大型傳動(dòng)箱主軸孔專用鏜桿設(shè)計(jì)

德州聯(lián)合石油機(jī)械有限公司（山東 253034）王宗雷 駱亞敏 龐文煥

近年來，隨著機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的日新月異，裝備類產(chǎn)品朝著多樣化、多功能化方向發(fā)展，與之匹配的零部件制造精度越來越高。現(xiàn)有一種大型的傳動(dòng)箱體（見圖1），內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，主要由各種用途的同軸孔系組成。支撐傳動(dòng)軸的7處內(nèi)孔（1#、2#、4#、6#和7#孔均為；3#和5#孔為；7孔的同軸度要求≤φ0.05 mm）是加工的難點(diǎn)，相互之間的同軸度要求極為嚴(yán)格，必須控制在很小的公差范圍內(nèi)。加工質(zhì)量直接影響到最終的裝配精度，在普通的臥式鏜床上采用調(diào)頭加工的方法很難達(dá)到技術(shù)要求，所以我們改進(jìn)思路，想方設(shè)法確保內(nèi)孔形位公差的準(zhǔn)確性及嚴(yán)謹(jǐn)性。

圖1 傳動(dòng)箱主軸孔加工尺寸圖

1.傳統(tǒng)加工工藝

工藝人員在公司現(xiàn)有加工設(shè)備（TPX611B/2）臥式鏜床的基礎(chǔ)上，根據(jù)機(jī)床參數(shù)和箱體長(zhǎng)度，設(shè)計(jì)了一種加長(zhǎng)鏜桿（見圖2），一端安裝在鏜床主軸上提供動(dòng)力，一端安裝在尾座套筒中起支撐作用，鏜桿按設(shè)計(jì)要求預(yù)留多個(gè)方孔用于安裝浮動(dòng)鏜刀，粗鏜時(shí)采用單刀進(jìn)給，工作臺(tái)載動(dòng)工件位移，快速去除大部分加工余量；精鏜時(shí)采用工序集中的方法，調(diào)整好鏜刀徑向尺寸后，一次裝夾完成1#～6#內(nèi)孔的精加工。

圖2

由于箱體兩端內(nèi)孔的最長(zhǎng)跨距已超過機(jī)床行程，尾座一端的7#內(nèi)孔需要調(diào)頭加工，要求操作者具有較高的技術(shù)素質(zhì)和操作本領(lǐng)，在整個(gè)安裝和找正過程中，既要保證加工精度，又要保證內(nèi)孔的形位公差。可以說傳統(tǒng)的加工工藝是可行的，但整機(jī)組裝時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)傳動(dòng)軸與箱體內(nèi)孔同軸度超差的問題，鉗工師傅需要對(duì)配合部位進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓窝泻托弈ィ拍軌蜓b配到位，在一定程度上影響整機(jī)精度和生產(chǎn)效率。

2.傳統(tǒng)工藝存在問題及原因分析

隨著三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x的普及應(yīng)用，客戶對(duì)裝備類產(chǎn)品的空間幾何精度提出了更高的要求，執(zhí)行傳統(tǒng)工藝加工的箱體內(nèi)孔，同軸度檢測(cè)數(shù)據(jù)明顯達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。分析原因，主要是工藝系統(tǒng)剛性不足，鏜桿重約200 kg，以鏜床主軸和尾座套筒為基準(zhǔn)形成兩點(diǎn)支撐，懸空跨度超過3 m，從理論上講，精鏜內(nèi)孔時(shí)，只要保證刀桿、主軸和尾座套筒處于同一軸線，就可以保證箱體內(nèi)孔之間的同軸度要求。問題恰恰出在這一步，刀桿在自身重力影響下，中間部位彎曲變形，旋轉(zhuǎn)切削時(shí)直接影響孔徑尺寸。鏜床主軸也因?yàn)榈稐U重量產(chǎn)生位置下移，這些外在因素疊加在一起，必然會(huì)造成較大的加工誤差。

調(diào)頭加工末端內(nèi)孔時(shí)，由于撤掉了加長(zhǎng)鏜桿，改用較短的內(nèi)孔鏜刀，主軸位置勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生回彈，鏜出的內(nèi)孔和其他內(nèi)孔之間產(chǎn)生明顯的同軸度偏差，初步檢測(cè)偏差值在0.2～0.4 mm左右，這就對(duì)整機(jī)裝配造成很大影響（當(dāng)然也存在個(gè)別現(xiàn)象，整個(gè)裝配累計(jì)誤差偶爾會(huì)抵消這部分誤差）。如果采用這種加工方法，內(nèi)孔同軸度很難達(dá)到圖樣要求，即使操作者憑經(jīng)驗(yàn)值，修正內(nèi)孔誤差，返工的幾率也會(huì)很大。對(duì)于這種大型箱體類工件，二次裝夾與找正都非常困難，返工不僅浪費(fèi)了設(shè)備資源，也不利于整個(gè)裝配效率的提升。

