牙輪鉆機中空軸的機械加工工藝分析

謝軍， 李國榮

（中鋼集團衡陽重型機械有限公司，湖南 衡陽 421002）

1 中空軸的機械設計原理分析

1.1 牙輪鉆機鉆孔原理

我們在分析中空軸的受力情況時，要先了解牙輪鉆機鉆孔原理。牙輪鉆機一般是在各種礦（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。

當鉆架立起后，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。它利用旋轉沖擊來破碎巖石形成鉆孔，鉆機工作時，回轉機構帶動鉆具旋轉，通過鉆桿給鉆頭施加足夠大的軸壓力和回轉力矩，使鉆頭壓在巖石上，邊推進邊回轉。為了保證鉆孔工作連續進行，鉆機穿孔作業排碴由螺桿式壓縮機產生壓力風，進入主風道，通過回轉減速機主中空軸內部到鉆桿、穩桿器、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 牙輪鉆機鉆孔示意圖

1.2 中空軸在牙輪鉆機中的作用

牙輪鉆機工作時，主要是通過其回轉、加壓機構使鉆具回轉鉆孔。牙輪鉆機通過回轉機構減速機的主中空軸與鉆具相連，用來回轉鉆具，并把電動機的扭矩和轉速傳遞給鉆頭。加壓機構給鉆頭施加軸向壓力，使巖石破碎，如圖2所示。

1.3 中空軸材料及結構

通過分析牙輪鉆機工作原理，根據中空軸的工作環境、工作條件、受載及應力情況，選用了有高強度和高韌性以及有著優良的綜合機械性能的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、引風壓蓋等零件。零件安裝以軸肩和隔套定位，中空設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 回轉減速機示意圖

圖3 中空軸零件圖

2 中空軸機械加工工藝方案

2.1 中空軸工藝性分析

機械加工的加工質量、生產效率和經濟效益，在很大程度上取決于所選用的工件毛坯。根據中空軸材料、結構等特點，可采用鍛造方法制造毛坯。中空軸毛坯的尺寸及加工余量，可根據工藝手冊中的有關數據，再考慮毛坯鍛件及毛坯熱處理后表面的氧化層、裂紋、切削加工后的內應力等因素，可按中空軸毛坯工藝示意圖中的有關尺寸，毛坯余量選擇單邊在12～15mm之間比較合適。既能保證產品的加工質量，又能提高生產效率。

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。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、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。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 機械加工工藝簡圖

（3）中空軸加工過程中定位基準選擇。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非常重要。軸類零件都是以軸的中心線作為設計基準，軸類零件的加工一般采用中心孔作為定位基準。中空軸為中心通空設計結構，無法在零件本體上加工出中心孔，因此，還需借助內孔配上悶板工具來實現軸的中心孔定位，以保證以后各工序有統一的定位基準，符合基準重合與基準統一原則。中空軸各主要加工工序基準選擇如下：（a）中空軸在粗車時，以兩端中心孔作為定位基準；（b）在深孔鉆床上鉆深孔時，以粗加工后的外圓為定位基準；（c）精車及磨削時，兩端內孔配上悶板，以兩端悶板中心孔作為定位基準；（d）銑兩處花鍵部及鍵槽時，均以精車后的外圓為定位基準。

2.3 刀具及工裝量具

在生產加工過程中，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備好。

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

3 結語

本文通過對牙輪鉆機中空軸的機械加工進行優化，加工出的產品完全滿足技術要求和實際使用要求。

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