淺談超長跨距中心軸的加工工藝

陳榮君，呂俊

（中煤科工集團上海有限公司，上海 200030）

1 概述

在加工一些軸類零部件時，需要保證中心軸的兩端同軸度等形位公差要求，往往需要將零部件在大型的加工中心進行制作加工。大型數控機床制造加工能力毋庸置疑，但往往受限于機床本身最大加工能力，超長跨距中心軸往往在很難尋覓到適合的加工中心。即使在有加工條件的情況下，加工成本也往往偏高。因此，在編制加工工藝環節時，調整制作加工工序，通過單一部件的精度加工控制和有效的部件組裝工藝來保證原有加工精度，又能免去使用大型加工中心的制造環節。本文所闡述一種超長跨距軸的加工工藝正是通過這些有效手段來達到精度要求和節省成本的目的。

2 超長跨距中心軸的結構布局

本文介紹的是一種大型游樂設施的中心旋轉軸，其承擔的主要作用是通過一組類似桁架結構中空聯系梁，將兩端軸頭連接在一起，并在兩側布置一圈環向拉索座。該中心軸結構具有以下兩個特點：（1）兩端的軸頭和拉索座結構復雜。（2）軸端配合精度高。兩端軸頭由于結構受力的需要，采用了大量厚板的進行拼接，焊接量巨大，包含大量機加工孔和異形截面。因此在加工環節上，存在加工難度大，工序復雜。另外，超長軸體且軸端與回轉支承配合的形位公差。此部件原有制造工序需要大型加工中心來保證兩端軸承配合面同軸度等精度要求。在考慮的多種加工手段和可行性方案后，考慮采用分段加工，整體組裝的制造工藝，來免去大型數控機床的加工成本。中心軸結構見圖1。

圖1 超長跨距中心軸示意圖

3 部件制作

中心軸主要由軸頭、拉索座、中心芯軸等主要部件組成。

由于軸頭需要與其他零部件焊接，所有軸頭預加工尺寸需要留一定余量。軸頭的左右長度預留至少5mm余量，左側外徑預留6mm余量，內徑預留6mm余量。其余尺寸按照圖紙加工。

拉索座采用厚板壓制工藝，再拼接施焊組裝成型。復核出端板連接處的直徑，加工大端面和內徑，在大端面接近內圓處刻出圓周線。然后使用分規方法，在所刻圓周分出六等分，邊長為a。再以分規方法把邊長a內的圓弧七等分，邊長為b，也就是在圓周上畫出42等分線。再用鋼角尺把圓周上的點引伸到拉索座內圓壁上，用高度尺在內圓壁上畫出兩道高度線。一根高度線與一根引伸線的交點即為鉆空點。另外一條高度線和引伸線交點的中點為鉆孔點。再制作保持架，將拉索座豎起，底部外輪廓線保持水平位置。用橫臂鉆床或磁座鉆來加工拉索孔。

聯系梁框架采用六根縱向管為主體結構，中間配有六邊形圓管與縱向管連接，還有6根支撐管與中心芯軸連接，并在每組六邊形框架之間還配有固定板。如果將中心芯軸和外部6根縱向管與固定板先焊接固定，那六邊形的圓管支撐就無法卡進相對位置。因此考慮其他辦法來裝配縱向管、中心芯軸、固定板、支撐管這四部分。

制作一組半活動工裝，采用外側六組ф172mm,長200mm的縱向管模具在一塊2m見方的底板進行六等分布局后焊接定位，中間芯軸位置安裝一個定位塊，制作一根ф430直徑芯軸模具與定位塊連接，并且可與之拆卸。然后分段焊接每一個六邊形圓管和支撐管，將這部分的結構作為一個整體來進行制作。然后與六根縱向管、中心芯軸和固定板進行組裝焊接。

中心芯軸與軸頭之間有配合尺寸，一旦裝配到位后，不能再移動。

4 端部拼裝

將軸頭與拉索座進行局部拼裝焊接，應特別注意拉索座孔位與筋板位置關系。

（1）焊接組裝：組裝過程要充分考慮之前的余量，控制好各個相關尺寸鏈。保證后道精加工工序。（2）無損檢測：這一部分在焊接完成后，對相關焊縫進行無損探傷。（3）熱處理：這一部分由于整體尺寸不是很大，能夠滿足整體熱處理要求。（4）機加工：以預加工軸頭定位尺寸為基準，校核后加工所有配合面。見圖2。

圖2 軸端拼裝示意圖

5 中間段拼裝

中間聯系梁框架和中心芯軸作為一個部件進行焊接。將六邊形截面管和固定板依次套入縱向長管中進行焊接。中心芯軸與六邊形支撐管進行焊接。焊接時應注意對稱、交叉施焊，防止焊接變形過大。

6 整體組裝

將兩個端部和中間段進行整體拼裝焊接。首先將中間段抬高放平，在中間段的中心芯軸兩側安裝定位板，作為端部對接尺寸標識。將一個端部的軸頭從一側插入到中心芯軸，直至到定位板與軸頭端面間隙為0mm后施焊固定。另一側也按照此方法進行裝配焊接。

7 結語

超長跨距中心軸在加工制造工藝上有著不小難度，與原有卷筒型中心軸有著本質的區別，通過本文闡述的加工工藝，使得整個超長跨距中心軸能夠有效控制兩軸端的同軸度要求，在加工過程中軸頭加工部分與中間段分段制作，減少了加工制造成本和加工周期。希望本文對超長軸類零件的加工、制作帶來一定幫助。