現(xiàn)在同行業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈，必須在產(chǎn)品質(zhì)量上提高檔次，才能在市場(chǎng)上立于不敗之地。這就需要我們不斷的摸索與創(chuàng)新，采用更為合理的加工方法，確保主軸孔的加工精度。

3.改進(jìn)工藝

通過以下三種方法改進(jìn)工藝的合理性：

（1）通過調(diào)整設(shè)備修正誤差。加工箱體內(nèi)孔時(shí)，還是采用加長(zhǎng)鏜桿，由鏜床主軸提供動(dòng)力，以尾座套筒形成架位支撐，試鏜一刀（各孔均留余量0.5 m m），測(cè)量幾處內(nèi)孔的實(shí)際尺寸，修正誤差值后，精鏜至成品尺寸，即可保證內(nèi)孔的同軸度和尺寸要求。調(diào)頭加工末端內(nèi)孔時(shí)，也要試鏜一刀，以加工完的6個(gè)內(nèi)孔為基準(zhǔn)，測(cè)量同軸度誤差，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)，調(diào)整鏜床主軸的正確位置，消除誤差后精鏜內(nèi)孔至成品要求。但此方法只能用于試制加工，批量加工時(shí)效率較低，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈化的今天，劣勢(shì)非常明顯。

（2）改進(jìn)鏜桿來實(shí)現(xiàn)工藝的合理性。總結(jié)以上加工經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際困難，工藝人員得出新的設(shè)想，鏜桿支撐點(diǎn)跨度太大，很容易彎曲變形，鏜桿重量集中在主軸上，也容易產(chǎn)生位置偏移。假如以兩處加工好的內(nèi)孔為基準(zhǔn)（即支撐架位）來支撐鏜桿（將鏜桿支撐跨距縮短為1.8 m），鏜床主軸主要提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，不再承受刀桿重量，通過浮動(dòng)鏜刀粗精加工其余各孔，這樣既能保證傳統(tǒng)工藝的執(zhí)行，又能符合圖樣的各項(xiàng)技術(shù)要求。設(shè)計(jì)時(shí)，為了能消除鏜床主軸在軸向的限制，抵消兩者之間的同軸度誤差，我們選用簡(jiǎn)單的萬向節(jié)結(jié)構(gòu)（見圖3）來實(shí)現(xiàn)各個(gè)方向的微調(diào)。

在鏜桿支撐架位的設(shè)置中，如果不能保證基準(zhǔn)孔位置的正確性，1#～7#內(nèi)孔很容易出現(xiàn)形位公差超差的情況。因此為了保證鏜桿與基準(zhǔn)孔中心的準(zhǔn)確性及配合的穩(wěn)定性，采用標(biāo)準(zhǔn)脹套加雙金屬滑套（見圖4）的形式，用來保證架子位的中心位置始終不動(dòng)（見圖5）。

圖4中雙金屬套由外套和內(nèi)套組成，整體熱裝后過盈配合0.02～0.04 mm，為避免劃傷鏜桿外圓，內(nèi)套使用錫青銅材料，為嚴(yán)格保證外圓與內(nèi)孔的同軸度要求，鑲裝前，外套與內(nèi)套均加長(zhǎng)20 mm。鑲裝后，夾持20 mm長(zhǎng)外圓找正，精車外圓和內(nèi)孔至成品尺寸，切斷后去平端面，即可滿足使用要求。

圖5中采用脹緊聯(lián)結(jié)套（標(biāo)準(zhǔn)件）將雙金屬套固定在箱體的基準(zhǔn)孔位置上，金屬套相對(duì)于工件內(nèi)孔的位置不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)時(shí)保證鏜桿的穩(wěn)定性，起到輔助支撐作用，可有效防止鏜桿的彎曲和下垂，提高工藝剛性。但這種方法也存在一種弊端，就是在粗精車各孔時(shí)，都是通過人為地調(diào)整浮動(dòng)鏜刀來保證內(nèi)孔尺寸要求，由于鏜桿沒有可調(diào)裝置，操作者只能利用敲打刀頭的方法來控制內(nèi)孔尺寸。這樣的原始加工方法對(duì)于粗加工尚且可以，精鏜內(nèi)孔則比較困難。需要對(duì)內(nèi)孔進(jìn)行反復(fù)的測(cè)量和校正，即使是有經(jīng)驗(yàn)的老師傅也要小心謹(jǐn)慎，很難保證內(nèi)孔尺寸的一致性。

