摘要（yào）: 分析了立式車床工作台直徑從1 000 mm 到5 000 mm 主軸軸承配置結構特點，得出新（xīn）型工作台主（zhǔ）軸軸承結構能夠達到高精（jīng）度加工。設計者可以根據實（shí）際（jì）的加工狀況選擇不同的主軸（zhóu）配置（zhì）形式。

      關鍵詞: 立式車床; 主軸; 推力球（qiú）軸承; 圓錐（zhuī）滾子軸承
 

       工廠自動化進程發展加快及大型水電、核電的開（kāi）發，使立車應（yīng）用的範圍越來越廣，並且立車規（guī）格在增多，承（chéng）載能力在加大，立車的精度尤其（qí）是工作台（tái）的回轉精度（dù）在提高，大規（guī）格立車工作台直徑達25 m 以上，工作台不但（dàn）要求能很好地承受工件（jiàn）重量，還要保（bǎo）證（zhèng）在此載（zǎi）荷下（xià）的（de）回轉精度（dù），以及高抗傾覆能力和較高（gāo）的轉速等。而限製立車向前發展（zhǎn）的關鍵問題就是工作台主軸軸承（chéng）的製造與配置問題。為（wéi）便於研究（jiū），本文將研（yán）究（jiū）立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統意義（yì）上的立車。
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      1 、常規（guī）立車工作台軸承（chéng）配置

      立車工（gōng）作台軸承（chéng）配置中，常規的軸承類（lèi）型大致分為以下幾種:

     ( 1) 靜壓軸承和圓柱（zhù）滾子軸承

     如圖1 所（suǒ）示為1 250 mm 立車工作台軸（zhóu）承配置，此工作（zuò）台軸承配置（zhì）為經典結構（gòu），此種配置在1 000 mm ～5 000 mm立車工作台主軸都能夠（gòu）找到其蹤影。靜壓軸承承受（shòu）軸（zhóu）向負荷（hé），是靠潤滑泵將壓（yā）力油送到軸承間隙中，強製形成潤滑（huá）油膜，從而實現液體潤滑的滑動（dòng）軸承，由潤滑油的靜壓力（lì）平（píng）衡外部軸向載荷。圓柱滾子軸承承受徑向負荷。這（zhè）種（zhǒng）軸承具有油膜（mó）剛度大和能抑製油膜震蕩等優點。但是（shì）該類設（shè）計也有（yǒu）不足之處，由於靜壓軸承必（bì）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（yào）承受一定的軸向力，所以（yǐ）該軸承用於承受軸向負荷; 而圓柱滾子軸承主（zhǔ）要用於承受徑向負荷，工作台預緊采（cǎi）用一套推（tuī）力球軸承。預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（xīn）不在回轉中心時，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（zhì）應用也相當廣泛，並且成（chéng）本相對較低。圖2 示為2 500 mm 立車工作台軸承（chéng）配置，此種配置在2 500 mm 及以上的立車工作台主（zhǔ）軸采用。

     ( 3) 交叉（chā）圓（yuán）柱滾子軸（zhóu）承 

      圖（tú）3 工作台軸承配置（zhì）采用雙（shuāng）列（liè）交叉滾子軸（zhóu）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（zhóu）承隻占一列滾柱軸承的空（kōng）間，占據空間小，而（ér）且其力作用點在回轉軸（zhóu）線向兩端延長，與圖（tú）1 結構相比作用點（diǎn）距離並不縮減，工作台具（jù）有抗顛覆力矩。采用雙列交叉滾子軸承可以降（jiàng）低工作台的高度，操作（zuò）更加方便。

     2 、新型工作台主軸軸承（chéng）配置結構

    立車工作台回轉精度按目前（qián）國家標準規（guī）定:在1 000 mm 直徑內，工作台麵的端麵跳動0． 01 mm，直徑每增（zēng）加1 000 mm 其允差值增加0． 01 mm。在1 000 mm 直徑內，工作台（tái）的徑向圓跳動0． 01 mm，直徑每增加1 000 mm 其允差（chà）值增加0． 01 mm。滿足上述精度的立車在一般製（zhì）造業應用廣泛。但（dàn）在高（gāo）端製造業對立車加工工（gōng）件精度要求提高（gāo），如加工
直徑1 250 mm 的數控立車，當要求端麵（miàn）跳（tiào）動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（hěn）難滿（mǎn）足要求。采用圖（tú）3 結構，工作台端麵和（hé）徑向跳（tiào）動幾乎完全取決於交叉滾子軸承，對軸承精度（dù）要求很高（gāo），一（yī）般（bān）要用到USP 級軸承，屬於超精密級，超過ISO 等級2 級精度，定（dìng）製該等級軸承周期長，價格昂貴。

