構的立車很難滿足要求。采用圖3 結構，工作台端麵和徑向跳動幾乎完全取決於交叉滾子軸承，對軸承精度要求很高（gāo），一般要用到USP 級（jí）軸承（chéng），屬（shǔ）於超精密（mì）級，超過ISO 等級2 級精度，定製該（gāi）等級軸承周期（qī）長，價格昂貴。

 
     圖 4 所示工作台主軸結構是我公司（sī）根據幾十年的立車設計經驗（yàn）及現有的加工手段和檢測方法設計的，並應（yīng）用到我公司生產的CK5112ATC 數控立車上，同時此結構也已獲國（guó）家發明專利( 專利號: CN101716728 A) 。該主軸軸（zhóu）承配置是采用一套推力球軸承承（chéng）受（shòu）軸向力，采（cǎi）用一套圓錐滾子軸承（chéng）承受徑向力，並通過施加預緊力提高工作台的剛性和抗傾覆力矩。此種配置在1 000 mm及以上的立車工作台主軸均可采（cǎi）用這種軸承結構。

     采（cǎi）用該結構製造出的立車工作台回（huí）轉精度: 端麵跳動/徑向圓跳動均小於0． 006 mm。滿足高精度加（jiā）工的要求（qiú）。

     2． 1 成（chéng）本（běn）低

     該工作台主軸結構所用軸承與相當規（guī）格的圖1 和圖2 中的（de）所用的軸承相（xiàng）比價格低，與相（xiàng）當（dāng）規格的圖3中所用的軸（zhóu）承價格相比偏低1 /5 ～ 1 /3，若選用進口軸承，則價格相（xiàng）比價格是國內的的7 ～ 10 倍。

     2． 2 影響軸承安（ān）裝精度的零件少

     該工作台主軸結構最大特點是將安裝軸（zhóu）承的軸承座與工作台底座分離出來，承受徑向負載和軸向負載的兩套軸承裝在同（tóng）一個軸（zhóu）承座上，使軸承的安裝（zhuāng）基（jī）準（zhǔn）能夠統（tǒng）一，軸承座以一（yī）個大平麵與工作台底座安裝在一起; 兩套軸承的動圈也安裝在同一零（líng）件齒圈（quān）3 上，工作台安裝（zhuāng）在齒（chǐ）圈3 上，這種結構與軸承（chéng）安裝相關聯零件隻有兩（liǎng）個。而上述常規軸承配置安裝部（bù）位有3 個以（yǐ）上主要零件且（qiě）工作台底座（zuò）和工作台都是大件，不（bú）容（róng）易做到精密加工。

      2． 3 安裝軸（zhóu）承的零件本身精度高

      圖1、圖2 所示工作（zuò）台主軸結構精（jīng）度不高（gāo）的原因（yīn）主要有:

      ( 1) 軸承安裝麵因受零（líng）件形狀及重量限製，尤其是工作台底座（zuò），很難在磨床上加工。

      ( 2) 圖1 工作台主軸與（yǔ）圓台組合安（ān）裝，圖（tú）2 工作台主軸與底座組合安裝，因兩個零件是分別加工，即便主軸最後一道工序是用磨床加工，承受軸向負載（zǎi）軸承安（ān）裝（zhuāng）麵（miàn）和承受徑向負載回轉中心的垂直度也很難做到小於0． 01 mm。

      ( 3) 軸（zhóu）承安裝麵（miàn）本身平麵（miàn）度做到小於0． 01 mm 也是很難（nán）的。

      圖4 所示工作台（tái）主軸結構的軸承座相對工作台底座體積（jī）小（xiǎo）且重量輕，可（kě）以用精密立式磨床對其加工，齒圈上（shàng）軸（zhóu）承安裝麵也同樣也可在立式磨床加工。用立式磨床加工的軸承座，其徑向軸承安裝麵的圓度、軸向軸
承座安裝麵的端跳、兩個安裝麵的垂直度等幾何（hé）形位
精度都可（kě）做到0． 005 mm 以內。

      2． 4 安裝檢測方（fāng）便

     圖1、圖（tú）2、圖3 所示工作台由於受其結構所限，隻能在機床全部（bù）裝配結束、自車完工作台（tái）台麵之（zhī）後檢驗回轉精度，如（rú）檢驗不合格還須將工作台拆開、檢查原因，再重新裝配。圖4 所示的結構裝配（pèi）時可根據軸承座精度檢測單和軸承套圈檢測單進行安裝軸承、調整精度，回轉部分（fèn）組裝好後，不裝（zhuāng）工作台即可對（duì）主（zhǔ）軸回轉精度進行檢測。

     圖1、圖2 所示結構無法看到（dào）軸承工作運轉情況，圖4 所示（shì）結構拆掉工作台就看到軸承工作運轉情（qíng）況，安裝（zhuāng）檢測（cè）方便。

     2． 5 工作台熱變形小、剛性好、回轉精度高該工作台結構（gòu）易潤（rùn）滑，隻要打開工作台中間蓋板就能觀察到軸承的潤滑情況，通過油冷卻（què）可將工作台運轉產生的熱（rè）量降低，減小工作台熱變形; 主軸回轉軸承內徑相對較大，圓錐滾子作用點（diǎn）沿軸（zhóu）向外延，增加了作用點之間的（de）距離; 通過壓蓋對工作台圓錐滾子軸承和推（tuī）力球軸承同時預緊，兩套軸承都是負（fù）遊隙安裝，因而，工作台的剛性（xìng）高，同時回轉精度也得到提高。

     3 、結（jié）語

     本（běn）文分析了立式車床工作台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台主軸軸承配置結（jié）構，為設計者提供了更多的（de）選擇。