大型傳動箱主軸孔專用鏜桿設計

德州聯合石油機械有限公司（山東 253034）王宗雷 駱亞敏 龐文煥

近年來，隨著機械自動化技術的日新月異，裝備類產品朝著多樣化、多功能化方向發展，與之匹配的零部件制造精度越來越高。現有一種大型的傳動箱體（見圖1），內部結構較為復雜，主要由各種用途的同軸孔系組成。支撐傳動軸的7處內孔（1#、2#、4#、6#和7#孔均為；3#和5#孔為；7孔的同軸度要求≤φ0.05 mm）是加工的難點，相互之間的同軸度要求極為嚴格，必須控制在很小的公差范圍內。加工質量直接影響到最終的裝配精度，在普通的臥式鏜床上采用調頭加工的方法很難達到技術要求，所以我們改進思路，想方設法確保內孔形位公差的準確性及嚴謹性。

圖1 傳動箱主軸孔加工尺寸圖

1.傳統加工工藝

工藝人員在公司現有加工設備（TPX611B/2）臥式鏜床的基礎上，根據機床參數和箱體長度，設計了一種加長鏜桿（見圖2），一端安裝在鏜床主軸上提供動力，一端安裝在尾座套筒中起支撐作用，鏜桿按設計要求預留多個方孔用于安裝浮動鏜刀，粗鏜時采用單刀進給，工作臺載動工件位移，快速去除大部分加工余量；精鏜時采用工序集中的方法，調整好鏜刀徑向尺寸后，一次裝夾完成1#～6#內孔的精加工。

圖2

由于箱體兩端內孔的最長跨距已超過機床行程，尾座一端的7#內孔需要調頭加工，要求操作者具有較高的技術素質和操作本領，在整個安裝和找正過程中，既要保證加工精度，又要保證內孔的形位公差。可以說傳統的加工工藝是可行的，但整機組裝時經常出現傳動軸與箱體內孔同軸度超差的問題，鉗工師傅需要對配合部位進行適當的刮研和修磨，才能夠裝配到位，在一定程度上影響整機精度和生產效率。

2.傳統工藝存在問題及原因分析

隨著三坐標測量儀的普及應用，客戶對裝備類產品的空間幾何精度提出了更高的要求，執行傳統工藝加工的箱體內孔，同軸度檢測數據明顯達不到設計要求。分析原因，主要是工藝系統剛性不足，鏜桿重約200 kg，以鏜床主軸和尾座套筒為基準形成兩點支撐，懸空跨度超過3 m，從理論上講，精鏜內孔時，只要保證刀桿、主軸和尾座套筒處于同一軸線，就可以保證箱體內孔之間的同軸度要求。問題恰恰出在這一步，刀桿在自身重力影響下，中間部位彎曲變形，旋轉切削時直接影響孔徑尺寸。鏜床主軸也因為刀桿重量產生位置下移，這些外在因素疊加在一起，必然會造成較大的加工誤差。

調頭加工末端內孔時，由于撤掉了加長鏜桿，改用較短的內孔鏜刀，主軸位置勢必會產生回彈，鏜出的內孔和其他內孔之間產生明顯的同軸度偏差，初步檢測偏差值在0.2～0.4 mm左右，這就對整機裝配造成很大影響（當然也存在個別現象，整個裝配累計誤差偶爾會抵消這部分誤差）。如果采用這種加工方法，內孔同軸度很難達到圖樣要求，即使操作者憑經驗值，修正內孔誤差，返工的幾率也會很大。對于這種大型箱體類工件，二次裝夾與找正都非常困難，返工不僅浪費了設備資源，也不利于整個裝配效率的提升。

現在同行業之間的競爭越來越激烈，必須在產品質量上提高檔次，才能在市場上立于不敗之地。這就需要我們不斷的摸索與創新，采用更為合理的加工方法，確保主軸孔的加工精度。

3.改進工藝

通過以下三種方法改進工藝的合理性：

（1）通過調整設備修正誤差。加工箱體內孔時，還是采用加長鏜桿，由鏜床主軸提供動力，以尾座套筒形成架位支撐，試鏜一刀（各孔均留余量0.5 m m），測量幾處內孔的實際尺寸，修正誤差值后，精鏜至成品尺寸，即可保證內孔的同軸度和尺寸要求。調頭加工末端內孔時，也要試鏜一刀，以加工完的6個內孔為基準，測量同軸度誤差，根據檢測數據，調整鏜床主軸的正確位置，消除誤差后精鏜內孔至成品要求。但此方法只能用于試制加工，批量加工時效率較低，在市場競爭激烈化的今天，劣勢非常明顯。

（2）改進鏜桿來實現工藝的合理性。總結以上加工經驗和實際困難，工藝人員得出新的設想，鏜桿支撐點跨度太大，很容易彎曲變形，鏜桿重量集中在主軸上，也容易產生位置偏移。假如以兩處加工好的內孔為基準（即支撐架位）來支撐鏜桿（將鏜桿支撐跨距縮短為1.8 m），鏜床主軸主要提供旋轉動力，不再承受刀桿重量，通過浮動鏜刀粗精加工其余各孔，這樣既能保證傳統工藝的執行，又能符合圖樣的各項技術要求。設計時，為了能消除鏜床主軸在軸向的限制，抵消兩者之間的同軸度誤差，我們選用簡單的萬向節結構（見圖3）來實現各個方向的微調。

