交叉圓錐滾子軸承在高精度立車上的應用

劉廣連

摘要：高精度數控立式車床的主要精度之一就是工作臺的精度，工作臺精度取決于主軸組件的精度，其性能會直接影響到機床的旋轉精度、速度、剛性、溫升及噪聲等參數，進而影響工件的加工質量，為此，經過考察，研究，圓錐滾子軸承的滾子與滾道表面呈線性接觸，其自身具有高精度、高轉速、高承載等特點，將圓錐滾子軸承應用到高精度立車主軸上，可大大提高工作臺的旋轉精度、承載能力，同時降低了工作臺的高度和主軸結構的重量，因此，研究出本結構方案，其主要結構包括工作臺，工作臺底座，及安裝在工作臺下方的編碼器，及安裝在編碼器下方的壓蓋，及設置在壓蓋下方的調整墊，及配合安裝在工作臺底座和調整墊之間的主軸，及安裝在主軸外側的軸承上內環和軸承下內環，及配合安裝在軸承上內環和軸承下內環外側的軸承外環，所述軸承外環下方設置有擋圈。

關鍵詞：交叉圓錐滾子軸承 高精度 高速度

論文內容：

1、技術背景

高精度數控立式車床以其高精度、高效率的特點而被廣泛采用，其主要精度之一就是工作臺的精度控制，但以往高精度立車的工作臺在工作時承載力往往達不到設計要求，工作臺旋轉不穩定，以致無法滿足零件的加工精度要求。工作臺的精度取決于主軸組件的精度，主軸組件的主要結構是由主軸、軸承及相關配件組成，因此主軸組件的精度除了要控制主軸精度以外，還控制另一個重要零件的精度，就是軸承精度，軸承精度決定了主軸組件的精度，主軸組件的精度決定了高精度立式車床工作臺的精度，主軸組件作為機床的關鍵部件，其性能會直接影響到機床的旋轉精度、速度、剛性、溫升及噪聲等參數，進而影響工件的加工質量，為此，經過考察，研究，圓錐滾子軸承的滾子與滾道表面呈線性接觸，其自身具有高精度、高轉速、高承載等特點，將圓錐滾子軸承應用到高精度立車主軸上，可大大提高工作臺的旋轉精度、承載能力，同時降低了工作臺的高度和主軸結構的重量，實踐證明交叉圓錐滾子軸承的應用，大大提高了工作臺的旋轉精度和承載能力。

2、交叉圓錐滾子軸承的特點：

（1）由于圓錐滾子軸承的性接滾子與滾道表面呈線觸，因此軸承在承受重載時彈性變形很小，同時適用于承載以徑向載荷為主的徑向與軸向的聯合負荷，因而提高了工作臺的旋轉精度和承載力。

（2）圓錐滾子軸承是一種純滾動的軸承設計，它很好地降低軸承運轉扭矩和發熱，從而確保主軸的轉速和精度。

（3）由于圓錐滾子軸承能夠在安裝過程中調節軸向預載（游隙），這能使在軸承的整個使用周期中更好地優化軸承游隙調節

（4）滾珠之間配有尼龍分隔片，它的慣性小，運轉扭矩小，在設計過程中可采用更小的驅動力。

2、技術實施方案

高精度立式車床工作臺部分主要包括工作臺10、工作臺底座4、及安裝在工作臺下方的編碼器11，及安裝在編碼器下方的壓蓋7，及設置在壓蓋下方的調整墊9，及配合安裝在工作臺底座和調整墊之間的主軸5，及安裝在主軸外側的軸承上內環3和軸承下內環2，及配合安裝在軸承上內環和軸承下內環外側的軸承外環1，及軸承外環下方設置有擋圈8。

2.1附圖：本附圖是高精度立式車床主軸結構的示意圖

2.2具體實施方式

軸承型號是根據立式車床工作臺直徑、承載、轉速、精度等要求來進行選擇的，軸承的規格型號及軸承的精度等級決定了工作臺的精度等級。

在附圖1的結構中可以看出，交叉圓錐滾子軸承的結構是由軸承外環1、軸承下內環2、及軸承上內環3、及滾珠組成，滾子與滾道表面呈線觸。軸承外環1安裝在齒輪6上，齒輪的材料選擇的是40Cr，這種材料的特點是：綜合力學性能高，熱處理后表面硬度較高，具有一定的韌性、塑性和耐磨性，具有良好的沖擊韌性，適合與軸承外環配合，可有效減少工作臺震動對軸承外環的精度誤差影響，同時也可滿足齒輪嚙合對材料的要求;軸承內上環2及軸承內下環3安裝在主軸5上，主軸的材料選擇的是45#鋼，這種材料的特點是：強度較高，具有較高的綜合力學性能，能夠很好的支撐和固定軸承內環;軸承與各相關零件的尺寸公差按照材料的熱膨脹系數、尺寸公差等級、材料的摩擦系數等數據來進行匹配，軸承上內環與主軸之間的尺寸公差與軸承下內環與主軸之間的尺寸公差是不同的。

主軸5安裝在工作臺底座4上，工作臺底座的材料選擇的是HT250，這種材料的特點是耐磨性和減震性能良好，主軸與工作臺底座之間的尺寸公差是按照材料的密度、尺寸公差等級來進行選擇的，并設計密封結構，防止在使用過程中出現漏油現象。

壓蓋7及調整墊9安裝在主軸5上，壓蓋與調整墊沒有尺寸公差要求，但各結合面有形位公差要求。

擋圈8安裝在齒輪6上，擋圈的結合面有形位公差要求。

編碼器組件11安裝在壓蓋7及齒輪6上，編碼器根據工作臺轉速要求進行選擇。

參考文獻：

[1]王愛玲，現代數控機床結構與設計[M]，北京，兵器工業出版社，1999

（齊重數控裝備股份有限公司工藝部）