中間軸機加工工藝研究論文
摘要：對中間軸機加工的技術(shù)要求與特點進行了論述，從粗車、半精車、精車、檢驗等方面介紹了中間軸機加工工藝過程，同時分析了中間軸機加工中的難點問題。
1問題概述
中間軸位于主柴油機曲軸和螺旋槳軸之間，起傳遞主機功率至艉軸螺旋槳的作用，是船舶動力裝置軸系的重要部件之一[1]。某57000DWT散貨輪的中間軸質(zhì)量達(dá)8t，長度為6346mm，小端法蘭外徑為780mm，大端法蘭外徑為900mm，兩法蘭平面要求平面度在0.05mm以內(nèi)。中間軸軸承檔390-0.0450mm處的圓度、圓柱度、跳動量均要求在0.03mm以內(nèi)。針對如此高的要求，通過分析加工工藝，采用一夾一頂?shù)募庸し椒�，以增強中間軸的剛性。通過反復(fù)調(diào)頭和合理選用切削用量等方法來保證加工的技術(shù)要求。在精車好一段并調(diào)頭時，應(yīng)用φ25mm紫銅棒墊在已加工表面，保證中間軸的自由度，達(dá)到兩法蘭平面的平面度要求。
2技術(shù)要求與特點
中間軸加工技術(shù)要求如圖1所示。由圖1可以看出，中間軸軸承檔的長度為700mm，φ390-0.0450mm軸承檔部位的跳動量和兩法蘭平面的平面度加工要求比較高，此外，D處的三個圓弧連接要求光滑過渡。
3機加工工藝過程
中間軸的材料牌號為合金結(jié)構(gòu)鋼，毛坯種類為鍛件，采用C61160×8000mm普通車床，其機加工工藝過程[2-4]如下。
3.1粗車
夾住大端法蘭，尾架端用四爪卡盤夾小法蘭端，校正工件，車出中心架支撐點。用中心架托住工件，拆下尾架端四爪卡盤。車小法蘭端平面，打深50mm、φ25mm中心孔，車75°及120°保護錐，并車出深6mm、φ450mm平面內(nèi)臺階。車小法蘭端外徑至寬106mm、φ786mm，并確保另一端法蘭寬106mm后總長不小于6350mm。軸頸外徑各檔均放直徑余量5mm。工件下車檢驗符合要求后，調(diào)頭上車，夾牢已加工表面φ786mm外徑。以粗車時的方法校正，中心架托住工件，車削大平面并車出深6mm、φ450mm內(nèi)臺階。打深50mm、φ25mm中心孔，車75°及120°保護錐。用尾架頂住工件，拆除中心架，車φ906mm外徑，D放大處的圓弧粗車成形。工件下車，需進行自然時效處理，時效處理一般不短于120h。
3.2半精車
工件上車，采用一夾一頂?shù)姆椒�，半精車模板成形，表面粗糙度Ra均為6.3μm。工件調(diào)頭，重新裝夾后車寬104mm、φ783mm法蘭，總長為6348mm。工件下車后，為消除內(nèi)應(yīng)力，需進行自然時效處理，時效處理一般不短于72h。
3.3精車
繼續(xù)用一夾一頂?shù)姆椒庸�。夾頭腳處墊φ25mm紫銅棒。除軸承檔φ390mm處留0.15mm余量作拋光用外，其余均加工到圖紙要求尺寸。D放處大的圓弧用模板和百分表操作，來保證圓弧正確度，表面粗糙度用拋光來實現(xiàn)。φ390-0.0450mm處拋光到要求尺寸，表面粗糙度Ra為0.8μm。按圖紙要求檢驗外徑、長度、跳動量等，用磁粉探傷工件的各應(yīng)力集中處圓弧角部位。
4機加工工藝分析
以下對中間軸機加工工藝進行分析[5-6]。（1）為消除粗車、半精車后產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，保證工件的形狀精度，工藝過程中安排了兩次自然時效處理。（2）為保證軸的精度，在工藝過程中安排了粗車、半精車、精車，通過這些工序，逐步消除圓度誤差及兩平面的平面度誤差。（3）粗車到精車均采用一夾一頂?shù)募庸し椒�，用于提高工件的剛性。精車好一端調(diào)頭時，墊φ25mm紫銅棒，以保證工件的自由度。校正控制已加工好的外徑公差在0.03mm以內(nèi)，以確保兩平面的平面度及φ390-0.0450mm處的跳動量。（4）精車時要修正中心孔，以達(dá)到工件的圓度及兩平面的平面度要求。（5）精車φ390-0.0450mm軸頸后，為滿足表面粗糙度Ra為0.8μm這一要求，精車后留0.15mm余量，采用砂帶磨，并在車床上拋光。
5圓弧連接加工難點
由D放大處可知R34.65mm、R250.25mm、R962.5mm軸頸和法蘭平面過渡處是應(yīng)力集中處。三圓弧連接目的是增強工件的抗扭力，因此三圓弧連接的加工非常重要[7-9]。由于在C61160×8000mm普通車床上加工三圓弧連接有較多困難，因此一般都在數(shù)控車床上完成加工。對現(xiàn)有設(shè)備進行分析后，確認(rèn)加工R250.25mm、R962.5mm不用接刀，采用工藝裝備一次成形的加工方法，工藝裝備如圖2所示。先加工R34.65mm，后用模板精車一次成形R250.25mm、R962.5mm。操作過程為百分表與小拖板固定，模板夾具安裝在尾架上，百分表頭觸及模板圓弧處。車刀車削圓弧時，用大拖板自動走刀，小拖板手動，使百分表數(shù)值保持在0.02～0.03mm內(nèi)。精車好后用拋光方法來提高表面粗糙度，取得了較好的`效果。圖2工藝裝備
6檢驗
對于中間軸軸頸φ390-0.0450mm圓度的檢驗[9-10]，將百分表垂直放置在φ390-0.0450mm外徑表面上。旋轉(zhuǎn)工件一周，其最大徑向跳動數(shù)值不能大于0.03mm。分別檢查φ7800+0.05mm和φ9000+0.05mm，將百分表垂直放置兩外徑上，使工件旋轉(zhuǎn)一周，最大徑向跳動數(shù)值不能大于0.05mm。分別檢查法蘭平面的端面跳動量，將百分表平行放置于工件兩平面上，使工件旋轉(zhuǎn)一周，最大跳動數(shù)值不能大于0.05mm。
7結(jié)束語
筆者詳細(xì)介紹了在C61160×8000mm車床上加工57000DWT散貨輪中間軸的過程。基于現(xiàn)有設(shè)備，采用專用工藝裝備設(shè)計了一套模板和百分表相結(jié)合的操作方法，解決了三圓弧連接光滑過渡的問題。為消除工件的內(nèi)應(yīng)力，在粗、精加工之間安排兩次自然時效處理工藝，通過一系列工藝改進，保證了加工精度。
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