刘广连

摘要：高精度数控立式车床的主要精度之一就是工作台的精度，工作台精度取决于主轴组件的精度，其性能会直接影响到机床的旋转精度、速度、刚性、温升及噪声等参数，进而影响工件的加工质量，为此，经过考察，研究，圆锥滚子轴承的滚子与滚道表面呈线性接触，其自身具有高精度、高转速、高承载等特点，将圆锥滚子轴承应用到高精度立车主轴上，可大大提高工作台的旋转精度、承载能力，同时降低了工作台的高度和主轴结构的重量，因此，研究出本结构方案，其主要结构包括工作台，工作台底座，及安装在工作台下方的编码器，及安装在编码器下方的压盖，及设置在压盖下方的调整垫，及配合安装在工作台底座和调整垫之间的主轴，及安装在主轴外侧的轴承上内环和轴承下内环，及配合安装在轴承上内环和轴承下内环外侧的轴承外环，所述轴承外环下方设置有挡圈。

关键词：交叉圆锥滚子轴承 高精度 高速度

論文内容：

1、技术背景

高精度数控立式车床以其高精度、高效率的特点而被广泛采用，其主要精度之一就是工作台的精度控制，但以往高精度立车的工作台在工作时承载力往往达不到设计要求，工作台旋转不稳定，以致无法满足零件的加工精度要求。工作台的精度取决于主轴组件的精度，主轴组件的主要结构是由主轴、轴承及相关配件组成，因此主轴组件的精度除了要控制主轴精度以外，还控制另一个重要零件的精度，就是轴承精度，轴承精度决定了主轴组件的精度，主轴组件的精度决定了高精度立式车床工作台的精度，主轴组件作为机床的关键部件，其性能会直接影响到机床的旋转精度、速度、刚性、温升及噪声等参数，进而影响工件的加工质量，为此，经过考察，研究，圆锥滚子轴承的滚子与滚道表面呈线性接触，其自身具有高精度、高转速、高承载等特点，将圆锥滚子轴承应用到高精度立车主轴上，可大大提高工作台的旋转精度、承载能力，同时降低了工作台的高度和主轴结构的重量，实践证明交叉圆锥滚子轴承的应用，大大提高了工作台的旋转精度和承载能力。

2、交叉圆锥滚子轴承的特点：

（1）由于圆锥滚子轴承的性接滚子与滚道表面呈线触，因此轴承在承受重载时弹性变形很小，同时适用于承载以径向载荷为主的径向与轴向的联合负荷，因而提高了工作台的旋转精度和承载力。

（2）圆锥滚子轴承是一种纯滚动的轴承设计，它很好地降低轴承运转扭矩和发热，从而确保主轴的转速和精度。

（3）由于圆锥滚子轴承能够在安装过程中调节轴向预载（游隙），这能使在轴承的整个使用周期中更好地优化轴承游隙调节

（4）滚珠之间配有尼龙分隔片，它的惯性小，运转扭矩小，在设计过程中可采用更小的驱动力。

2、技术实施方案

高精度立式车床工作台部分主要包括工作台10、工作台底座4、及安装在工作台下方的编码器11，及安装在编码器下方的压盖7，及设置在压盖下方的调整垫9，及配合安装在工作台底座和调整垫之间的主轴5，及安装在主轴外侧的轴承上内环3和轴承下内环2，及配合安装在轴承上内环和轴承下内环外侧的轴承外环1，及轴承外环下方设置有挡圈8。

2.1附图：本附图是高精度立式车床主轴结构的示意图

2.2具体实施方式

轴承型号是根据立式车床工作台直径、承载、转速、精度等要求来进行选择的，轴承的规格型号及轴承的精度等级决定了工作台的精度等级。

在附图1的结构中可以看出，交叉圆锥滚子轴承的结构是由轴承外环1、轴承下内环2、及轴承上内环3、及滚珠组成，滚子与滚道表面呈线触。轴承外环1安装在齿轮6上，齿轮的材料选择的是40Cr，这种材料的特点是：综合力学性能高，热处理后表面硬度较高，具有一定的韧性、塑性和耐磨性，具有良好的冲击韧性，适合与轴承外环配合，可有效减少工作台震动对轴承外环的精度误差影响，同时也可满足齿轮啮合对材料的要求;轴承内上环2及轴承内下环3安装在主轴5上，主轴的材料选择的是45#钢，这种材料的特点是：强度较高，具有较高的综合力学性能，能够很好的支撑和固定轴承内环;轴承与各相关零件的尺寸公差按照材料的热膨胀系数、尺寸公差等级、材料的摩擦系数等数据来进行匹配，轴承上内环与主轴之间的尺寸公差与轴承下内环与主轴之间的尺寸公差是不同的。

主轴5安装在工作台底座4上，工作台底座的材料选择的是HT250，这种材料的特点是耐磨性和减震性能良好，主轴与工作台底座之间的尺寸公差是按照材料的密度、尺寸公差等级来进行选择的，并设计密封结构，防止在使用过程中出现漏油现象。

压盖7及调整垫9安装在主轴5上，压盖与调整垫没有尺寸公差要求，但各结合面有形位公差要求。

挡圈8安装在齿轮6上，挡圈的结合面有形位公差要求。

编码器组件11安装在压盖7及齿轮6上，编码器根据工作台转速要求进行选择。

参考文献：

[1]王爱玲，现代数控机床结构与设计[M]，北京，兵器工业出版社，1999

（齐重数控装备股份有限公司工艺部）