摘要: 分析了（le）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，得出新型工作台主軸軸（zhóu）承結構能夠達（dá）到高精度（dù）加（jiā）工。設計者可以根據實際的加工狀況（kuàng）選擇不同的主軸配置形式。

      工廠自動（dòng）化進程發展加快及大（dà）型水（shuǐ）電、核電的開發，使立車應用的範圍越來越廣（guǎng），並且立車規格（gé）在增多，承載能力在加大，立車的精度尤其是工（gōng）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，工作台不但要求（qiú）能很好地承受（shòu）工件重量，還要保證在此載荷（hé）下的回（huí）轉精度，以及高抗傾（qīng）覆能力和（hé）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（zhǔ）軸軸承的製造與配置問題。為便於研究，本文將研究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上的立車。
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      1 、常規立車工作台軸（zhóu）承配置

      立（lì）車工作台（tái）軸承配置中，常規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

      如圖1 所示為1 250 mm 立車工作台軸承配置，此工作台軸承配（pèi）置為經典結構，此種配置在1 000 mm ～5 000 mm立車工作台主軸（zhóu）都能夠找到其蹤影。靜壓軸承承受軸向負荷（hé），是靠（kào）潤（rùn）滑（huá）泵將壓力油送到軸承間隙中，強（qiáng）製（zhì）形成潤滑油膜，從而實現液體（tǐ）潤滑的滑動軸承，由潤滑油的靜壓力平衡外部軸向載荷。圓柱（zhù）滾子軸承承受徑向負荷。這種軸（zhóu）承具有油膜剛（gāng）度大和能抑製油膜震蕩等優點。但是該（gāi）類設計也有不足之處，由於靜壓軸（zhóu）承必須附帶一套專用的供油（yóu）係統來供給壓力油，維護比較複雜而且成本也較高。

       ( 2) 推（tuī）力球軸承和（hé）圓柱滾子（zǐ）軸承

      推（tuī）力球軸承主要承受一（yī）定的軸向力，所（suǒ）以該軸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（zuò）台預緊采用一套推（tuī）力（lì）球軸承。預緊（jǐn）軸承可以提高工作（zuò）台的剛性，當加工工件不對（duì）稱或質量重（chóng）心不在回轉中心時（shí），與液體靜壓軸承（chéng）相比，可以減小工作（zuò）台傾覆。該軸承的配置（zhì）應用也相當廣泛，並且成本相對（duì）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（jí）以上的立車工作台主軸采用。

       ( 3) 交叉圓（yuán）柱滾子軸（zhóu）承

       圖3 工作台軸承配（pèi）置采用雙列交叉滾子軸承，台灣的（de）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（zhóu）承的空間，占據空間小，而且其力作用點在回轉（zhuǎn）軸線向兩端延長，與圖（tú）1 結（jié）構相比作用點距（jù）離並不縮減，工作台（tái）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（jiā）方便。

       2 、新型工（gōng）作台主軸（zhóu）軸承配（pèi）置（zhì）結構（gòu）

      立車（chē）工作台回轉精度按目前國家標準規定:在1 000 mm 直徑內，工作台麵（miàn）的（de）端麵跳動0． 01 mm，直（zhí）徑每增加1 000 mm 其允差（chà）值（zhí）增（zēng）加0． 01 mm。在1 000 mm 直徑內，工作（zuò）台的徑向圓跳動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（yòng）廣泛。但在高端製造業對立車加工工件精（jīng）度要求提高，如加（jiā）工直徑1 250 mm 的數控立車，當要求端（duān）麵跳動（dòng）及徑（jìng）向（xiàng）圓跳動均（jun1）小於0． 006 mm 時，采用圖1、圖2 結（jié）構的立車很難滿足要求。采用圖3 結（jié）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，一般要用到USP 級軸承，屬於超（chāo）精密級，超過ISO 等級（jí）2 級精度，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我公司根據（jù）幾十年（nián）的立車設計經驗及現有的加工手段和檢測方法設計（jì）的，並應用到（dào）我公司生產的CK5112ATC 數控立車上（shàng），同時此結構也已獲國家發（fā）明專利( 專利（lì）號: CN101716728 A) 。該主軸軸承配置是采用一套推（tuī）力球軸承承受軸向力，采用一套圓錐滾子軸承承受徑（jìng）向力，並通過施（shī）加（jiā）預（yù）緊力提高工作台的剛性和抗傾覆力矩。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（yòng）這種軸承結（jié）構。

