利用工裝加工細(xì)長軸

周同利 徐鈺琨

（①阿爾斯通四洲電力設(shè)備（青島）有限公司，山東青島 266317；②山東科技職業(yè)學(xué)院，山東濰坊 261000）

利用工裝加工細(xì)長軸

周同利①徐鈺琨②

（①阿爾斯通四洲電力設(shè)備（青島）有限公司，山東青島 266317；②山東科技職業(yè)學(xué)院，山東濰坊 261000）

針對大長徑比（112.16）細(xì)長軸制定專門工裝布置形式和加工制造工藝，解決了關(guān)鍵件大長徑比細(xì)長軸的加工制造難題。

細(xì)長軸 長徑比 加工工藝 新工藝

阿爾斯通四洲電力設(shè)備（青島）有限公司在為某船廠加工高速船傳動(dòng)軸時(shí)，遇到大長徑比細(xì)長軸（圖1）加工問題。該軸不同于一般的細(xì)長軸，軸外徑φ73 mm，長8 188 mm，長徑比為 112.16，材料為 34CrNiMo特種合金鋼。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該軸在滿足使用性能的基礎(chǔ)上，質(zhì)量盡可能輕，以減小高速船自身質(zhì)量，達(dá)到高航速要求。所以該軸軸徑很細(xì)，采用高強(qiáng)度合金鋼材料，滿足設(shè)計(jì)使用過程中的強(qiáng)度、剛度等力學(xué)性能。

1 制定加工工藝

該軸軸徑很細(xì)，長度很長，撓曲度很大，軸直徑外圓處有3處銅套軸承支撐結(jié)構(gòu)，其圓柱度允許誤差為0.01 mm，圓跳動(dòng)允許誤差為0.12 mm。用一般常規(guī)加工方法加工，圓柱度和圓跳動(dòng)嚴(yán)重超差，根本滿足不了圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。

根據(jù)CB＊228－86船舶軸系檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：（1）每檔的徑向圓跳動(dòng)數(shù)值為測量校表上最大與最小兩讀數(shù)之差，校表應(yīng)水平徑向安裝。（2）軸校驗(yàn)時(shí)，不設(shè)中間支承，當(dāng)軸長與軸徑之比（L/D）超過35而校驗(yàn)明顯有困難時(shí)，準(zhǔn)許在軸中間部分托一只活動(dòng)的、上蓋松掉的中間支承；當(dāng)L/D超過100時(shí)，軸中間可考慮托兩只松掉上蓋的中間支承，其位置最好與實(shí)際船的軸承位置相一致。

長徑比大于35屬難加工零件，長徑比超過100的細(xì)長軸為非常難加工的零件，檢驗(yàn)時(shí)需有2處輔助支撐，用百分表檢測，圓柱度和圓跳動(dòng)公差應(yīng)符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。由于檢測方法的不同，其定位支撐位置和加工時(shí)使用的支撐位置不一致，檢測結(jié)果很難達(dá)到圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，而且，多次檢測的結(jié)果也不一樣（由于定位基準(zhǔn)點(diǎn)不一致）。因此，即使加工的軸符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，但是，在檢測時(shí)所采用定位基準(zhǔn)和輔助支撐位置點(diǎn)不一致，導(dǎo)致檢測出的數(shù)據(jù)也不符合設(shè)計(jì)要求。

以前從來沒有遇到此類問題，為此有關(guān)技術(shù)人員研究分析，尋找解決問題的方案，經(jīng)過多種方案的研究、討論、分析，確定可行性方案，再經(jīng)過試制，制定大長徑比細(xì)長軸加工工藝。

大長徑比細(xì)長軸加工工裝布置如圖2。具體工藝內(nèi)容如下：

（1）裝夾方式：軸車削加工安排在車床SU63A上進(jìn)行，機(jī)床可加工工件長度12 m，裝夾方式如圖2所示，頭部采用卡盤裝夾（精加工時(shí)頭部采用頂尖頂），尾部用頂尖頂，中間安排2個(gè)輔助中心支撐架支撐（輔助支撐處軸外圓加裝軸套，軸套再與支撐架接觸），采用“一夾（頂）、二輔助支撐、一頂”的過定位裝夾方式，主要是保持系統(tǒng)剛性，減小變形量，而且，輔助支撐布置形式同標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)形式相同，這樣加工完成后，直接在車床上檢驗(yàn)，基準(zhǔn)統(tǒng)一，檢驗(yàn)方便合理，避免以后檢驗(yàn)因采用的定位基準(zhǔn)不同帶來的誤差。

