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交叉圓錐滾子軸承在立式數控機床上的應用

[ 發布日期:2016-05-26 點擊:4412 來源:洛陽普瑞森軸承,交叉滾子軸承,機器人軸承,工業機器人軸承生產廠家 【打印此文】 【關閉窗口】]
    回轉工作臺廣泛應用于各種數控銑床、鏜床、各種立車、立銑等機床上。在機床設計上除了要求回轉工作臺能很好地承受工件重量外,還需要保證其在承載下的回轉精度。轉臺軸承作為轉臺的核心部件,在轉臺運行工程中不僅要具有很高的承載能力,還需具備高回轉精度、高抗傾覆能力以及較高的轉速能力等。
    1 應用于回轉工作臺軸承類型
    在回轉工作臺設計中,使用比較多的軸承類型大致分為以下幾種:
    (1) 推力球軸承 + 圓柱滾子軸承
    推力球軸承能承受定的軸向力,所以該軸承主要用于承受工件的重量; 而圓柱滾子軸承主要用于徑向的定位和承受外部的徑向力( 切削力、 銑削力) 。該類設計應用廣泛,并且成本也相對比較的低廉。由于推力球是種點接觸的軸承,所以它的軸向承載力相對比較低,主要用于小型或中型機床回轉工作臺中。
    此外推力球的潤滑也比較困難。
    ( 2) 靜壓軸承 + 精密圓柱滾子軸承
    靜壓軸承是種靠外部供給壓力油,在軸承內建立靜壓承載油膜以實現液體潤滑的滑動軸承。液壓靜壓軸承從起動到停止始終在液體潤滑下工作,故而具有磨損小、 使用壽命長和起動功率小等點。此外這種軸承還具有旋轉精度高、 油膜剛度大和能抑制油膜振蕩等優點。精密圓柱滾子軸承具有很好的徑向承載力,并且由于采用了精密的軸承,回轉工作臺的回轉精度也能得到很好的保證。使用該類設計的回轉工作臺能承受較大的軸向力,有些工件的重量超過 200 t,轉臺直徑超過 10 m。但是該類設計也有些不足之處,由于靜壓軸承必須附帶套用的供油系統來供給壓力油,維護比較復雜而且成本也比較高。
    ( 3) 交叉滾子軸承
    交叉滾子軸承( 圖 1) 在轉臺上的應用也比較普遍。
交叉圓錐滾子軸承示意圖
交叉圓錐滾子軸承示意圖
    交叉滾子軸承的征是軸承中有 2 個滾道,兩排交叉排列的滾子。與傳統的推力軸承 + 徑向定心軸承組合相比,交叉滾子軸承結構緊湊、體積小巧并簡化了工作臺設計,從而降低了轉臺的成本。另外,由于使用了優化的預緊力,該類軸承具有很高的剛度,因而轉臺的剛度和精度也都得到了保證。
    得益于兩排交叉滾子的設計,軸承的有跨距能得到顯著提高,所以該類軸承具有很大的抗傾覆力矩。在交叉滾子軸承中,又分成 2 種類型: 種是圓柱交叉滾子軸承; 二種是圓錐交叉滾子軸承。通常,圓柱交叉滾子軸承價格比圓錐交叉滾子軸承低,適用于轉速相對較低的轉臺中; 而圓錐交叉滾子軸承采用了圓錐滾子的純滾動設計。
    該類軸承具有 2 組滾道和滾子,相互呈直角組合,滾子交錯相似,因此節省了空間和軸承座材料。大錐角和錐形幾何設計使軸承總體有跨距是軸承自身寬度的幾倍。交叉滾子軸承能承受大傾覆力矩,此外也適合空間受限、 要求旋轉質量重心盡可能低的應用場合( 見表 1) 。

交叉滾子軸承的優勢和性

    圖 2 說明了交叉滾子軸承的設計原理,即兩組滾道和滾子相互呈直角組合( 滾子交錯相對) ,截面高度為 T 相對于實際的截面高度小,而軸承總體有跨距大幅增大,穩定性也隨之增強。
圖2 交叉滾子軸承的設計原理
圖2 交叉滾子軸承的設計原理

    3 應用前后工作臺傳動機構比較
    3. 1 應用前立式車床工作臺
    電動機通過變速箱驅動對傘齒輪帶動大齒圈暨工作臺圍繞主軸旋轉。主軸軸承采用的是內環孔帶有錐度的 2 組雙列圓柱滾子軸承。這個錐度與主軸上的錐面相結合,上升軸承內環可使直徑漲大來調整軸承的徑向間隙。工作臺通過靜壓導軌進行浮起,通過油膜檢測機構來伺服調整供油量。
    立式車床主要加工件現在正在往大型、 重型結構方向發展,但限制立車大型化的瓶頸問題就是主傳動大型軸承的制造問題。我現有大型軸承基本上都靠進口,成本比較高,內就算生產出相應的規格尺寸軸承,但其旋轉精度也遠遠達不到機床本身要求。所以工作臺軸承問題直是立車制造廠的瓶頸問題。
圖3 普通立式車床旋轉工作臺結構
圖3 普通立式車床旋轉工作臺結構

    3. 2 應用圓錐交叉滾子軸承的立車工作臺
    如圖 4 所示,安裝圓錐交叉滾子軸承后的立式車床工作臺明顯簡化,取消了主軸、 靜壓軸承以及系列壓力油管等零件。1 個單列圓錐交叉滾子軸承,可取代傳統的 2 或 3 個軸承的排列設計; 在立車的主軸轉盤應用上,以更小的裝配空間具有更高的精度及剛性的性; 立車主軸轉盤設計更為簡單; 有降低裝配高度進而降低整體重心的高度,同時減輕轉盤主軸結構的重量; 提高抗翻傾扭矩性能; 圓錐滾子設計轉動平穩,滾子只滾動無滑動,小振動、 低噪聲、 低發熱、 潤滑及冷卻油用量少; 潤滑及冷卻的油路系統設計更為簡單; 更小的驅動功率; 減少轉盤主軸的裝配時間。
圖4 安裝交叉圓錐滾子軸承的立式車床旋轉工作臺結構
圖4 安裝交叉圓錐滾子軸承的立式車床旋轉工作臺結構

    4 結語
    交叉滾子軸承適合于各種類型的立式或臥式鏜床以及立磨、 立車和大型齒輪銑床等應用。運轉精度高;轉速能力強; 減少軸長度和加工成本,熱膨脹導致幾何尺寸的變化有限; 尼龍分隔器,轉動慣量小,起動扭矩小,易于控制角分度; 優化預緊力,剛度高,跳動小; 線接觸,滾子運轉精度高; 滲碳鋼提供優良的抗沖擊力和表面抗磨能力; 簡單但潤滑充分。并且交叉滾子軸承安裝簡單,在軸承安裝時只需將交叉滾子軸承預緊到的數值,易于調整和按原有安裝形式維修,非常適合應用于大型回轉工作臺等部件。

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