XY2型工程鉆軸加工工藝分析

李耀貴，李劍鈞

（廣東理工學(xué)院，廣東肇慶526100）

XY2型工程鉆軸加工工藝分析

李耀貴，李劍鈞

（廣東理工學(xué)院，廣東肇慶526100）

工程鉆軸是地質(zhì)鉆探中比較常見的一種鉆機(jī)，它的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是約1 m的長立軸，這樣可在硬度較高的巖石里面鉆出很長的垂直孔和傾斜孔。主要介紹了地質(zhì)鉆探中立軸的加工工藝、加工性能及加工的過程等，從材料的選擇、公差等級、加工路線和夾具等方面做了詳細(xì)的介紹，最后給出了工程鉆軸的總體制造工藝和整體結(jié)構(gòu)圖，對于進(jìn)一步研制工程鉆機(jī)很有價值。

立軸；機(jī)械加工；工藝分析

1 零件的分析

1.1 零件的作用

工程鉆機(jī)是地質(zhì)鉆探中比較常用的一種回轉(zhuǎn)式立軸鉆機(jī)，這種鉆機(jī)廣泛應(yīng)用于探礦、灌注樁、公路、水路、橋梁、交通、隧道、水利電力設(shè)施、城市公共設(shè)施、民用建筑、水井、港口碼頭、機(jī)場、預(yù)制樁施工、潛孔錘施工等的鉆探。

1.2 零件的工藝性分析[1，2]

該工程鉆機(jī)立軸，如圖1所示，其形狀特殊、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬于工程裝配主要的零件。因此，加工精度要求較高。整個零件的加工長度接近1 m，屬于細(xì)長軸零件，加工需要調(diào)頭才能完成，由左端階梯軸及外螺紋組成，而且右端不僅需要車床加工階梯軸、切槽，更需要用高精密加工設(shè)備加工六個面，整個件的加工工藝相對簡單，但零件精度要求較高，需用大型數(shù)控車床和數(shù)控龍門加工中心完成加工。

圖1 結(jié)構(gòu)圖

2 選擇毛坯材料并確定加工尺寸

2.1 毛坯材料的選擇要求

工程鉆機(jī)立軸在探鉆的過程中要承受各方向的沖擊載荷力的影響，所以為了增加鉆機(jī)的強(qiáng)度和韌度，獲得所要的物質(zhì)，毛坯材料選用45#鋼，加工后還需要進(jìn)行后熱處理。由于這個工程鉆機(jī)立軸的外表尺寸相對比較大，并且是批量生產(chǎn)，在考慮工程鉆機(jī)立軸的加工工藝后，最后確定鑄造毛坯尺寸為φ90×930 mm、內(nèi)孔為φ60 mm的圓管柱。

2.2 毛坯材料的公差尺寸和加工余量

2.2.1 尺寸公差的等級[4]

根據(jù)查公差表得到，工程鉆機(jī)立軸的公差等級要求相對較高。

2.2.2 鑄件質(zhì)量

首先根據(jù)圖紙和技術(shù)要求畫出立體圖，但立軸的質(zhì)量還無法確定，所以要分析立體（如圖2所示）。

圖2 立軸立體圖

求出立軸的質(zhì)量為

M＝12.4×103g（密度e取7g/cm3）

可先估算出立軸加工前材料毛坯的重量為

G=MG=12.4×9.8×103g=12×103g

2.2.3 材料形狀的復(fù)雜系數(shù)

分析工程鉆探機(jī)立軸的立體圖，可大概算出材料外輪廓的長、寬和高度，即L=927mm，B=Φ90 mm；該工程鉆機(jī)立軸鑄件的形狀復(fù)雜系數(shù)即形狀的復(fù)雜程度為：

S=mt/mn=12/（92×90×103）

≈12/8.66≈1.4

式中：mt為材料毛坯的重量；mn為外廓包容體的重量。

由于1.4介于1和2之間，故該工程鉆機(jī)立軸的形狀復(fù)雜系數(shù)屬S8級。

3 擬定加工工藝路線

3.1 選擇合適的基準(zhǔn)定位

要選擇合適的基準(zhǔn)，就要先分好精基準(zhǔn)和粗基準(zhǔn)，現(xiàn)先確定精基準(zhǔn)，然后再去確定粗基準(zhǔn)。

3.1.1 精基準(zhǔn)選用的原則[5]

為了保證匹配材料面的各種精度，選用三爪式吸盤夾緊，尋找出合適的工件端面軸線和軸心線，并決定工件的粗精加工基準(zhǔn)。以這種方式，它不僅符合統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)的一致原則，而且也有利于生產(chǎn)力的提高。定位基準(zhǔn)簡圖見圖3.

