摘要: 分（fèn）析了立式（shì）車（chē）床工作台直徑從1 000 mm 到5 000 mm 主軸軸承配置結構特點（diǎn），得（dé）出新型工作台（tái）主軸軸承結構能夠達到高精（jīng）度加工。設計者可（kě）以根據實際的加工狀況選擇不同的主軸（zhóu）配置（zhì）形式。

      工廠自動化進程發展（zhǎn）加快及大型水電、核（hé）電的開發，使立車應用的範圍越來越（yuè）廣，並且立車（chē）規格在（zài）增多，承載能力在加（jiā）大，立車的精度尤其是工作台的回轉精度在（zài）提高，大規（guī）格立車工作（zuò）台直徑達25 m 以上，工作台不但要求能很好地承受工件重量，還要保證在（zài）此載荷下的回轉精度，以及高抗（kàng）傾覆能力和較高的轉速等。而限製立車向前發展（zhǎn）的（de）關（guān）鍵問題就（jiù）是工作台主軸軸承的製造與配置問題。為便於研究，本文將（jiāng）研究立（lì）車（chē）工作台直徑範圍定在1 000 mm 到5 000 mm之間，這個（gè）範圍（wéi）的立（lì）車也是傳統意義上（shàng）的立車。
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      1 、常規立車工作（zuò）台軸承配置

      立車（chē）工（gōng）作台軸承配置中，常規的軸承類型大致分為以下幾種:

      ( 1) 靜壓軸承和圓柱滾（gǔn）子軸（zhóu）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（chéng）配置為經典結構，此（cǐ）種配置在（zài）1 000 mm ～5 000 mm立車工作台主軸都能夠找到其蹤影（yǐng）。靜壓軸承承受軸向負荷，是靠潤滑泵將壓力油送到（dào）軸承間隙中，強製形成潤滑油膜，從而實現（xiàn）液體潤（rùn）滑的滑動軸承，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（gāng）度大和能抑製油膜震蕩等優點。但是（shì）該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（gòng）油係統來供（gòng）給壓力油，維護比較複雜而（ér）且成本也較高。

       ( 2) 推力球軸承和圓柱滾子（zǐ）軸承

      推（tuī）力球軸承主（zhǔ）要承受（shòu）一定的軸向力，所以該軸承用於（yú）承受軸向負荷; 而圓柱滾子軸承主要用於承（chéng）受徑向負荷，工作台預緊采（cǎi）用一套推力球軸承。預緊軸承可以提高工作台（tái）的剛性，當加工工件不對稱或質（zhì）量（liàng）重心不在回（huí）轉中（zhōng）心時，與液體靜壓軸承相比，可以減小工作台傾覆。該軸承的配置應用也相當廣（guǎng）泛，並且成本相對較低。圖2 示為2 500 mm 立（lì）車工作台（tái）軸承配置，此種配置在（zài）2 500 mm 及以上的立車工（gōng）作（zuò）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，台灣的立車生產廠家廣（guǎng）泛使用此軸承配置。雙列（liè）交（jiāo）叉滾子軸承隻占一列滾柱軸承的（de）空間，占據空間（jiān）小，而（ér）且其力作用（yòng）點在（zài）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（liè）交叉滾子軸承可以降低工作台的（de）高度，操作更加（jiā）方便（biàn）。

       2 、新型工作台主（zhǔ）軸軸承配置結構

      立車工作台回轉精度按目前國（guó）家標準規定（dìng）:在（zài）1 000 mm 直徑內，工作台麵的端麵跳動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（jìng）內，工作台的徑向圓跳動0． 01 mm，直徑每增加1 000 mm 其允差（chà）值增加0． 01 mm。滿足上（shàng）述精度的立車在一般製造業應用廣泛。但在高端製造業對（duì）立車（chē）加工工件精度要求提高，如加工直徑（jìng）1 250 mm 的數控（kòng）立車，當要求端麵跳動（dòng）及徑向（xiàng）圓（yuán）跳動均小於0． 006 mm 時，采（cǎi）用圖1、圖2 結構的立（lì）車很難滿足要求。采用圖3 結構，工作台端麵和徑向跳動幾（jǐ）乎完全（quán）取決於（yú）交叉滾子軸承，對軸承精（jīng）度要求很高，一般要用到USP 級軸承，屬於超精密級，超過ISO 等級2 級精（jīng）度，定（dìng）製該等級軸承周（zhōu）期長，價格昂貴.