      采用該結構製造出的（de）立車工作台回轉精（jīng）度: 端麵跳動/徑向圓跳動均小於0． 006 mm。滿（mǎn）足高精度加工的要求。

       2． 1 成本低

      該工作台（tái）主軸結構所用軸承與相（xiàng）當規格的圖（tú）1 和圖2 中的所用的軸承相比價（jià）格低，與相（xiàng）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（jìn）口（kǒu）軸承，則價格相比價格是國內的的7 ～ 10 倍。

      2． 2 影響軸承安裝（zhuāng）精度的（de）零件少（shǎo）

     該工作（zuò）台主軸結構最大特（tè）點是將安裝軸承的軸承座與工作（zuò）台底座分離出來（lái），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）軸承的安裝基準能夠統一，軸承座以一個大平麵與（yǔ）工作台（tái）底座（zuò）安裝在一起（qǐ）; 兩套軸承的動圈也安裝在（zài）同一零件齒圈（quān）3 上，工作台安裝在齒（chǐ）圈3 上，這種（zhǒng）結構與軸承安裝相關聯零件隻有兩個。而上述常規軸（zhóu）承配置安裝部位有3 個以上主要零件且工作台底座和工作（zuò）台都是大件，不容易做到精密加工（gōng）。

      2． 3 安裝軸承的零件（jiàn）本身精度高

      圖1、圖2 所示工作台主軸結構精（jīng）度不高的原因主要有:

  
     ( 1) 軸承安（ān）裝麵因受零件形（xíng）狀及重量限（xiàn）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（gōng）作台主軸與底座組合安裝，因兩個零件是分別加（jiā）工，即便（biàn）主軸最後一道工序是用磨床加工，承受軸向負載軸承安裝麵（miàn）和（hé）承受徑向負載回轉中（zhōng）心的垂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0． 01 mm 也（yě）是很（hěn）難的。

     圖4 所示（shì）工作台主軸結構的軸（zhóu）承座（zuò）相對工作台底座（zuò）體積小且重量輕，可以用精密立式磨（mó）床對其加工，齒圈上軸承安裝麵也同樣也可在立式磨床加工（gōng）。用立式磨床加工的軸承（chéng）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（dù）都可做（zuò）到0． 005 mm 以內。

      2． 4 安裝檢測（cè）方便

     圖1、圖2、圖（tú）3 所示工作台由於受（shòu）其結構所（suǒ）限，隻能在機床全部裝配結束、自車完（wán）工作（zuò）台台麵之後檢驗回（huí）轉精度，如檢驗不（bú）合格還須將工作台拆開、檢查原因，再（zài）重新裝配。圖（tú）4 所示的結構裝配時可根據軸承座精（jīng）度檢測單和軸承（chéng）套圈（quān）檢測單進（jìn）行安裝軸承、調整精度，回轉部分組裝好後，不裝工作台即可對主軸回轉精度進行檢測。

  
     圖1、圖（tú）2 所示結構無法看到（dào）軸承工作運（yùn）轉情況，圖4 所示結構拆掉工作（zuò）台就看到軸承工作運轉情況，安裝檢測（cè）方便。

     2． 5 工作台熱變形小、剛性好、回轉精度高

    該（gāi）工作台結構易潤滑（huá），隻要打開工作台中間蓋板就能觀察到軸承的潤滑（huá）情況，通（tōng）過油冷卻（què）可將工作台運（yùn）轉產生（shēng）的熱量降低，減小工作台熱變形; 主軸回轉軸承內徑（jìng）相對較大，圓錐滾（gǔn）子作用點沿軸向外延，增加了作用點之間的距離; 通過壓蓋對工作台（tái）圓錐滾子軸（zhóu）承和推力球軸承同時預緊（jǐn），兩套軸承都是負遊隙安裝（zhuāng），因而，工作台的剛性高，同時回轉精度也得到（dào）提高。

     3、 結語

    本文分析了立式（shì）車床工作台主軸軸承（chéng）不同的配置方式及其各（gè）自的特點，重點（diǎn）介紹了一種新（xīn）型工作台主（zhǔ）軸軸承配（pèi）置結構，為設計者（zhě）提供了（le）更（gèng）多的選擇。