（2）粗車：粗車軸各外圓尺寸，均留5 mm加工余量，可分幾次加工完成，在每次掉頭裝夾前均優(yōu)先修車中心架支撐位置處的軸外圓尺寸，確?；鶞?zhǔn)有較高的精度。

（3）吊裝：如圖3，用一長槽鋼做工裝，用吊鉤吊住槽鋼，槽鋼的兩頭均用繩索吊起軸，確保平行吊裝，減小吊裝中的變形。

（4）時(shí)效處理：軸平放在車間零件支架上，放置約30 d，進(jìn)行自然時(shí)效處理，消除原材料毛坯及加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，減小變形量。

（5）試精車：考慮工件的重要性及加工難度，確保最終加工符合設(shè)計(jì)要求，在精加工前進(jìn)行試精車，各外圓尺寸留2 mm下次精加工余量。但是，選定中間部位作為樣板，外圓尺寸在加大2 mm的基礎(chǔ)上，中間部位尺寸的公差要求、圓跳動(dòng)和圓柱度、粗糙度要求均嚴(yán)格按照圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求和操作工藝規(guī)程進(jìn)行加工。

（6）試檢驗(yàn)：松開中心支撐架的上部，此時(shí)的裝夾方式：①頭部用卡盤裝夾；②中間安排2個(gè)輔助中心支撐架支撐；③尾部用頂尖頂。正好與CB＊228－86船舶軸系檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于細(xì)長軸的檢驗(yàn)裝夾方式相同，選定中間部位作為樣板，直接在車床上檢測，測量各數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)加工精度，特別是公差、圓跳動(dòng)和圓柱度是否符合設(shè)計(jì)要求。經(jīng)質(zhì)量檢驗(yàn)員專業(yè)檢測，各個(gè)數(shù)據(jù)基本符合要求，效果基本滿意。

（7）精車：按照設(shè)定工裝裝夾，精車各外圓尺寸，嚴(yán)格按照操作工藝規(guī)程進(jìn)行加工，外圓留磨削余量，各處尺寸、公差、圓跳動(dòng)、圓柱度、粗糙度等達(dá)到較高的要求。

（8）磨削：將磨削加工頭安裝在車床刀具加工位置處，用磨削頭磨削外圓，此時(shí)的布置形式正好與外圓磨床布置形式相同，改裝模擬外圓磨床，在車床上進(jìn)行磨削加工，提高加工工件的尺寸、公差、圓跳動(dòng)、圓柱度、粗糙度等加工精度，確保最終加工的零件合格。

（9）檢驗(yàn)：松開中心支撐架的上部，此時(shí)的裝夾方式，正好與檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于細(xì)長軸的檢驗(yàn)裝夾方式相同，直接在車床上檢測，測量各數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)加工精度，重點(diǎn)檢驗(yàn)尺寸公差、圓跳動(dòng)、圓柱度和粗糙度，經(jīng)質(zhì)量檢驗(yàn)員專業(yè)檢測，各個(gè)數(shù)據(jù)均符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，磨削加工合格。

（10）熱裝銅套：將銅套加熱，銅套受熱后膨脹，尺寸變大，特別是內(nèi)孔尺寸變大，熱裝在軸相應(yīng)位置處，冷卻。

（11）車：按照設(shè)定工裝裝夾，精車銅套處外圓尺寸，保證其尺寸公差、圓跳動(dòng)、圓柱度和粗糙度要求。

（12）檢驗(yàn)：按照上述步驟（9）再次檢驗(yàn)，零件合格。

2 "結(jié)語

按照上述方法加工制造的大長徑比細(xì)長軸符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，零件合格，安裝到高速船上滿足船舶高航速運(yùn)行需要，使用性能良好。

大長徑比細(xì)長軸加工工藝，是難度很高的加工制造技術(shù)，加工制造過程對車削加工工裝布置形式、加工精度和檢驗(yàn)都有很高的要求，制定專門加工制造工藝，解決了關(guān)鍵件大長徑比細(xì)長軸的加工制造難題。

（編輯 余 捷）

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Using Tooling to Machine Slender Shaft

ZHOU Tongli，XU Yukun
（①Alstom Sizhou Electric Power Equipment（Qingdao）Co.，Ltd.，Qingdao 266317，CHN；②Shandong Vacational College of Science&Technology，Weifang 261000，CHN）

2009－08－06）

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