淺談超長(zhǎng)跨距中心軸的加工工藝

陳榮君，呂俊

（中煤科工集團(tuán)上海有限公司，上海 200030）

1 概述

在加工一些軸類零部件時(shí)，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(jìn)行制作加工。大型數(shù)控機(jī)床制造加工能力毋庸置疑，但往往受限于機(jī)床本身最大加工能力，超長(zhǎng)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(huán)節(jié)時(shí)，調(diào)整制作加工工序，通過(guò)單一部件的精度加工控制和有效的部件組裝工藝來(lái)保證原有加工精度，又能免去使用大型加工中心的制造環(huán)節(jié)。本文所闡述一種超長(zhǎng)跨距軸的加工工藝正是通過(guò)這些有效手段來(lái)達(dá)到精度要求和節(jié)省成本的目的。

2 超長(zhǎng)跨距中心軸的結(jié)構(gòu)布局

本文介紹的是一種大型游樂(lè)設(shè)施的中心旋轉(zhuǎn)軸，其承擔(dān)的主要作用是通過(guò)一組類似桁架結(jié)構(gòu)中空聯(lián)系梁，將兩端軸頭連接在一起，并在兩側(cè)布置一圈環(huán)向拉索座。該中心軸結(jié)構(gòu)具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：（1）兩端的軸頭和拉索座結(jié)構(gòu)復(fù)雜。（2）軸端配合精度高。兩端軸頭由于結(jié)構(gòu)受力的需要，采用了大量厚板的進(jìn)行拼接，焊接量巨大，包含大量機(jī)加工孔和異形截面。因此在加工環(huán)節(jié)上，存在加工難度大，工序復(fù)雜。另外，超長(zhǎng)軸體且軸端與回轉(zhuǎn)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(lái)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(lái)免去大型數(shù)控機(jī)床的加工成本。中心軸結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 超長(zhǎng)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(yù)加工尺寸需要留一定余量。軸頭的左右長(zhǎng)度預(yù)留至少5mm余量，左側(cè)外徑預(yù)留6mm余量，內(nèi)徑預(yù)留6mm余量。其余尺寸按照?qǐng)D紙加工。

拉索座采用厚板壓制工藝，再拼接施焊組裝成型。復(fù)核出端板連接處的直徑，加工大端面和內(nèi)徑，在大端面接近內(nèi)圓處刻出圓周線。然后使用分規(guī)方法，在所刻圓周分出六等分，邊長(zhǎng)為a。再以分規(guī)方法把邊長(zhǎng)a內(nèi)的圓弧七等分，邊長(zhǎng)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(diǎn)引伸到拉索座內(nèi)圓壁上，用高度尺在內(nèi)圓壁上畫出兩道高度線。一根高度線與一根引伸線的交點(diǎn)即為鉆空點(diǎn)。另外一條高度線和引伸線交點(diǎn)的中點(diǎn)為鉆孔點(diǎn)。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(lái)加工拉索孔。

聯(lián)系梁框架采用六根縱向管為主體結(jié)構(gòu)，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(wú)法卡進(jìn)相對(duì)位置。因此考慮其他辦法來(lái)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(dòng)工裝，采用外側(cè)六組ф172mm,長(zhǎng)200mm的縱向管模具在一塊2m見方的底板進(jìn)行六等分布局后焊接定位，中間芯軸位置安裝一個(gè)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(gè)六邊形圓管和支撐管，將這部分的結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體來(lái)進(jìn)行制作。然后與六根縱向管、中心芯軸和固定板進(jìn)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(dòng)。

4 端部拼裝

將軸頭與拉索座進(jìn)行局部拼裝焊接，應(yīng)特別注意拉索座孔位與筋板位置關(guān)系。

（1）焊接組裝：組裝過(guò)程要充分考慮之前的余量，控制好各個(gè)相關(guān)尺寸鏈。保證后道精加工工序。（2）無(wú)損檢測(cè)：這一部分在焊接完成后，對(duì)相關(guān)焊縫進(jìn)行無(wú)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(jī)加工：以預(yù)加工軸頭定位尺寸為基準(zhǔn)，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(lián)系梁框架和中心芯軸作為一個(gè)部件進(jìn)行焊接。將六邊形截面管和固定板依次套入縱向長(zhǎng)管中進(jìn)行焊接。中心芯軸與六邊形支撐管進(jìn)行焊接。焊接時(shí)應(yīng)注意對(duì)稱、交叉施焊，防止焊接變形過(guò)大。

6 整體組裝

將兩個(gè)端部和中間段進(jìn)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(cè)安裝定位板，作為端部對(duì)接尺寸標(biāo)識(shí)。將一個(gè)端部的軸頭從一側(cè)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(cè)也按照此方法進(jìn)行裝配焊接。

7 結(jié)語(yǔ)

超長(zhǎng)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(zhì)的區(qū)別，通過(guò)本文闡述的加工工藝，使得整個(gè)超長(zhǎng)跨距中心軸能夠有效控制兩軸端的同軸度要求，在加工過(guò)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(duì)超長(zhǎng)軸類零件的加工、制作帶來(lái)一定幫助。