（3）在第二種方法的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)精鏜微調(diào)功能。可調(diào)鏜刀一般由專業(yè)廠家生產(chǎn)，種類和規(guī)格很多，并且已形成標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)和模塊化組合。為了減少操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高加工精度，我們?cè)诂F(xiàn)有鏜桿的基礎(chǔ)上，選用合適的成形刀具和標(biāo)準(zhǔn)件，自己動(dòng)手改進(jìn)鏜桿的夾持結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)鏜刀的可調(diào)功能，取得了很好的使用效果。

圖 3

圖4 雙金屬套

圖5 裝配示意圖

如圖6所示，可調(diào)鏜刀由鏜桿（見圖7）、鏜刀（見圖8）、進(jìn)刀刻度螺釘（見圖9）、壓緊螺釘、強(qiáng)力拉簧和拉簧銷6部分組成。操作過程為：松動(dòng)夾緊螺栓，將刀體裝入鏜桿方孔，聯(lián)接拉簧，安裝銷體固定拉簧，然后正方向轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)刀刻度螺釘，使其頭部的錐圓與刀體錐孔配合，推動(dòng)刀體向前移動(dòng)，反方向轉(zhuǎn)動(dòng)螺釘，刀體在拉簧作用下向后移動(dòng)，從而達(dá)到調(diào)整刀尖橫向位置，控制內(nèi)孔尺寸的目的。螺釘旋轉(zhuǎn)一周上升或下降一個(gè)螺距（1.5 m m），螺釘與刀桿錐面配合的夾角為36°52′，按照三角函數(shù)計(jì)算（1.5 mm×tan36°52′=1 mm），如果進(jìn)刀螺釘刻度盤沿圓周等分為100格，則每轉(zhuǎn)過一格則刀尖可移動(dòng)0.01 mm,，基本上可以達(dá)到精鏜內(nèi)孔時(shí)的進(jìn)刀要求。

圖6 可調(diào)鏜刀結(jié)構(gòu)

圖7 鏜桿截面圖

圖8 鏜刀

圖9 進(jìn)刀刻度螺釘

為簡(jiǎn)化制作流程，鏜刀采用山特維克可樂滿刀桿改制而成（加工錐孔并焊接拉環(huán)），修磨刀桿四面和鏜桿方孔，控制兩者的配合間隙在0.03 mm左右，做到定位準(zhǔn)確，移動(dòng)靈活。進(jìn)刀刻度螺釘是可調(diào)鏜刀的關(guān)鍵部件，可采購(gòu)相近尺寸的刀具標(biāo)準(zhǔn)件。

改進(jìn)后的鏜桿可以用對(duì)刀儀預(yù)調(diào)，預(yù)調(diào)后的刀具尺寸必須控制在內(nèi)孔尺寸公差的中下限，并考慮因溫度和變形等因素，進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚脱a(bǔ)償。必須注意的是，刀尖的中心高度必須與鏜桿軸線平齊，為了確保刀尖移動(dòng)后的位置固定不動(dòng)，采用2個(gè)M16壓緊螺栓來固定刀頭相對(duì)位置。對(duì)刀前應(yīng)將壓緊螺釘輕輕松開，輕輕旋轉(zhuǎn)進(jìn)刀刻度螺釘，準(zhǔn)確無誤后再輪流鎖緊。改進(jìn)后的可調(diào)鏜桿完全可以滿足加工精度要求，另外，此鏜桿的成形刀頭還可以更換成滾壓刀，精鏜后對(duì)內(nèi)孔進(jìn)行滾壓光整加工，降低表面粗糙度質(zhì)量值和提高表面硬度，擴(kuò)展鏜桿的使用功能。

4.結(jié)語

通過批量加工及成品檢驗(yàn)，改進(jìn)后的加長(zhǎng)鏜桿取得了預(yù)期的效果。經(jīng)檢測(cè)，傳動(dòng)箱主軸孔精度真正達(dá)到設(shè)計(jì)要求，對(duì)以后因設(shè)備局限無法正常加工的多孔類箱體零件起到了很好的借鑒作用，為提高裝備類產(chǎn)品的整體質(zhì)量走出了一條新路。

[1]聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[2]王先逵.機(jī)械加工工藝手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

[3]劉勝新.五金大手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2012.