摘要: 分析了立（lì）式車床工作台直徑從1 000 mm 到5 000 mm 主軸軸承配置結（jié）構特（tè）點（diǎn），得出新型（xíng）工作（zuò）台主軸（zhóu）軸承（chéng）結構能夠達到高精度加工（gōng）。設計者可以根據實際的加工狀況選擇不同的主軸配置形式。

      工廠自動化進程發展加快及大型水電、核電的開發，使立車應用的範圍越（yuè）來越廣，並且立車（chē）規（guī）格在增多，承載能（néng）力在加大（dà），立車的精度（dù）尤其是工作台的回轉精度在提高，大規格立車工作台直徑達25 m 以上，工作台不（bú）但要求能很（hěn）好地承受工件重量，還要保證在此載（zǎi）荷下的回轉精度，以及高抗傾覆能力（lì）和較高的轉（zhuǎn）速等。而限製立車向前發展的關鍵（jiàn）問題就是工作台主軸軸承的製造與配置問題。為便於研究，本文（wén）將（jiāng）研究立車工作台直徑範圍定（dìng）在（zài）1 000 mm 到5 000 mm之（zhī）間，這個範圍的立車也是傳統意義上的立車。
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      1 、常規立車工作台軸承配置（zhì）

      立（lì）車工作台軸承配置中，常規的軸承類（lèi）型大致分為以下幾種:

      ( 1) 靜壓軸承（chéng）和圓柱滾子軸承

      如圖（tú）1 所示為1 250 mm 立車工作台軸承配置，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（néng）夠找（zhǎo）到其蹤影。靜壓軸承承受軸向（xiàng）負（fù）荷，是靠潤滑泵將壓（yā）力油送到軸承間隙中，強製形成潤滑油膜，從而實現液體潤滑的滑動軸承（chéng），由潤滑油的靜壓力平衡（héng）外部軸向載荷。圓柱滾子軸承承受徑向負荷。這種軸承具（jù）有油膜剛度大和能抑製油（yóu）膜（mó）震（zhèn）蕩等優點。但是該類設計也有不足（zú）之處，由於靜壓軸承必須附帶一套專用的供油係統來供給（gěi）壓力油，維（wéi）護比較複雜（zá）而（ér）且成本也較高（gāo）。

       ( 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，所以該軸承用於承受軸向（xiàng）負荷; 而圓柱滾子軸承主要用於承受徑向（xiàng）負荷（hé），工作台預（yù）緊采用一套推力球軸承。預緊軸承可以提高工作（zuò）台的（de）剛性，當加工工件不對稱或質量重心不在回（huí）轉中心時，與液體靜壓軸承相比，可以減小工作台（tái）傾覆。該軸承的配置應用也相當廣泛，並且成本相對較（jiào）低。圖2 示（shì）為2 500 mm 立車工作台軸承配置，此種配置在2 500 mm 及以上的（de）立車工作台主軸采用。

       ( 3) 交叉圓柱滾子軸承

       圖3 工作台軸承配置采用雙列交叉滾子軸承，台（tái）灣的立（lì）車生產廠家廣泛使用此（cǐ）軸承配置。雙列交叉滾子軸承（chéng）隻占一列滾（gǔn）柱（zhù）軸（zhóu）承的空間（jiān），占據空間（jiān）小，而（ér）且其力作用點（diǎn）在回轉軸（zhóu）線向兩端延長，與圖1 結構相比作用點距離（lí）並不縮減，工作台具有抗顛覆力矩。采用雙列交叉滾子軸承可以降低工作台的高度，操作更加方便。

       2 、新（xīn）型（xíng）工作台主軸（zhóu）軸承配置結構

      立車工作台回轉精度按目前國家標準規定（dìng）:在1 000 mm 直徑內，工作台麵（miàn）的（de）端麵跳動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，工作台的（de）徑向圓跳（tiào）動0． 01 mm，直徑每增加1 000 mm 其允差值增（zēng）加0． 01 mm。滿足上述（shù）精度的立車在（zài）一般製造業（yè）應用廣泛。但（dàn）在高端製造業對立車加工工件（jiàn）精度要求提高，如加工直徑1 250 mm 的數（shù）控立車，當要求端麵跳動（dòng）及徑向圓跳動均小於0． 006 mm 時，采用圖1、圖2 結構的立車很難滿足要求。采用圖3 結構，工作（zuò）台端麵和徑向跳動幾乎（hū）完全取決於交叉滾子軸承，對軸承精度要求（qiú）很高，一般要用到（dào）USP 級（jí）軸（zhóu）承，屬（shǔ）於超精（jīng）密級，超過ISO 等級2 級（jí）精度，定製該等級軸承周期長，價格昂貴.