       圖 4 所（suǒ）示（shì）工作台（tái）主軸結構是（shì）我公司根據幾十年的立車設計經（jīng）驗（yàn）及現有的（de）加工（gōng）手段和檢測方法設計的（de），並應用到我公司生產的CK5112ATC 數控立車上，同時此結構也（yě）已獲國家發明專利( 專利號: CN101716728 A) 。該主軸軸承配置是采用一套推力球軸承承（chéng）受軸向（xiàng）力，采用一套圓（yuán）錐（zhuī）滾子軸承（chéng）承受徑向力，並通過施加預緊力提高工作台的剛性和抗傾覆力矩。此種配置在1 000 mm及以上的立（lì）車工作（zuò）台主軸均可采（cǎi）用這（zhè）種軸承結構。

      采用該結構製造出（chū）的立（lì）車工作台回轉精度: 端麵跳動/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承與相當（dāng）規格的圖1 和圖（tú）2 中的所用的軸承相比價格低，與相當規格的（de）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，則價格相比價（jià）格是國內的的7 ～ 10 倍。

      2． 2 影響軸（zhóu）承安裝精度的零件少

     該工作台（tái）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（hé）軸向負載的兩套軸承裝（zhuāng）在（zài）同一個軸（zhóu）承座上，使軸承（chéng）的安（ān）裝基準能夠統一，軸承座以一個大平麵與工作台底座安裝在一起; 兩套軸承的（de）動圈也安裝在（zài）同一零件齒圈3 上，工（gōng）作（zuò）台安裝在齒圈3 上，這種結構與軸承安裝相關（guān）聯零件隻有（yǒu）兩（liǎng）個。而上述常（cháng）規軸承配置安裝部位有3 個以上（shàng）主要零件且工作台底座和工作台都是大件，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（tái）主軸結構精度不高的原因主要有:

  
     ( 1) 軸承安裝麵因受零件形狀及重量限製，尤（yóu）其（qí）是工作台底座，很（hěn）難在磨床（chuáng）上加工。

     ( 2) 圖1 工（gōng）作台主軸與圓台組合安（ān）裝，圖2 工作台主（zhǔ）軸與（yǔ）底座組（zǔ）合（hé）安裝，因兩個零件是分別加工，即便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和承受徑向負載回（huí）轉（zhuǎn）中心（xīn）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（zuò）到小（xiǎo）於0． 01 mm 也（yě）是很難的。

     圖4 所示（shì）工作（zuò）台主軸結構的軸承座相對工作台底座體積小且重量（liàng）輕，可以用精密立式（shì）磨床對其加工，齒圈上軸承安（ān）裝麵也同樣（yàng）也可在立式（shì）磨床加工。用立式磨床加工的軸承座（zuò），其徑向軸承（chéng）安裝麵的圓度、軸向（xiàng）軸承座安裝麵的（de）端跳、兩個安裝麵的垂直度等幾何形位精度都可做到（dào）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（chuáng）全部（bù）裝（zhuāng）配結束（shù）、自車完（wán）工作台台麵之後檢驗回轉精度，如檢驗不（bú）合格還須將工（gōng）作台拆開（kāi）、檢查原因，再重新裝配。圖4 所示的結構（gòu）裝配時可根據軸承座精度檢測單和軸承套圈檢測單進行（háng）安裝軸承、調整精度，回（huí）轉部分（fèn）組裝好後，不裝工作台即可對主軸回（huí）轉精（jīng）度進行檢測。

  
     圖（tú）1、圖2 所示結構無（wú）法看到軸承工作運轉情況，圖（tú）4 所示結構（gòu）拆掉工作台就（jiù）看到軸承工（gōng）作運轉情況，安裝檢測方便。

     2． 5 工作台熱變形小、剛性好、回轉精（jīng）度高

    該工作（zuò）台結構易潤滑，隻要打開工作台中間蓋板就能觀察到軸（zhóu）承的（de）潤滑情況，通過油冷卻（què）可將工（gōng）作台運轉產生的（de）熱量（liàng）降（jiàng）低，減小工作台熱變形; 主軸回轉軸承內徑相對較大，圓錐滾子作用點（diǎn）沿軸向外延，增加了作用點之（zhī）間的距（jù）離; 通過壓蓋對工作台（tái）圓錐滾（gǔn）子軸承和推力球軸承同時預緊，兩套軸承都是負遊隙安裝，因而，工（gōng）作台的剛性高，同（tóng）時回轉精度（dù）也得到（dào）提高。

     3、 結語

    本文分析了立式車床工作台主軸軸承不同的配置方式及其各自的特點，重點介紹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。