中间轴机加工工艺分析

2019-01-16朱达新

装备机械 2018年4期

□ 朱达新

1.江阴中等专业学校江苏无锡 214400

2.北京理工大学机械与车辆学院北京 100081

1 问题概述

中间轴位于主柴油机曲轴和螺旋桨轴之间，起传递主机功率至艉轴螺旋桨的作用，是船舶动力装置轴系的重要部件之一[1]。某57000DWT散货轮的中间轴质量达8 t，长度为6 346 mm，小端法兰外径为780 mm，大端法兰外径为900 mm，两法兰平面要求平面度在0.05 mm以内。中间轴轴承档mm处的圆度、圆柱度、跳动量均要求在0.03 mm以内。针对如此高的要求，通过分析加工工艺，采用一夹一顶的加工方法，以增强中间轴的刚性。通过反复调头和合理选用切削用量等方法来保证加工的技术要求。在精车好一段并调头时，应用φ25 mm紫铜棒垫在已加工表面，保证中间轴的自由度，达到两法兰平面的平面度要求。

2 技术要求与特点

中间轴加工技术要求如图1所示。由图1可以看出，中间轴轴承档的长度为700 mm，φmm轴承档部位的跳动量和两法兰平面的平面度加工要求比较高，此外，D处的三个圆弧连接要求光滑过渡。

3 机加工工艺过程

中间轴的材料牌号为合金结构钢，毛坯种类为锻件，采用C61160×8 000 mm普通车床，其机加工工艺过程[2-4]如下。

图1 中间轴加工示意图

3.1 粗车

夹住大端法兰，尾架端用四爪卡盘夹小法兰端，校正工件，车出中心架支撑点。用中心架托住工件，拆下尾架端四爪卡盘。车小法兰端平面，打深50 mm、φ25 mm中心孔，车 75°及 120°保护锥，并车出深6 mm、φ450 mm平面内台阶。

车小法兰端外径至宽106 mm、φ786 mm，并确保另一端法兰宽106 mm后总长不小于6 350 mm。轴颈外径各档均放直径余量5 mm。

工件下车检验符合要求后，调头上车，夹牢已加工表面φ786 mm外径。以粗车时的方法校正，中心架托住工件，车削大平面并车出深6 mm、φ450 mm内台阶。打深50 mm、φ25 mm中心孔，车75°及120°保护锥。

用尾架顶住工件，拆除中心架，车φ906 mm外径，D放大处的圆弧粗车成形。工件下车，需进行自然时效处理，时效处理一般不短于120 h。

3.2 半精车

工件上车，采用一夹一顶的方法，半精车模板成形，表面粗糙度Ra均为6.3 μm。工件调头，重新装夹后车宽104 mm、φ783 mm法兰，总长为6 348 mm。

工件下车后，为消除内应力，需进行自然时效处理，时效处理一般不短于72 h。

3.3 精车

继续用一夹一顶的方法加工。夹头脚处垫φ25 mm紫铜棒。除轴承档φ390 mm处留0.15 mm余量作抛光用外，其余均加工到图纸要求尺寸。D放处大的圆弧用模板和百分表操作，来保证圆弧正确度，表面粗糙度用抛光来实现。φmm处抛光到要求尺寸，表面粗糙度Ra为0.8 μm。按图纸要求检验外径、长度、跳动量等，用磁粉探伤工件的各应力集中处圆弧角部位。

4 机加工工艺分析

以下对中间轴机加工工艺进行分析[5-6]。

（1）为消除粗车、半精车后产生的内应力，保证工件的形状精度，工艺过程中安排了两次自然时效处理。

（2）为保证轴的精度，在工艺过程中安排了粗车、半精车、精车，通过这些工序，逐步消除圆度误差及两平面的平面度误差。

（3）粗车到精车均采用一夹一顶的加工方法，用于提高工件的刚性。精车好一端调头时，垫φ25 mm紫铜棒，以保证工件的自由度。校正控制已加工好的外径公差在0.03 mm以内，以确保两平面的平面度及mm处的跳动量。

（4）精车时要修正中心孔，以达到工件的圆度及两平面的平面度要求。

5 圆弧连接加工难点

由 D放大处可知 R34.65 mm、R250.25 mm、R962.5 mm轴颈和法兰平面过渡处是应力集中处。三圆弧连接目的是增强工件的抗扭力，因此三圆弧连接的加工非常重要[7-9]。由于在C61160×8 000 mm普通车床上加工三圆弧连接有较多困难，因此一般都在数控车床上完成加工。对现有设备进行分析后，确认加工R250.25 mm、R962.5 mm不用接刀，采用工艺装备一次成形的加工方法，工艺装备如图2所示。

先加工R34.65 mm，后用模板精车一次成形R250.25 mm、R962.5 mm。操作过程为百分表与小拖板固定，模板夹具安装在尾架上，百分表头触及模板圆弧处。车刀车削圆弧时，用大拖板自动走刀，小拖板手动，使百分表数值保持在0.02～0.03 mm内。精车好后用抛光方法来提高表面粗糙度，取得了较好的效果。