摘要：在立車設(shè)備上，回轉(zhuǎn)工作臺需要在高速運轉(zhuǎn)并承受較重工件的同時，具備精準(zhǔn)的運行精度及非常高的抗傾覆力矩能力，而支撐工作臺的軸承則是完成這一重要使命的關(guān)鍵。本文介紹了如何在立式車床上應(yīng)用交叉滾子軸承，以實現(xiàn)其完美的工程性能。

引言：

中國是機床需求大國，也是生產(chǎn)大國，但僅是在中低端領(lǐng)域較為充分的滿足國內(nèi)工業(yè)需要，高端領(lǐng)域一直涉入較少。隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和競爭的升級，提高產(chǎn)品技術(shù)含量，擁有自主的專利、設(shè)計才是企業(yè)長期發(fā)展的最佳選擇。因此就數(shù)控立車而言，如何實現(xiàn)產(chǎn)品從低端到高端、從初級加工到高精尖制造才是企業(yè)轉(zhuǎn)型大潮中應(yīng)該思考和努力的方向。

在立車設(shè)備上，回轉(zhuǎn)工作臺是體現(xiàn)機床整體性能、實現(xiàn)工件加工精度的核心構(gòu)造之一。我們要求它在高速運轉(zhuǎn)并承受較重工件的同時，具備精準(zhǔn)的運行精度及非常高的抗傾覆力矩能力，而支撐工作臺的軸承則是完成這一重要使命的關(guān)鍵。之前國內(nèi)大部分工作臺選擇推力軸承與徑向軸承配合使用，這種布置形式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，用料較多，尤其在安置大型箱體零件時，整個機床的空間體積更為龐大。軸承的安裝和預(yù)緊調(diào)整也比較困難，對中更加不易保證，工作臺整體精度難以提高。因此，現(xiàn)在更多設(shè)計開始選用結(jié)構(gòu)更加緊湊的交叉滾子軸承，不僅節(jié)省材料成本，而且設(shè)計方案簡化、極限轉(zhuǎn)速更高、運行精度及穩(wěn)定性更佳、承載能力和剛性也更強。下文重點闡述了這類軸承的一些實際應(yīng)用經(jīng)驗。

一.跳動精度

軸承跳動可分為同步跳動和異步跳動，其中同步跳動對工作臺整體跳動的影響可以通過磨削工作臺面而最大程度的減小，但異步跳動的影響在這一環(huán)節(jié)中卻無法消除，它主要是由滾子外徑公差及圓度所決定的。因此，軸承異步跳動控制的越好，則工作臺最終的徑向與軸向跳動也越小，即運轉(zhuǎn)精度越高。在選擇軸承品牌與精度等級時，建議不要只關(guān)注軸承裝配跳動，而應(yīng)該深入了解影響軸承異步跳動的精度標(biāo)準(zhǔn)。

二.軸承配合

軸承選型時建議內(nèi)圈與軸、外圈與齒圈均為緊配合。外圈由于是轉(zhuǎn)動部件，緊配量應(yīng)該略大；內(nèi)圈會被端蓋壓著向下移動，調(diào)節(jié)至一定的預(yù)緊量，因此緊配量應(yīng)該略小。但如果認為內(nèi)圈是靜止部件，而將內(nèi)圈與軸設(shè)計為松配合（內(nèi)圈與軸之間存在徑向間隙），則有可能在安裝內(nèi)圈、鎖緊內(nèi)圈或者軸承受載時內(nèi)圈偏斜，即發(fā)生偏心。這種偏心將使?jié)L子與滾道的接觸區(qū)域邊界出現(xiàn)應(yīng)力集中，造成嚴重的劃痕、壓坑及剝落，提早結(jié)束軸承壽命。

三.形位公差

軸與齒圈的安裝面要求具有與精密軸承一致的平面度、垂直度、圓度及圓柱度?？刂七@些形位公差不僅可以獲得更好的裝配精度，而且可以避免軸承內(nèi)外圈過度偏心而產(chǎn)生應(yīng)力集中，延長軸承的使用壽命。關(guān)于形位公差的加工標(biāo)準(zhǔn)，建議咨詢軸承供應(yīng)商，匹配其軸承精度即可。

四.軸向預(yù)緊量

立車的切削測試中非常關(guān)注工件的端面及外圓粗糙度，而決定其優(yōu)差的關(guān)鍵之一就是系統(tǒng)的剛性。系統(tǒng)剛性包括框架結(jié)構(gòu)的剛性、支撐軸承的剛性等，其中軸承的剛性往往取決于其軸向預(yù)緊量。

