交叉圆锥滚子轴承在立式数控机床上的应用详解

  回转工作台广泛应用于各种数控铣床、镗床、各种立车、立铣等机床上。在机床设计上除了要求回转工作台能很好地承受工件重量外，还需要保证其在承载下的回转精度。转台轴承作为转台的核心部件，在转台运行工程中不仅要具有很高的承载能力，还需具备高回转精度、高抗倾覆能力以及较高的转速能力等。
  1 应用于回转工作台轴承类型
  
  在回转工作台设计中，使用比较多的轴承类型大致分为以下几种:
  
  (1) 推力球轴承 + 圆柱滚子轴承
  
  推力球轴承能承受定的轴向力，所以该轴承主要用于承受工件的重量; 而圆柱滚子轴承主要用于径向的定位和承受外部的径向力( 切削力、 铣削力) 。该类设计应用广泛，并且成本也相对比较的低廉。由于推力球是种点接触的轴承，所以它的轴向承载力相对比较低，主要用于小型或中型机床回转工作台中。
  
  此外推力球的润滑也比较困难。
  
  ( 2) 静压轴承 + 精密圆柱滚子轴承
  
  静压轴承是种靠外部供给压力油，在轴承内建立静压承载油膜以实现液体润滑的滑动轴承。液压静压轴承从起动到停止始终在液体润滑下工作，故而具有磨损小、 使用寿命长和起动功率小等点。此外这种轴承还具有旋转精度高、 油膜刚度大和能抑制油膜振荡等优点。精密圆柱滚子轴承具有很好的径向承载力，并且由于采用了精密的轴承，回转工作台的回转精度也能得到很好的保证。使用该类设计的回转工作台能承受较大的轴向力，有些工件的重量超过 200 t，转台直径超过 10 m。但是该类设计也有些不足之处，由于静压轴承必须附带套用的供油系统来供给压力油，维护比较复杂而且成本也比较高。
  
  ( 3) 交叉滚子轴承
  
  交叉滚子轴承的征是轴承中有 2 个滚道，两排交叉排列的滚子。与传统的推力轴承 + 径向定心轴承组合相比，交叉滚子轴承结构紧凑、体积小巧并简化了工作台设计，从而降低了转台的成本。另外，由于使用了优化的预紧力，该类轴承具有很高的刚度，因而转台的刚度和精度也都得到了保证。
  
  得益于两排交叉滚子的设计，轴承的有跨距能得到显着提高，所以该类轴承具有很大的抗倾覆力矩。在交叉滚子轴承中，又分成 2 种类型: 种是圆柱交叉滚子轴承; 二种是圆锥交叉滚子轴承。通常，圆柱交叉滚子轴承价格比圆锥交叉滚子轴承低，适用于转速相对较低的转台中; 而圆锥交叉滚子轴承采用了圆锥滚子的纯滚动设计。
  
  2 交叉滚子轴承点
  
  该类轴承具有 2 组滚道和滚子，相互呈直角组合，滚子交错相似，因此节省了空间和轴承座材料。大锥角和锥形几何设计使轴承总体有跨距是轴承自身宽度的几倍。精密交叉滚子轴承能承受大倾覆力矩，此外也适合空间受限、 要求旋转质量重心尽可能低的应用场合( 见表 1) 。
  
  
  图 2 说明了交叉滚子轴承的设计原理，即两组滚道和滚子相互呈直角组合( 滚子交错相对) ，截面高度为 T 相对于实际的截面高度小，而轴承总体有跨距大幅增大，稳定性也随之增强。
  
  
  3 应用前后工作台传动机构比较
  
  3． 1 应用前立式车床工作台
  
  电动机通过变速箱驱动对伞齿轮带动大齿圈暨工作台围绕主轴旋转。主轴轴承采用的是内环孔带有锥度的 2 组双列圆柱滚子轴承。这个锥度与主轴上的锥面相结合，上升轴承内环可使直径涨大来调整轴承的径向间隙。工作台通过静压导轨进行浮起，通过油膜检测机构来伺服调整供油量。
  
  立式车床主要加工件现在正在往大型、 重型结构方向发展，但限制立车大型化的瓶颈问题就是主传动大型轴承的制造问题。我现有大型轴承基本上都靠进口，成本比较高，内就算生产出相应的规格尺寸轴承，但其旋转精度也远远达不到机床本身要求。所以工作台轴承问题直是立车制造厂的瓶颈问题。
  
  
  3． 2 应用圆锥交叉滚子轴承的立车工作台
  
  如图 4 所示，安装圆锥交叉滚子轴承后的立式车床工作台明显简化，取消了主轴、 静压轴承以及系列压力油管等零件。1 个单列圆锥交叉滚子轴承，可取代传统的 2 或 3 个轴承的排列设计; 在立车的主轴转盘应用上，以更小的装配空间具有更高的精度及刚性的性; 立车主轴转盘设计更为简单; 有降低装配高度进而降低整体重心的高度，同时减轻转盘主轴结构的重量; 提高抗翻倾扭矩性能; 圆锥滚子设计转动平稳，滚子只滚动无滑动，小振动、 低噪声、 低发热、 润滑及冷却油用量少; 润滑及冷却的油路系统设计更为简单; 更小的驱动功率; 减少转盘主轴的装配时间。
  
  
  4 结语
  
  交叉滚子轴承适合于各种类型的立式或卧式镗床以及立磨、 立车和大型齿轮铣床等应用。运转精度高;转速能力强; 减少轴长度和加工成本，热膨胀导致几何尺寸的变化有限; 尼龙分隔器，转动惯量小，起动扭矩小，易于控制角分度; 优化预紧力，刚度高，跳动小; 线接触，滚子运转精度高; 渗碳钢提供优良的抗冲击力和表面抗磨能力; 简单但润滑充分。并且交叉滚子轴承安装简单，在轴承安装时只需将交叉滚子轴承预紧到的数值，易于调整和按原有安装形式维修，非常适合应用于大型回转工作台等部件。