實用 | 交叉滾子軸承在數(shù)控立車上的應(yīng)用
實用 | 交叉滾子軸承在數(shù)控立車上的應(yīng)用
- 2020/4/20 8:00:38
本文主要介紹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。
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。 隨著近幾年科學(xué)的發(fā)展，高精密、高轉(zhuǎn)速機床產(chǎn)品受到市場的青睞。也使得立車的加工精度不斷邁向新的高度。而交叉滾子軸承在提高立車加工精度上起到了關(guān)鍵性作用。
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)。
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(rèn)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(yán)重的劃痕、壓坑及剝落，提早結(jié)束軸承壽命。
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。控制這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。
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，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。
此節(jié)重點討論安裝過程中需要額外注意的操作細(xì)節(jié)：
1.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。
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(圖中紅線所示平面)，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。
3.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(yán)重發(fā)熱、滾道燒傷、劃傷以及精度喪失等問題。
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。
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。
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。
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。
交叉滾子軸承在立車上的應(yīng)用非常成功，大大提高了機床的各項精度，在高速旋轉(zhuǎn)時其各項幾何精度的提高尤為明顯，但不可否認(rèn)的是仍有很多缺點制約了軸承的使用，如軸承的個體尺寸差異較大，各相關(guān)零件需按軸承實際尺寸來確定，同時軸承外環(huán)及下內(nèi)環(huán)需過盈安裝，而且各相關(guān)零件的尺寸公差、形位公差要求極高，很難形成批量生產(chǎn)。當(dāng)然，隨著機加工藝水平的提高和裝配手段的日新月異，交叉滾子軸承在立車上的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。洛陽鴻元軸承科技有限公司成立于2005年12月，是一家以生產(chǎn)精密軸承為發(fā)展方向，專業(yè)研發(fā)、制造精密轉(zhuǎn)臺軸承、交叉滾子軸承、機器人減速器專用軸承三大系列產(chǎn)品的企業(yè)，占據(jù)國內(nèi)80%市場，40%產(chǎn)品出口至歐洲、韓國等國家，每年以30%-50%的增速發(fā)展。