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企業(yè)動(dòng)態(tài)

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(guó)是機(jī)床需求大國(guó),也是生產(chǎn)大國(guó),但僅是在中低端領(lǐng)域較為充分的滿足國(guó)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(jìng)爭(zhēng)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(zhǎng)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(guó)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(chǎng)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。



一、跳動(dòng)精度


  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)。


二、軸承配合


  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。


三、形位公差


  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??刂七@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(zhǎng)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。


四、軸向預(yù)緊量


  立車的切削測(cè)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(shì),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。



五、軸承安裝注意事項(xiàng)


  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。





六. 其他問題


  若切削測(cè)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(cè)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(shì),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(guó)內(nèi)80%市場(chǎng),40%產(chǎn)品出口至歐洲、韓國(guó)等國(guó)家,每年以30%-50%的增速發(fā)展。



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