 
     圖 4 所示工作台（tái）主軸結構是我公（gōng）司（sī）根據（jù）幾十年的立車設計經驗及現有的加工手段和檢測方法設計的，並（bìng）應用（yòng）到（dào）我（wǒ）公司生產的CK5112ATC 數控立車上，同時此結構（gòu）也已獲國家發（fā）明專利( 專利號: CN101716728 A) 。該主軸軸承配置是采用一套推力（lì）球軸承承受軸（zhóu）向力，采用（yòng）一套（tào）圓（yuán）錐滾子軸承承受徑向力，並通過施加預緊力提高工（gōng）作台的剛性和抗傾覆力（lì）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。

     采用該結（jié）構製造出的立（lì）車工作台回轉精度: 端麵跳動/徑向圓跳動均小（xiǎo）於0． 006 mm。滿（mǎn）足高精度加工的要求（qiú）。

     2． 1 成本低（dī）

     該工作台主軸結構所（suǒ）用軸承與相當規格的圖1 和圖2 中的所用的軸承（chéng）相比價格（gé）低，與相當規格的圖3中所用的軸承（chéng）價格相比偏低1 /5 ～ 1 /3，若選用進口軸承，則價格（gé）相比價格是國內的的7 ～ 10 倍。

     2． 2 影響軸承安裝精度（dù）的零件（jiàn）少

     該工作台主軸結構（gòu）最大特點是將（jiāng）安（ān）裝軸承的軸承座與（yǔ）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一個軸承座上，使（shǐ）軸承的（de）安裝基準能夠統一，軸（zhóu）承座以一個大平麵與工作台（tái）底座安裝在一起; 兩套軸（zhóu）承的動圈也安（ān）裝（zhuāng）在同一零件齒（chǐ）圈3 上，工作台安裝在齒圈3 上（shàng），這種結構與軸承（chéng）安裝相關聯零（líng）件隻有兩個。而上述常規軸承配置（zhì）安裝部位有3 個以上主要零件且工作台底座（zuò）和工作台（tái）都是大件，不容易做到精密加（jiā）工（gōng）。

      2． 3 安裝軸承的零件本身精度高

      圖1、圖2 所示工作台主軸（zhóu）結構精度不高的原（yuán）因主要有（yǒu）:

      ( 1) 軸承（chéng）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（shàng）加工（gōng）。

      ( 2) 圖1 工作台主軸與圓台組合安裝，圖2 工作台主軸與底座組合安（ān）裝，因兩個零（líng）件是分別（bié）加工，即便主（zhǔ）軸最後一道工序是用磨（mó）床加工，承受軸（zhóu）向負載軸承安裝麵和承受徑向負載回轉中（zhōng）心的垂直度也很難做到小（xiǎo）於0． 01 mm。

      ( 3) 軸承安裝麵本身平麵度做到（dào）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（zuò）相對工作（zuò）台底座體積小且重量輕，可以用精密（mì）立式（shì）磨床對其加工，齒圈（quān）上軸（zhóu）承（chéng）安裝麵也（yě）同樣也可在立（lì）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（chéng）座安裝麵的端跳（tiào）、兩（liǎng）個安裝麵的垂直度等幾何形位
精（jīng）度都可做到0． 005 mm 以（yǐ）內。

      2． 4 安（ān）裝檢測方便

     圖1、圖2、圖3 所示工作台由於受其結構（gòu）所限，隻（zhī）能在機床全部裝配結束、自車完工作台台麵之後檢驗回轉精度，如（rú）檢驗（yàn）不合格還須將工作台拆開、檢（jiǎn）查原因，再重新裝配。圖4 所（suǒ）示的結構（gòu）裝配時可根據（jù）軸承座精度檢測單和軸承套圈檢（jiǎn）測單進行安（ān）裝軸（zhóu）承、調（diào）整精度，回轉（zhuǎn）部分組裝好後，不裝工作台即可對主軸回轉精度進行檢（jiǎn）測。

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

     2． 5 工作台熱變形小、剛性好（hǎo）、回轉精度高該工作（zuò）台結構易潤滑，隻要打開工作台（tái）中間蓋板就能（néng）觀察到（dào）軸（zhóu）承的（de）潤滑情（qíng）況，通過（guò）油冷卻可將（jiāng）工（gōng）作（zuò）台運轉產（chǎn）生的熱量降低，減小工作台熱變形; 主軸回轉（zhuǎn）軸承內徑相對較大，圓（yuán）錐滾（gǔn）子作用點沿軸向外延（yán），增加了作用點之間的距離; 通過壓蓋對工作台圓錐滾子軸承和推力球軸承同時預緊，兩套軸（zhóu）承都是負遊隙安裝，因而，工作台的剛性高，同時回轉精度也得到提高。

     3 、結語

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