摘要: 分析了立式車床工作台直（zhí）徑從1 000 mm 到5 000 mm 主軸軸承配置（zhì）結構特點，得出新型工作（zuò）台主軸軸承結構能夠達到高精度（dù）加工。設計者（zhě）可以根據（jù）實際的加（jiā）工狀況選擇不同的主軸配置（zhì）形式。

      關鍵詞: 立式車床; 主軸; 推力球軸承; 圓錐滾子軸承
 

       工廠自動化進程發（fā）展加快及（jí）大型水電、核電的開（kāi）發，使立車應用的範圍越來越（yuè）廣，並且立車規格在增多，承載能力在加（jiā）大，立車的精度尤其是工作台的（de）回轉精（jīng）度在提高，大規（guī）格立車工作台直徑達25 m 以上，工作台不但要求（qiú）能很好地承受工件重量，還要保證在此載荷下的回轉精度，以及高（gāo）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與配置問（wèn）題。為便於研（yán）究，本文（wén）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上的立車。
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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（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（rú）圖1 所示為1 250 mm 立車工作（zuò）台軸承配置，此工作台軸承配置為經典結構，此種配置（zhì）在1 000 mm ～5 000 mm立車工作台主軸都能（néng）夠找到（dào）其蹤影。靜壓軸承承受軸向負荷，是靠潤滑泵將壓力油送到軸承（chéng）間隙中，強製形成潤滑油膜，從而實現液體潤滑的滑動軸承，由潤滑油（yóu）的靜（jìng）壓力平衡外部軸向載荷。圓柱滾子軸承承受徑向負荷（hé）。這種軸承具有油膜剛度大和能抑製油膜震蕩等優點。但是該類設計也有不足之處，由於靜（jìng）壓軸承必須附帶一套專用的供油係統來供給壓力油，維護比較複雜而且成本也較高。

     ( 2) 推力球軸承和圓柱滾子軸承

   
     推力球軸承主要承受一定的軸向力，所以該軸承用於承受（shòu）軸向負荷; 而圓柱（zhù）滾子軸承主要用於承受徑向負荷，工作台預緊采用一套推力球軸承。預緊軸承可以提高工作台的剛性，當加（jiā）工工件不對稱或質量重（chóng）心不在回轉中心時，與（yǔ）液體靜壓軸承（chéng）相比，可以減小工作台傾覆。該軸承的配置應用也相當廣泛，並且成本相（xiàng）對較低。圖（tú）2 示為（wéi）2 500 mm 立車工作台（tái）軸承配置，此種配置在2 500 mm 及以上的立（lì）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（jiāo）叉滾子軸承，台灣的立車生（shēng）產廠家（jiā）廣泛使用此軸承配置。雙列交叉滾子軸承隻（zhī）占一列滾柱軸承的空間，占據空間小，而且其力（lì）作用點在回轉軸線向兩端延長，與圖1 結構相比作用點距離並不縮減，工作台具有抗顛覆力矩。采用雙列交叉滾子軸承可以（yǐ）降低工作台的高度，操作更加方便。

     2 、新型（xíng）工作台主（zhǔ）軸軸承配置結（jié）構

    立車工作台回轉精度按目前國家（jiā）標準規定（dìng）:在（zài）1 000 mm 直徑內，工作台（tái）麵（miàn）的端麵跳動0． 01 mm，直徑每（měi）增加1 000 mm 其允差值增加0． 01 mm。在（zài）1 000 mm 直徑內，工作台的徑向圓跳動0． 01 mm，直徑每增加1 000 mm 其（qí）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。但在高端製造業對立車加工工件精度要求提高，如加（jiā）工
直徑（jìng）1 250 mm 的（de）數（shù）控立車，當（dāng）要求（qiú）端麵跳動及徑向圓跳動均（jun1）小於0． 006 mm 時，采用圖1、圖2 結構（gòu）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（dòng）幾乎完全取決於交（jiāo）叉滾子軸承，對軸承（chéng）精度要求很高，一般要用到USP 級軸（zhóu）承，屬於超精（jīng）密級，超過ISO 等級2 級精度，定製該（gāi）等級軸承周期長，價格（gé）昂貴。

