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论超长跨距中心轴的加工工艺

2022/01/04 阅读:

摘要:在加工一些轴类零部件时,需要保证中心轴的两端同轴度等形位公差要求,往往需要将零部件在大型的加工中心进行制作加工。大型数控机床制造加工能力毋庸置疑,但往往受限于机床本身最大加工能力,超长跨距中心轴往往很难寻觅到适合的加工中心。即使在有加工条件的情况下,加工成本也往往偏高。因此,在编制加工工艺环节时,调整制作加工工序,通过单一部件的精度加工控制和有效的部件组装工艺来保证原有加工精度,又能免去使用大型加工中心的制造环节。本文所阐述一种超长跨距轴的加工工艺正是通过这些有效手段来达到精度要求和节省成本的目的。

关键词:超长轴;加工工序;组装工序

1概述

在加工一些轴类零部件时,需要保证中心轴的两端同轴度等形位公差要求,往往需要将零部件在大型的加工中心进行制作加工。大型数控机床制造加工能力毋庸置疑,但往往受限于机床本身最大加工能力,超长跨距中心轴往往在很难寻觅到适合的加工中心。即使在有加工条件的情况下,加工成本也往往偏高。因此,在编制加工工艺环节时,调整制作加工工序,通过单一部件的精度加工控制和有效的部件组装工艺来保证原有加工精度,又能免去使用大型加工中心的制造环节。本文所阐述一种超长跨距轴的加工工艺正是通过这些有效手段来达到精度要求和节省成本的目的。

2超长跨距中心轴的结构布局

本文介绍的是一种大型游乐设施的中心旋转轴,其承担的主要作用是通过一组类似桁架结构中空联系梁,将两端轴头连接在一起,并在两侧布置一圈环向拉索座。该中心轴结构具有以下两个特点:(1)两端的轴头和拉索座结构复杂。(2)轴端配合精度高。两端轴头由于结构受力的需要,采用了大量厚板的进行拼接,焊接量巨大,包含大量机加工孔和异形截面。因此在加工环节上,存在加工难度大,工序复杂。另外,超长轴体且轴端与回转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来保证两端轴承配合面同轴度等精度要求。在考虑的多种加工手段和可行性方案后,考虑采用分段加工,整体组装的制造工艺,来免去大型数控机床的加工成本。中心轴结构见图1。

3部件制作

中心轴主要由轴头、拉索座、中心芯轴等主要部件组成。由于轴头需要与其他零部件焊接,所有轴头预加工尺寸需要留一定余量。轴头的左右长度预留至少5mm余量,左侧外径预留6mm余量,内径预留6mm余量。其余尺寸按照图纸加工。拉索座采用厚板压制工艺,再拼接施焊组装成型。复核出端板连接处的直径,加工大端面和内径,在大端面接近内圆处刻出圆周线。然后使用分规方法,在所刻圆周分出六等分,边长为a。再以分规方法把边长a内的圆弧七等分,边长为b,也就是在圆周上画出42等分线。再用钢角尺把圆周上的点引伸到拉索座内圆壁上,用高度尺在内圆壁上画出两道高度线。一根高度线与一根引伸线的交点即为钻空点。另外一条高度线和引伸线交点的中点为钻孔点。再制作保持架,将拉索座竖起,底部外轮廓线保持水平位置。用横臂钻床或磁座钻来加工拉索孔。联系梁框架采用六根纵向管为主体结构,中间配有六边形圆管与纵向管连接,还有6根支撑管与中心芯轴连接,并在每组六边形框架之间还配有固定板。如果将中心芯轴和外部6根纵向管与固定板先焊接固定,那六边形的圆管支撑就无法卡进相对位置。因此考虑其他办法来装配纵向管、中心芯轴、固定板、支撑管这四部分。制作一组半活动工装,采用外侧六组φ172mm,长200mm的纵向管模具在一块2m见方的底板进行六等分布局后焊接定位,中间芯轴位置安装一个定位块,制作一根φ430直径芯轴模具与定位块连接,并且可与之拆卸。然后分段焊接每一个六边形圆管和支撑管,将这部分的结构作为一个整体来进行制作。然后与六根纵向管、中心芯轴和固定板进行组装焊接。中心芯轴与轴头之间有配合尺寸,一旦装配到位后,不能再移动。

4端部拼装

将轴头与拉索座进行局部拼装焊接,应特别注意拉索座孔位与筋板位置关系。(1)焊接组装:组装过程要充分考虑之前的余量,控制好各个相关尺寸链。保证后道精加工工序。(2)无损检测:这一部分在焊接完成后,对相关焊缝进行无损探伤。(3)热处理:这一部分由于整体尺寸不是很大,能够满足整体热处理要求。(4)机加工:以预加工轴头定位尺寸为基准,校核后加工所有配合面。见图2。

5中间段拼装

中间联系梁框架和中心芯轴作为一个部件进行焊接。将六边形截面管和固定板依次套入纵向长管中进行焊接。中心芯轴与六边形支撑管进行焊接。焊接时应注意对称、交叉施焊,防止焊接变形过大。

6整体组装

将两个端部和中间段进行整体拼装焊接。首先将中间段抬高放平,在中间段的中心芯轴两侧安装定位板,作为端部对接尺寸标识。将一个端部的轴头从一侧插入到中心芯轴,直至到定位板与轴头端面间隙为0mm后施焊固定。另一侧也按照此方法进行装配焊接。

7结语

超长跨距中心轴在加工制造工艺上有着不小难度,与原有卷筒型中心轴有着本质的区别,通过本文阐述的加工工艺,使得整个超长跨距中心轴能够有效控制两轴端的同轴度要求,在加工过程中轴头加工部分与中间段分段制作,减少了加工制造成本和加工周期。希望本文对超长轴类零件的加工、制作带来一定帮助。

作者:陈荣君 吕俊 单位:中煤科工集团上海有限公司

论超长跨距中心轴的加工工艺

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