在鏜桿支撐架位的設置中，如果不能保證基準孔位置的正確性，1#～7#內孔很容易出現形位公差超差的情況。因此為了保證鏜桿與基準孔中心的準確性及配合的穩定性，采用標準脹套加雙金屬滑套（見圖4）的形式，用來保證架子位的中心位置始終不動（見圖5）。

圖4中雙金屬套由外套和內套組成，整體熱裝后過盈配合0.02～0.04 mm，為避免劃傷鏜桿外圓，內套使用錫青銅材料，為嚴格保證外圓與內孔的同軸度要求，鑲裝前，外套與內套均加長20 mm。鑲裝后，夾持20 mm長外圓找正，精車外圓和內孔至成品尺寸，切斷后去平端面，即可滿足使用要求。

圖5中采用脹緊聯結套（標準件）將雙金屬套固定在箱體的基準孔位置上，金屬套相對于工件內孔的位置不動，旋轉時保證鏜桿的穩定性，起到輔助支撐作用，可有效防止鏜桿的彎曲和下垂，提高工藝剛性。但這種方法也存在一種弊端，就是在粗精車各孔時，都是通過人為地調整浮動鏜刀來保證內孔尺寸要求，由于鏜桿沒有可調裝置，操作者只能利用敲打刀頭的方法來控制內孔尺寸。這樣的原始加工方法對于粗加工尚且可以，精鏜內孔則比較困難。需要對內孔進行反復的測量和校正，即使是有經驗的老師傅也要小心謹慎，很難保證內孔尺寸的一致性。

（3）在第二種方法的基礎上實現精鏜微調功能。可調鏜刀一般由專業廠家生產，種類和規格很多，并且已形成標準件生產和模塊化組合。為了減少操作者的勞動強度，提高加工精度，我們在現有鏜桿的基礎上，選用合適的成形刀具和標準件，自己動手改進鏜桿的夾持結構，實現鏜刀的可調功能，取得了很好的使用效果。

圖 3

圖4 雙金屬套

圖5 裝配示意圖

如圖6所示，可調鏜刀由鏜桿（見圖7）、鏜刀（見圖8）、進刀刻度螺釘（見圖9）、壓緊螺釘、強力拉簧和拉簧銷6部分組成。操作過程為：松動夾緊螺栓，將刀體裝入鏜桿方孔，聯接拉簧，安裝銷體固定拉簧，然后正方向轉動進刀刻度螺釘，使其頭部的錐圓與刀體錐孔配合，推動刀體向前移動，反方向轉動螺釘，刀體在拉簧作用下向后移動，從而達到調整刀尖橫向位置，控制內孔尺寸的目的。螺釘旋轉一周上升或下降一個螺距（1.5 m m），螺釘與刀桿錐面配合的夾角為36°52′，按照三角函數計算（1.5 mm×tan36°52′=1 mm），如果進刀螺釘刻度盤沿圓周等分為100格，則每轉過一格則刀尖可移動0.01 mm,，基本上可以達到精鏜內孔時的進刀要求。

圖6 可調鏜刀結構

圖7 鏜桿截面圖

圖8 鏜刀

圖9 進刀刻度螺釘

為簡化制作流程，鏜刀采用山特維克可樂滿刀桿改制而成（加工錐孔并焊接拉環），修磨刀桿四面和鏜桿方孔，控制兩者的配合間隙在0.03 mm左右，做到定位準確，移動靈活。進刀刻度螺釘是可調鏜刀的關鍵部件，可采購相近尺寸的刀具標準件。

改進后的鏜桿可以用對刀儀預調，預調后的刀具尺寸必須控制在內孔尺寸公差的中下限，并考慮因溫度和變形等因素，進行適當的修正和補償。必須注意的是，刀尖的中心高度必須與鏜桿軸線平齊，為了確保刀尖移動后的位置固定不動，采用2個M16壓緊螺栓來固定刀頭相對位置。對刀前應將壓緊螺釘輕輕松開，輕輕旋轉進刀刻度螺釘，準確無誤后再輪流鎖緊。改進后的可調鏜桿完全可以滿足加工精度要求，另外，此鏜桿的成形刀頭還可以更換成滾壓刀，精鏜后對內孔進行滾壓光整加工，降低表面粗糙度質量值和提高表面硬度，擴展鏜桿的使用功能。

4.結語

通過批量加工及成品檢驗，改進后的加長鏜桿取得了預期的效果。經檢測，傳動箱主軸孔精度真正達到設計要求，對以后因設備局限無法正常加工的多孔類箱體零件起到了很好的借鑒作用，為提高裝備類產品的整體質量走出了一條新路。

[1]聞邦椿.機械設計手冊[M].北京：機械工業出版社,2010.

[2]王先逵.機械加工工藝手冊[M].北京：機械工業出版社,2011.

[3]劉勝新.五金大手冊[M].北京：機械工業出版社,2012.