謝軍， 李國榮

（中鋼集團(tuán)衡陽重型機(jī)械有限公司，湖南 衡陽 421002）

1 中空軸的機(jī)械設(shè)計原理分析

1.1 牙輪鉆機(jī)鉆孔原理

我們在分析中空軸的受力情況時，要先了解牙輪鉆機(jī)鉆孔原理。牙輪鉆機(jī)一般是在各種礦（巖）硬度為f4-20的大中型金屬露天礦（黑色和有色）及非金屬露天礦穿炮孔作業(yè)。

當(dāng)鉆架立起后，鉆架下部與主平臺用鎖銷軸鎖定鉆架，鉆架垂直地面處于可穿孔狀態(tài)。它利用旋轉(zhuǎn)沖擊來破碎巖石形成鉆孔，鉆機(jī)工作時，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動鉆具旋轉(zhuǎn)，通過鉆桿給鉆頭施加足夠大的軸壓力和回轉(zhuǎn)力矩，使鉆頭壓在巖石上，邊推進(jìn)邊回轉(zhuǎn)。為了保證鉆孔工作連續(xù)進(jìn)行，鉆機(jī)穿孔作業(yè)排碴由螺桿式壓縮機(jī)產(chǎn)生壓力風(fēng)，進(jìn)入主風(fēng)道，通過回轉(zhuǎn)減速機(jī)主中空軸內(nèi)部到鉆桿、穩(wěn)桿器、鉆頭，將碴沿孔壁與鉆桿之間間隙吹出到地面，如圖1所示。

圖1 牙輪鉆機(jī)鉆孔示意圖

1.2 中空軸在牙輪鉆機(jī)中的作用

牙輪鉆機(jī)工作時，主要是通過其回轉(zhuǎn)、加壓機(jī)構(gòu)使鉆具回轉(zhuǎn)鉆孔。牙輪鉆機(jī)通過回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)減速機(jī)的主中空軸與鉆具相連，用來回轉(zhuǎn)鉆具，并把電動機(jī)的扭矩和轉(zhuǎn)速傳遞給鉆頭。加壓機(jī)構(gòu)給鉆頭施加軸向壓力，使巖石破碎，如圖2所示。

1.3 中空軸材料及結(jié)構(gòu)

通過分析牙輪鉆機(jī)工作原理，根據(jù)中空軸的工作環(huán)境、工作條件、受載及應(yīng)力情況，選用了有高強(qiáng)度和高韌性以及有著優(yōu)良的綜合機(jī)械性能的35CrMoV合金鋼，該材料具有良好的切削性能和熱處理工藝性能。

中空軸的階梯設(shè)計從軸的右端向左依次安裝軸承、軸承座、齒輪、隔套、右端軸承、引風(fēng)壓蓋等零件。零件安裝以軸肩和隔套定位，中空設(shè)計便于壓力汽流通過，將破碎下來的巖石排至孔外。如圖3所示。

圖2 回轉(zhuǎn)減速機(jī)示意圖

圖3 中空軸零件圖

2 中空軸機(jī)械加工工藝方案

2.1 中空軸工藝性分析

機(jī)械加工的加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益，在很大程度上取決于所選用的工件毛坯。根據(jù)中空軸材料、結(jié)構(gòu)等特點，可采用鍛造方法制造毛坯。中空軸毛坯的尺寸及加工余量，可根據(jù)工藝手冊中的有關(guān)數(shù)據(jù)，再考慮毛坯鍛件及毛坯熱處理后表面的氧化層、裂紋、切削加工后的內(nèi)應(yīng)力等因素，可按中空軸毛坯工藝示意圖中的有關(guān)尺寸，毛坯余量選擇單邊在12～15mm之間比較合適。既能保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量，又能提高生產(chǎn)效率。

2.2 中空軸的加工工藝路線

（1）中空軸主要部位加工方法。中空軸φ70內(nèi)孔由φ100深孔鉆床鉆合圖，按工藝簡圖左端鏜為φ70H7×60作為工藝基準(zhǔn)。三處表面粗糙度為Ra1.6的軸承位置及左端花鍵外圓、φ206n6由磨床磨削加工外，其余各部內(nèi)、外徑和螺紋由車床車削。右端φ90孔車成φ90H7、左端φ164錐孔車成φ164H7錐孔作為磨削加工基準(zhǔn)。兩處花鍵軸由銑床銑合。

（2）中空軸的加工工藝路線。中空軸在單件小批量生產(chǎn)的條件下，加工工藝過程如下：鍛→熱處理→車劃→φ80車鉆→30車→熱處理→30車→100深孔鉆→30車→φ315外圓磨→φ600軸銑→30車→車劃→φ80車鉆→4米龍門銑→鉗。

圖4 機(jī)械加工工藝簡圖

（3）中空軸加工過程中定位基準(zhǔn)選擇。為保證零件的尺寸和形位精度，在加工過程中正確選擇定位基準(zhǔn)非常重要。軸類零件都是以軸的中心線作為設(shè)計基準(zhǔn)，軸類零件的加工一般采用中心孔作為定位基準(zhǔn)。中空軸為中心通空設(shè)計結(jié)構(gòu)，無法在零件本體上加工出中心孔，因此，還需借助內(nèi)孔配上悶板工具來實現(xiàn)軸的中心孔定位，以保證以后各工序有統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)，符合基準(zhǔn)重合與基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。中空軸各主要加工工序基準(zhǔn)選擇如下：（a）中空軸在粗車時，以兩端中心孔作為定位基準(zhǔn)；（b）在深孔鉆床上鉆深孔時，以粗加工后的外圓為定位基準(zhǔn)；（c）精車及磨削時，兩端內(nèi)孔配上悶板，以兩端悶板中心孔作為定位基準(zhǔn)；（d）銑兩處花鍵部及鍵槽時，均以精車后的外圓為定位基準(zhǔn)。

2.3 刀具及工裝量具

在生產(chǎn)加工過程中，為確保零件的尺寸精度及定位要求，有些工序需要專用的刀具及工裝量具，這些專用的刀具及工裝量具需在零件正常加工前準(zhǔn)備好。

深孔鉆工序鉆深孔時，需要深孔鉆頭及相應(yīng)長度的鉆桿；在車床工序車各部時需要端頭悶板、左端錐悶頭、左螺紋環(huán)規(guī)；在軸銑兩處花鍵時，需要花鍵銑刀、花鍵環(huán)規(guī)等刀具及工裝量具。其中端頭悶板與各配裝孔，設(shè)計過渡配合公差進(jìn)行加工，左端錐悶頭右加長與左端錐孔配車。

3 結(jié)語

本文通過對牙輪鉆機(jī)中空軸的機(jī)械加工進(jìn)行優(yōu)化，加工出的產(chǎn)品完全滿足技術(shù)要求和實際使用要求。

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