程 濤 張金生 茍羅成 龍小平

(二重(德陽(yáng))重型裝備有限公司，四川618000)

電機(jī)軸作為水電項(xiàng)目的關(guān)鍵部件，具有體積大、精度高的特征。目前公司加工的電機(jī)軸最大直徑為?2250 mm，長(zhǎng)度5400 mm，重量約50 t，端面跳動(dòng)和徑向跳動(dòng)要求值為0.02 mm。本文以某電機(jī)軸為例，對(duì)該類產(chǎn)品的加工方案進(jìn)行說(shuō)明。

1 該類工件的加工難點(diǎn)

從工件圖紙要求進(jìn)行分析，該件的形位公差基準(zhǔn)為工件兩端內(nèi)止口，所以需要兩端內(nèi)止口(A、B基準(zhǔn))和端面、外圓一次性加工才能完全符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求(工件模型見圖1)。

由于立車精度普遍無(wú)法滿足跳動(dòng)要求，因此通常該類主軸采用臥車加工，加工方案為采用“一夾一托”的方式，即先加工完外圓和一端后，調(diào)頭加工另一端，采用間接控制的方式保證圖紙要求。但該方法需要制作合適的靜壓中心架，費(fèi)用非常高，而且找正時(shí)難度相當(dāng)大。因此要批量加工，必須尋求一種更加高效的加工方案。

2 加工方案論證

2.1 配堵方案

兩端焊接中心堵是最方便、最簡(jiǎn)潔的方案(見圖2)。工裝成本最低，僅需兩塊鋼板即可。只要焊接牢固，一次性可完成所有部位加工，且焊接中心堵剛性好，工件精度容易保證。

該方案的主要思路是：

在兩端內(nèi)孔非加工面預(yù)留加工余量，避開A、B止口加工位置，焊接中心堵，中心堵需加長(zhǎng)，以便床頭和床尾加工端面和內(nèi)止口面。待所有部位加工完成后，拆除中心堵，上立車完成內(nèi)孔加工，最終完成工件的加工。

但焊接的缺點(diǎn)也非常明顯：

(1)在加工完成后，拆除中心堵時(shí)，焊接應(yīng)力對(duì)工件精度影響無(wú)法預(yù)測(cè)。一旦發(fā)生變形，無(wú)法修復(fù)。

(2)精加工完成后，上立車完成內(nèi)孔非加工面多余余量的加工，容易發(fā)生磕碰、劃傷等風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 工件模型Figure 1 Workpiece model

圖2 中心堵方案圖Figure 2 Diagram of center block scheme

2.2 芯軸方案

芯軸方案(見圖3)，通過(guò)在工件內(nèi)部穿芯軸裝置即可滿足外圓、端面及兩端內(nèi)止口一次性加工完成，效率較高。

該方案的主要思路是：

在芯軸上安裝支撐盤，通過(guò)在支撐盤上的可調(diào)支撐進(jìn)行同軸度調(diào)節(jié)，調(diào)整好后，通過(guò)調(diào)節(jié)螺母和鎖緊螺母進(jìn)行固定。軸向定位主要靠可調(diào)支撐的預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力來(lái)保證。

芯軸完全可提前磨削兩段架口和測(cè)量基準(zhǔn)帶，一旦兩頂裝夾無(wú)法滿足精度要求，可采用雙托進(jìn)行加工。

芯軸裝置安裝好后，可上臥車進(jìn)行兩頂裝夾加工。通過(guò)兩頂裝夾，可一次性完成所有外圓、端面和內(nèi)止口的加工。

圖3 芯軸加工方案圖Figure 3 Diagram of mandrel machining scheme

但該方案也有一定的風(fēng)險(xiǎn)，具體如下：

該方案可通過(guò)內(nèi)部支撐固定工件，但由于軸向無(wú)定位，緊靠徑向頂緊力產(chǎn)生的摩擦力來(lái)限制軸向定位，而工件和芯軸無(wú)法完全同軸，工件有一定的離心力，在長(zhǎng)時(shí)間加工過(guò)程中可調(diào)支撐有松動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。一旦軸向發(fā)生松動(dòng)，端面全跳動(dòng)0.02 mm將無(wú)法滿足圖紙要求。

