實(shí)用 | 交叉滾子軸承在數(shù)控立車上的應(yīng)用
實(shí)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(shí)現(xiàn)其完美的工程性能。
中國是機(jī)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(jí)，提高產(chǎn)品技術(shù)含量，擁有自主的專利、設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從低端到高端、從初級(jí)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(tái)是體現(xiàn)機(jī)床整體性能、實(shí)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(yùn)轉(zhuǎn)并承受較重工件的同時(shí)，具備精準(zhǔn)的運(yùn)行精度及非常高的抗傾覆力矩能力，而支撐工作臺(tái)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(tái)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(shí)，整個(gè)機(jī)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(duì)中更加不易保證，工作臺(tái)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(jī)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(dòng)可分為同步跳動(dòng)和異步跳動(dòng)，其中同步跳動(dòng)對(duì)工作臺(tái)整體跳動(dòng)的影響可以通過磨削工作臺(tái)面而最大程度的減小，但異步跳動(dòng)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(dòng)控制的越好，則工作臺(tái)最終的徑向與軸向跳動(dòng)也越小，即運(yùn)轉(zhuǎn)精度越高。在選擇軸承品牌與精度等級(jí)時(shí)，建議不要只關(guān)注軸承裝配跳動(dòng)，而應(yīng)該深入了解影響軸承異步跳動(dòng)的精度標(biāo)準(zhǔn)。
軸承選型時(shí)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(dòng)部件，緊配量應(yīng)該略大;內(nèi)圈會(huì)被端蓋壓著向下移動(dòng)，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(jì)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(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)，工件的徑向變形將大大增加，同時(shí)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(shí)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(diǎn)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(shí)，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(dòng)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(dòng)軸承，使?jié)L子和隔片自動(dòng)擺正，再加入墊片及端蓋鎖緊。如果沒有轉(zhuǎn)動(dòng)軸承而使?jié)L子歪斜的排列在滾道上并鎖緊，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)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(duì)角線順序逐個(gè)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(shí)，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(shí)，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(dòng)較大，傳遞到工作臺(tái)及工件，影響切削質(zhì)量。因此，需要振動(dòng)檢測與分析裝置查找振動(dòng)源，以便更加快速準(zhǔn)確的解決振動(dòng)引起的切削質(zhì)量問題。
如果回轉(zhuǎn)工作臺(tái)由齒輪齒圈嚙合驅(qū)動(dòng)，安裝時(shí)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(bào)廢。
在數(shù)控立車的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，選用交叉滾子軸承支撐回轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(jī)床整體的優(yōu)異性能，是今后軸承供應(yīng)商需要與機(jī)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(jī)床的各項(xiàng)精度，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)其各項(xiàng)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(diǎn)制約了軸承的使用，如軸承的個(gè)體尺寸差異較大，各相關(guān)零件需按軸承實(shí)際尺寸來確定，同時(shí)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(jī)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(tái)軸承、交叉滾子軸承、機(jī)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。