       圖（tú） 4 所示工作台主軸結構是（shì）我公司根據幾十年的立車設計經（jīng）驗及現有的加（jiā）工手段和檢（jiǎn）測方法設計（jì）的，並應用到我公司生產（chǎn）的CK5112ATC 數控立車上（shàng），同時此結構也已獲國家（jiā）發明專利( 專利號: CN101716728 A) 。該主（zhǔ）軸軸（zhóu）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（gǔn）子（zǐ）軸（zhóu）承承受徑向力，並通過施加預（yù）緊力提高工作台的剛性和抗傾覆力矩（jǔ）。此種配置在1 000 mm及以上的立車工（gōng）作台（tái）主軸均可采用這種軸承結構（gòu）。

      采用該結構製造出的立車工作台回轉（zhuǎn）精（jīng）度: 端麵跳動/徑向圓跳動（dòng）均小於0． 006 mm。滿足高精度加工（gōng）的要求。

       2． 1 成本低

      該工作（zuò）台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（suǒ）用的軸承價格（gé）相比偏低1 /5 ～ 1 /3，若選用進口軸承，則價格相比（bǐ）價格是（shì）國內的的7 ～ 10 倍。

      2． 2 影（yǐng）響軸承安裝精度的零（líng）件少

     該工作台主軸結構最大特點是將安裝軸承的軸承座與（yǔ）工（gōng）作（zuò）台底座分離出來，承受（shòu）徑向負載和（hé）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（ān）裝基準能夠統一，軸承座以一個大（dà）平麵與工作（zuò）台底座安（ān）裝（zhuāng）在一起; 兩套軸承的動（dòng）圈也安裝在同一零件齒圈3 上，工作台安裝在齒圈3 上，這種結構與（yǔ）軸承安裝相（xiàng）關聯零（líng）件隻有兩個。而上（shàng）述常規軸承配置安裝部位有3 個以上主要零件且工（gōng）作（zuò）台（tái）底座和工作台都是大件（jiàn），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 所示工作台主軸結（jié）構精度不高的（de）原因主要有:

  
     ( 1) 軸承安裝麵因受零件形狀及重量限製，尤其是工作台底座，很難在磨床上加工。

     ( 2) 圖1 工（gōng）作台主軸與圓台組合安裝，圖2 工作台（tái）主軸（zhóu）與底座組（zǔ）合安裝，因兩個零件（jiàn）是分別加工，即便主軸最後一道工序是用（yòng）磨床（chuáng）加工，承受軸向負（fù）載軸（zhóu）承安裝麵和承受（shòu）徑向負載回轉中心的（de）垂直度也很難做（zuò）到小於0． 01 mm。

     ( 3) 軸承安裝麵本身平麵度（dù）做到小於0． 01 mm 也是很難的。

     圖4 所（suǒ）示工作台主軸結構的軸承座相對（duì）工作台底座（zuò）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（zhuāng）麵也同樣也（yě）可在立（lì）式磨床（chuáng）加工。用立式磨床加工的軸（zhóu）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（chuí）直度等幾何（hé）形位（wèi）精度都可做（zuò）到0． 005 mm 以內。

      2． 4 安裝檢測方便

     圖1、圖2、圖3 所示工作台由於受其（qí）結構所限，隻能在機床全部（bù）裝配結（jié）束（shù）、自車完（wán）工作台台（tái）麵之後檢驗回轉精度，如（rú）檢（jiǎn）驗（yàn）不合格還須將工作台（tái）拆開、檢查原因，再重新裝配。圖4 所示的結構裝（zhuāng）配時可根據軸承座精度檢測單（dān）和軸承套（tào）圈檢測單進行安裝軸承、調整精度，回轉部分組裝好後，不裝工作台即可（kě）對主（zhǔ）軸（zhóu）回轉精（jīng）度進行檢測。

  
     圖1、圖2 所示結構無法看到軸承工作運（yùn）轉情況，圖4 所示（shì）結構拆（chāi）掉工作台就看到（dào）軸承工（gōng）作運轉情況，安裝檢測方便。

     2． 5 工作台熱變形小、剛（gāng）性好、回轉精度高

    該工（gōng）作台結構易潤滑，隻要打開工作台中（zhōng）間蓋板就（jiù）能觀察到軸承的潤滑情況，通過油冷卻可將工作台運轉產生的熱量降低，減小工作台熱變形; 主軸回轉軸承內徑相對較大（dà），圓錐滾子作（zuò）用點沿軸（zhóu）向外延，增加了作用點之間的距離; 通（tōng）過壓蓋對工作台圓錐滾子軸承和推力球軸承同時（shí）預緊，兩（liǎng）套軸承都是負遊隙安裝，因而，工作（zuò）台的剛性高，同時回轉精度也得到提高。

     3、 結語

    本文分析了立式車床工作台主軸軸承不（bú）同的配（pèi）置（zhì）方式及（jí）其各自的特點（diǎn），重點介（jiè）紹了一種新（xīn）型工作台主軸軸承配置結構（gòu），為設計者提供了更多的選擇。