實際應(yīng)用中，如圖1和圖2所示，軸承A列滾子主要承受傾覆力矩，而C列滾子主要承受軸向載荷。當(dāng)軸承外圈承重時，A列滾子與軸承圈有脫開的趨勢，即軸向游隙增大，而C列滾子被壓緊，即軸向游隙減小。如果軸承軸向預(yù)緊量不足，承重后，A列滾子不僅失去預(yù)緊，而且與滾道之間出現(xiàn)游隙，系統(tǒng)剛性因此迅速下降，那么當(dāng)切削力產(chǎn)生傾覆力矩時，工件的徑向變形將大大增加，同時得到的表面粗糙度也非常差；如果軸向預(yù)緊量過大，由于C列滾子要同時承受工件重量與軸承內(nèi)部預(yù)緊力，其與滾道之間的接觸應(yīng)力有可能超出許用極限，大大降低軸承使用壽命。因此，充分考慮溫度與載荷的影響，合理設(shè)定軸承的軸向預(yù)緊量變得尤為重要。

圖1滾子交叉分布示意圖

圖2A列、C列滾子承載示意圖

五.軸承安裝注意事項

此節(jié)沒有詳細介紹軸承的安裝步驟，只是重點討論安裝過程中需要額外注意的操作細節(jié)：

1.如圖3所示，軸承下內(nèi)圈裝入軸座并回到室溫時，需要用0.025mm的塞尺檢查內(nèi)圈與擋肩之間的間隙，確保已經(jīng)安裝到位；外圈亦是如此，如果沒有到位，則用中等硬度的鋼棒敲擊端面，使其到位，以避免內(nèi)外圈由于安裝不到位而發(fā)生偏心，損傷軸承。

圖3軸承內(nèi)外圈裝配示意圖

2.完成軸承下內(nèi)圈、外圈及滾子的安裝后，調(diào)整齒圈端面與主軸端面的平行度（圖4紅線所示平面），使下內(nèi)圈與外圈平行；完成上內(nèi)圈的安裝后，正反轉(zhuǎn)動軸承，使?jié)L子和隔片正確定位，再調(diào)整齒圈端面與上內(nèi)圈端面的平行度，最終確保三只軸承圈均水平，從而避免軸承圈之間發(fā)生偏心，造成應(yīng)力集中，損傷軸承。

圖4平行度調(diào)整示意圖

3.如圖5所示，完成上內(nèi)圈安裝后，必須正反轉(zhuǎn)動軸承，使?jié)L子和隔片自動擺正，再加入墊片及端蓋鎖緊。如果沒有轉(zhuǎn)動軸承而使?jié)L子歪斜的排列在滾道上并鎖緊，軸承運轉(zhuǎn)時就會出現(xiàn)嚴重發(fā)熱、滾道燒傷、劃傷以及精度喪失等問題。

圖5軸承整體裝配示意圖

4.按照對角線順序逐個鎖緊端蓋螺栓（如圖6所示），鎖緊力矩可分3至4次遞增至最終鎖緊量，避免端蓋被壓入時，由于兩側(cè)受力不均或受力過大而歪斜，使內(nèi)圈隨之發(fā)生偏心。同時，也可在每一輪鎖緊后再次檢查端蓋的水平度，盡可能排除偏心。

圖6端蓋鎖緊順序

六.其他問題

1.若切削測試中發(fā)現(xiàn)加工工件的粗糙度不好，除軸承剛性問題以外，還有可能是設(shè)備中其它組件的振動較大，傳遞到工作臺及工件，影響切削質(zhì)量。因此，需要振動檢測與分析裝置查找振動源，以便更加快速準(zhǔn)確的解決振動引起的切削質(zhì)量問題。

2.如果回轉(zhuǎn)工作臺由齒輪齒圈嚙合驅(qū)動，安裝時需要注意調(diào)整合適的嚙合位置，以免齒圈偏心，造成軸承內(nèi)部應(yīng)力集中而過早報廢。

結(jié)束語：

在數(shù)控立車的設(shè)計領(lǐng)域，選用交叉滾子軸承支撐回轉(zhuǎn)工作臺已經(jīng)成為主流。但如何在應(yīng)用之初以及安裝調(diào)試階段最大限度的發(fā)揮此類軸承的優(yōu)勢，使其能夠更好的配合其它結(jié)構(gòu)組件展示機床整體的優(yōu)異性能，是今后軸承供應(yīng)商需要與機床制造商共同深入探討的問題。