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

      關鍵（jiàn）詞: 立式車床; 主軸; 推（tuī）力球軸承; 圓錐滾（gǔn）子軸承
 

       工廠自動化進程發（fā）展加快及（jí）大型水電、核電的開發，使立車應用的範圍（wéi）越來越廣，並且立車（chē）規格在增多，承載能（néng）力在（zài）加大，立車的精度尤其（qí）是工作台的回轉精度（dù）在（zài）提（tí）高，大（dà）規格立車工（gōng）作台直徑達25 m 以上，工作台不（bú）但要求能很好地（dì）承受工件重量，還要保證在此載荷下的回轉精度，以及高抗傾覆能力和較（jiào）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與配置問題（tí）。為便於研究，本（běn）文將研究立車工作（zuò）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統意義（yì）上的立車（chē）。
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      1 、常規立車工作台軸承配置

      立車工作台軸承配置中，常規的軸承類型（xíng）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（gōng）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（lì）車工作台主（zhǔ）軸都能夠找到其（qí）蹤影。靜壓軸承承受軸向（xiàng）負荷，是靠潤滑泵將壓力油送到軸承間（jiān）隙中，強（qiáng）製形（xíng）成潤滑油膜，從而實（shí）現液體潤滑的滑動軸承，由潤滑油的靜壓力平（píng）衡外（wài）部（bù）軸（zhóu）向（xiàng）載荷。圓（yuán）柱滾子軸承承受徑（jìng）向（xiàng）負荷。這種軸承具有油膜剛度大和（hé）能（néng）抑製油膜震蕩等優點。但是該類（lèi）設計也有不足之（zhī）處，由於靜壓軸承必須附帶一套專用的供油係（xì）統來供給壓力油，維護（hù）比較複雜而且成本也較高。

     ( 2) 推力球軸承和圓柱滾子軸承

   
     推力球軸承（chéng）主要承受一定的軸（zhóu）向力（lì），所以該（gāi）軸承用於承受（shòu）軸向負荷; 而圓柱滾（gǔn）子軸（zhóu）承主要用於承受徑向（xiàng）負荷，工（gōng）作台預緊采用一套推力球軸承。預緊（jǐn）軸承可以提高工作台的剛性，當加工工件（jiàn）不對稱或質量重（chóng）心不在回轉中（zhōng）心（xīn）時，與液體靜壓軸承（chéng）相（xiàng）比，可以減（jiǎn）小工作台傾（qīng）覆。該軸承的配置應用（yòng）也相當廣泛，並且成本相對較低。圖2 示為2 500 mm 立車工作台軸（zhóu）承配置，此種配置在2 500 mm 及以上的立車工作台主軸采用。

     ( 3) 交叉圓柱滾子軸承 

      圖3 工作（zuò）台軸承配置采用雙列交叉滾子（zǐ）軸承，台灣的立車生產（chǎn）廠（chǎng）家廣泛使用此軸承配置（zhì）。雙列（liè）交叉滾子軸承隻占一列滾柱軸承的空間，占據空間小，而且其力作用點在回（huí）轉（zhuǎn）軸線向兩端延長，與（yǔ）圖1 結構相比作用（yòng）點距離並不縮（suō）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（gāo）度，操作更加（jiā）方（fāng）便。

     2 、新（xīn）型工作台主（zhǔ）軸軸承配置結構

    立車（chē）工作台回轉精度按目前國家標準（zhǔn）規定:在1 000 mm 直（zhí）徑內，工（gōng）作台麵的（de）端（duān）麵跳動（dòng）0． 01 mm，直徑每增加1 000 mm 其（qí）允差值增加0． 01 mm。在1 000 mm 直徑內，工作（zuò）台的徑向圓（yuán）跳動0． 01 mm，直徑每（měi）增（zēng）加（jiā）1 000 mm 其允差值增加0． 01 mm。滿足（zú）上（shàng）述精（jīng）度的立車在一般製造業應（yīng）用廣泛。但在高端製造業對（duì）立車加工工件精（jīng）度要求提高，如加工
直徑1 250 mm 的（de）數控立車，當要求端麵（miàn）跳動及（jí）徑向圓跳動均小於（yú）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（hěn）高，一般要用到USP 級軸承，屬（shǔ）於超精密級，超過（guò）ISO 等級2 級精度，定製（zhì）該等級（jí）軸承周期長，價格昂貴。