可調(diào)支撐的鎖緊螺母也可能在長(zhǎng)時(shí)間的加工過(guò)程中發(fā)生松動(dòng)，從而影響兩端內(nèi)止口的圓跳動(dòng)。

最大風(fēng)險(xiǎn)為，局部精加工完成后，可調(diào)支撐發(fā)生松動(dòng)，將無(wú)法調(diào)整至加工前狀態(tài)。例如：在完成外圓、一端端面和內(nèi)止口后，發(fā)生松動(dòng)，加工完成的內(nèi)止口將無(wú)法再調(diào)整至加工時(shí)的狀態(tài)，端跳、圓跳動(dòng)將超差。

3 方案驗(yàn)證

在實(shí)踐中對(duì)比發(fā)現(xiàn)，芯軸方案效率更高，安全性更好。通過(guò)采用芯軸裝置，該類產(chǎn)品平均精加工周期為一周，所有形位公差完全滿足圖紙要求，該批次一共7件全部一次性通過(guò)用戶聯(lián)檢。

該裝置在使用中一定要監(jiān)測(cè)芯軸裝置的穩(wěn)定性，防止部件松動(dòng)造成質(zhì)量事故，利用精加工余量充分檢驗(yàn)，完全穩(wěn)定后方能進(jìn)行最終精加工。

(1)螺母防松

由于受工件偏心等影響，工件處于交變狀態(tài)。長(zhǎng)時(shí)間加工必定會(huì)影響鎖緊螺母的穩(wěn)定性。

通過(guò)加工實(shí)驗(yàn)證明，無(wú)論在上機(jī)床前預(yù)緊多大力，在粗加工后甚至是在試轉(zhuǎn)過(guò)程中都會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)。必須再次預(yù)緊方能消除間隙，滿足圖紙精度要求。

為增加鎖緊螺母的接觸面，將預(yù)緊螺母進(jìn)行了改制(見圖4)。改制后接觸面增大，有效防止了螺桿的松動(dòng)。

(a)改前(b)改后

(2)支撐盤防松

支撐盤必須與芯軸之間使用鍵定位，再采用焊接的方式加固，從而避免工件旋轉(zhuǎn)過(guò)程的離心力，尤其是啟停過(guò)程的慣性力影響整個(gè)裝置的穩(wěn)定性和精度。

(3)測(cè)量

受芯軸干涉，工件兩端內(nèi)止口尺寸(即A、B基準(zhǔn))，無(wú)法直接使用內(nèi)徑千分尺測(cè)量，采用間接測(cè)量方式誤差較大。此處可以對(duì)外徑千分尺進(jìn)行改制，具體改制簡(jiǎn)圖見圖5。

圖5 改制后的測(cè)量工具Figure 5 Restructured measuring tool

該方案主要是利用外徑千分尺的尺弓，繞過(guò)芯軸，直接對(duì)內(nèi)孔進(jìn)行測(cè)量。盡量選用進(jìn)口量具。進(jìn)口量具質(zhì)量輕，方便操作，同時(shí)變形小，測(cè)量精度高。

4 應(yīng)用推廣

在加工某公司電機(jī)軸時(shí)，采用常用靜壓架一夾一托加工。由于工件尺寸較小，機(jī)床床頭跳動(dòng)對(duì)整個(gè)工件影響較大，首件歷時(shí)2周才完成加工。采用芯軸方案后，僅用時(shí)5天完成全部精車，還避免了外圓架口磨損引起的外觀質(zhì)量問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，工件越小，芯軸裝置在加工過(guò)程中穩(wěn)定性越好，加工效率越高。工件越大，需要的輔助時(shí)間越多。以上事實(shí)說(shuō)明，芯軸方案加工中小件水電主軸是完全可行的。

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)加工實(shí)踐證明，采用芯軸加工方案加工常規(guī)水電主軸，完全能滿足精度要求并且大幅提升加工效率。該芯軸裝置已獲國(guó)家專利[1]。