 
     圖 4 所示工作台主（zhǔ）軸（zhóu）結構是我公司根據（jù）幾十年（nián）的立車設計經（jīng）驗及現有的加工手段和檢測方法設（shè）計的，並應用到我公司生產的CK5112ATC 數控立車上，同時此結構也已獲國家發明專（zhuān）利( 專利號: CN101716728 A) 。該主軸軸承配置是采用一（yī）套推力球軸承承（chéng）受軸向力，采用一套圓錐（zhuī）滾子軸承承受徑向力，並通（tōng）過施加預緊力提高工作台的剛性和（hé）抗（kàng）傾覆力矩。此種配置（zhì）在1 000 mm及以上的立車工作台主軸均可（kě）采用這種軸承結（jié）構。

     采用該結構（gòu）製造出的立車（chē）工作台回轉精度: 端（duān）麵跳動/徑向圓跳動均小於0． 006 mm。滿足高精度加工的要求。

     2． 1 成本低

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

     2． 2 影響（xiǎng）軸承安裝精度的零件少

     該（gāi）工（gōng）作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，承受徑向負載和軸向負載的兩套軸承裝（zhuāng）在同一個軸承座上，使軸承的安裝基準能夠統一（yī），軸（zhóu）承座以一個大平麵與（yǔ）工作台（tái）底座安裝在一起; 兩套軸承（chéng）的動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（jié）構與（yǔ）軸承安裝相關聯零件隻有兩個。而上述常規（guī）軸承配置安裝部位有3 個以（yǐ）上主要零件（jiàn）且工作台（tái）底座和工作台都是大件，不容易做到精密加工。

      2． 3 安裝（zhuāng）軸承（chéng）的零件本身精度高

      圖1、圖2 所示工作台（tái）主軸結構精度不高的原因主（zhǔ）要有:

      ( 1) 軸（zhóu）承安裝麵因受（shòu）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 工作台（tái）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（yīn）兩個（gè）零件是分別加工，即便主軸最後一道工序是用磨床（chuáng）加工，承受軸向負載（zǎi）軸承安裝麵和承受徑向負載回轉中心的垂（chuí）直度也很難做到小於0． 01 mm。

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

      圖4 所示工作台主軸結構的軸承座相對工作台（tái）底座體積小且重量（liàng）輕，可以（yǐ）用精密（mì）立式磨（mó）床對其加工，齒圈（quān）上軸承安裝麵也同樣也可在立式磨床（chuáng）加工。用（yòng）立式磨床加（jiā）工的軸承（chéng）座，其徑向軸承安裝麵的圓度、軸向軸（zhóu）
承座安裝麵的端跳、兩個安裝麵的垂（chuí）直度等幾何形位
精度都可做到0． 005 mm 以內。

      2． 4 安裝檢測方便

     圖1、圖2、圖3 所示工作台（tái）由於受（shòu）其結構所限，隻能（néng）在機床全部裝配結束、自（zì）車完工作（zuò）台台麵之後檢驗回轉精度（dù），如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（de）結（jié）構裝配時可根據軸承座精度檢測單和軸承套圈檢測單進行安（ān）裝（zhuāng）軸承、調整精度，回轉部分（fèn）組裝好後，不裝工作（zuò）台（tái）即可（kě）對主軸（zhóu）回轉精度進行（háng）檢測。

     圖1、圖2 所示結構無（wú）法看到軸承工（gōng）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，安裝檢測方便。

     2． 5 工作台熱變形（xíng）小、剛性好、回（huí）轉（zhuǎn）精度高該（gāi）工作（zuò）台結構易潤滑，隻要打開工作台（tái）中間蓋板就能觀察到軸承的潤滑情況，通過油冷卻可（kě）將工作台運轉產生的熱量降低，減小工作（zuò）台熱變形; 主（zhǔ）軸回轉軸承內徑相對較大，圓錐滾子作（zuò）用點沿軸向外延，增加了作用（yòng）點之間的距離; 通過壓蓋對工作台圓（yuán）錐滾子軸承和推力球軸承同時預緊，兩套（tào）軸承都是負遊隙（xì）安裝，因而，工作台的剛性高，同時回轉（zhuǎn）精度也得到提高。

     3 、結語

     本（běn）文分析了立式車床工作台主軸軸承不同（tóng）的配方式及其各自的特點，重點（diǎn）介紹了一種新型工作台（tái）主軸（zhóu）軸承配（pèi）置結構，為設（shè）計者提供了更多的選擇（zé）。