 
     圖（tú） 4 所示工作台主軸結構是我公（gōng）司根據幾十年（nián）的（de）立（lì）車設計經驗及現（xiàn）有的加（jiā）工手段（duàn）和檢（jiǎn）測方法設（shè）計的，並應用到我公司生產的CK5112ATC 數控立車上（shàng），同時此結構也已獲國家發明專利( 專利號（hào）: CN101716728 A) 。該主軸軸承配置是采用一套（tào）推力球軸承（chéng）承受軸（zhóu）向力，采（cǎi）用一套圓錐滾子軸承承受徑向力，並通過施加預緊力提高（gāo）工作台的剛性和抗傾覆（fù）力矩。此種配置在1 000 mm及以上的立車工（gōng）作台主軸（zhóu）均可采用這種軸承結構。

     采用該結構製（zhì）造出的立車工作台回轉精度: 端麵跳動/徑向（xiàng）圓跳動均小於0． 006 mm。滿足高精度加工的要求。

     2． 1 成本低

     該工作台主（zhǔ）軸結構所用軸承（chéng）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（dāng）規格的圖3中所用的軸承價格相比偏低（dī）1 /5 ～ 1 /3，若選用（yòng）進口（kǒu）軸承，則價格相比價格是國內的的7 ～ 10 倍。

     2． 2 影響軸承安（ān）裝精度的零件少（shǎo）

     該（gāi）工作（zuò）台主軸結構最大特點是將安裝軸承的軸承座與工作台底座分離出來，承受徑向負載和軸（zhóu）向負載的兩套軸承裝在（zài）同一個軸承座上，使軸承的安裝基準（zhǔn）能夠（gòu）統一，軸承座以一個大平麵與工作台底座（zuò）安（ān）裝在一起; 兩套軸承的動圈也安裝在同一零件齒圈3 上，工作台安裝在（zài）齒圈3 上，這種結構與軸（zhóu）承安裝（zhuāng）相關聯（lián）零件隻有兩個。而上述常規軸承配置安（ān）裝部位有3 個以上主要零件且工作台底座和工作台都是（shì）大件，不容易（yì）做（zuò）到精密加工（gōng）。

      2． 3 安裝軸承的零件本身精度高

      圖1、圖2 所示工作台主（zhǔ）軸結構精度不（bú）高的（de）原因主要有:

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

      ( 2) 圖1 工作台主（zhǔ）軸與圓台組合安裝，圖2 工作台主軸與底座組合安裝，因兩個零（líng）件是分（fèn）別（bié）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）軸承安裝（zhuāng）麵和（hé）承（chéng）受徑向負載回轉中心的垂直度（dù）也很難做到小於0． 01 mm。

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

      圖4 所示工作台（tái）主軸結構（gòu）的軸承（chéng）座相對工作台底座體積小（xiǎo）且重量輕，可以用（yòng）精密立式磨床（chuáng）對其加工，齒圈上軸承安裝麵（miàn）也同樣也可在立式磨床加工。用立式（shì）磨床加（jiā）工的軸承座，其徑向軸承安裝麵（miàn）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（jǐ）何形位
精度都可做（zuò）到0． 005 mm 以內。

      2． 4 安裝檢（jiǎn）測方便

     圖（tú）1、圖2、圖3 所示工作台由於受其結構所限，隻能在機床全部裝配結束、自（zì）車完工作台台麵之後檢（jiǎn）驗回轉精度，如檢驗（yàn）不（bú）合格還（hái）須將工作台拆開（kāi）、檢查原因，再重新（xīn）裝配。圖4 所示的結構（gòu）裝配時可根據軸承座精度（dù）檢測單和（hé）軸承套圈檢測單進行安裝軸承、調整（zhěng）精度，回轉部分組裝好後，不（bú）裝工作台（tái）即可對主軸回轉精度進行檢（jiǎn）測。

     圖1、圖2 所（suǒ）示結構無法看到軸承工作運轉情況，圖4 所示結構拆掉工作台就看到軸承工作運轉情況（kuàng），安裝檢（jiǎn）測方便（biàn）。

     2． 5 工作台熱變形小、剛性好（hǎo）、回轉（zhuǎn）精度高該工作台結構易潤（rùn）滑，隻（zhī）要打開工作台中間蓋板就（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（shēng）的（de）熱量降低，減小工作台熱變形; 主軸回（huí）轉軸承內（nèi）徑相對較大，圓錐滾子作用（yòng）點沿軸向外延，增加了作用點之間的距（jù）離; 通過壓（yā）蓋對工作台（tái）圓錐滾子軸承和推（tuī）力球軸承同時預緊，兩套軸承都是負遊隙安裝，因而，工作台的剛（gāng）性高，同時回轉精度也得到提高。

     3 、結語

     本文分析了立式車（chē）床工作台主軸（zhóu）軸承不（bú）同的配方式及其各自的特點，重點介紹（shào）了一種新型工作台主軸軸承配置結構，為設計者提供了更多的選擇。