圖3 定位基準(zhǔn)簡圖

3.1.2 粗基準(zhǔn)的選擇原則

粗基準(zhǔn)選用以下原則：重要表面原則、非加工表面原則、最小加工余量原則和不重復(fù)使用原則。根據(jù)粗基準(zhǔn)的選擇原則，選擇外圓軸mm的外表面和立軸鉆頭右端的表面作為選用的粗基準(zhǔn)。在加工后調(diào)頭采用工程鉆機(jī)立軸頭左端面作粗基準(zhǔn)加工左端面，然后再進(jìn)行銑床加工是選擇外圓軸mm面作為粗基準(zhǔn)，為后面的加工工序做好精基準(zhǔn)的準(zhǔn)備。

3.2 加工工藝路線

擬定加工工藝就是提出了工藝規(guī)劃的總體布局，包含：處理方法、處理階段、集中和分散的決策過程、安排加工順序、檢查和其他輔助過程（去打磨、去刺、倒角等）。它不僅影響加工的效率和質(zhì)量，并影響工人的身體情況，投資的設(shè)備、空間的大小、生產(chǎn)的成本等。

3.2.1 劃分加工工序

由于工程探鉆機(jī)立軸加工高質(zhì)量的要求，所以處理階段可以分為粗加工和精加工階段，在初始階段，首先要準(zhǔn)備好工程鉆機(jī)的精基準(zhǔn)，使后續(xù)過程可以參考定位使用這個精基準(zhǔn)，保證加工的精度和保證表面其他需求；然后工程鉆機(jī)粗車削端面的垂直軸。在做精加工后，完成后在對工程鉆機(jī)立軸螺紋進(jìn)行加工。

3.2.2 安排加工工序順序[6]

（1）加工工序的選擇

采用“先基準(zhǔn)后其他”的原則，要先加工精基準(zhǔn)就是鉆機(jī)右端的面mm；基于“先粗加工后精加工”的原則，首先安排粗加工過程工序，然后再安排精加工過程；基于“先主加工后次加工”的原則，首選加工工程鉆機(jī)的外圓表面mm，然后再加工次表面也就是螺紋孔M72×2 mm；基于“先面加工然后孔加工”的原則，要先加工鉆軸端面，然后再加工孔。

（2）材料熱處理

成型后，成型切邊，并調(diào)質(zhì)，HBS定性的硬度為241~285，再酸洗，噴丸。噴丸加工可以提高表面質(zhì)量，增加材料的耐磨性，消除粗糙表面脫碳和機(jī)械加工的不良影響。在工序140后增加熱處理，最后得出：工程鉆機(jī)立軸。

（3）輔助工序

工程鉆機(jī)粗加工后，再熱處理，還要矯直所分配的工序；半精加工后，還要去毛刺和中間檢驗(yàn)；完成后，再去毛刺，清洗和最后檢查工作。

總之，工程探鉆機(jī)立軸加工過程的安排順序?yàn)椋孩贁?shù)據(jù)處理；②主要表面粗加工和一些粗加工余量大的表面；③主要表面半精加工和次要表面處理；④主要表面精加工；⑤熱處理。

4 總結(jié)

根據(jù)上邊的介紹，可以得出總體的制造工藝，加工就能得到比較好的產(chǎn)品。

基于機(jī)械工程鉆軸的制造工藝設(shè)計(jì)，在機(jī)械制造過程中的規(guī)劃設(shè)計(jì)、論證方案、余量加工的計(jì)算，確定工序尺寸，編制技術(shù)文件和技術(shù)文件的檢查等做了一個綜合訓(xùn)練，初步形成了設(shè)計(jì)一個比較復(fù)雜的零件的工藝規(guī)程能力，為以后打下良好的基礎(chǔ)。

[1]李世忠.鉆探工藝學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1992.

[2]孟凡力.數(shù)控車削幾何仿真系統(tǒng)研究[D].大連：大連鐵道學(xué)院，2003.

[3]陳旭東.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

[4]賀立軍.新型全液壓多功能錨桿鉆機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)，2010.

[5]楊叔子.機(jī)械加工工藝師手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[6]鄭敬超.車銑數(shù)控加工精度分布規(guī)律的研究[D].沈陽：東北大學(xué)，2008.

Processing Technology Analysis of XY2 Type Engineering Drilling Shaft

LI Yao-gui，LI Jian-jun
（Guangdong Polytechnic College，Zhaoqing Guangdong 526100，China）

The engineering drilling shaft is a kind of common drilling in geological drilling，rotary mechanism it is about a metre long vertical shaft，this vertical hole drilled in the high hardness of the rock inside very long and inclined hole.This paper mainly introduces the processing technology of vertical geological exploration drilling，machining performance and machining process，from material selection，tolerance，processing route and fixture aspects are described in detail，finally gives the engineering drilling shaft overall manufacturing process，for further research for engineering drill is very valuable.

vertical shaft；mechanical processing；technology analysis

TF306；TE922

A

1672-545X（2016）11-0141-02

2016-08-23

李耀貴（1979-），男，廣東湛江人，講師，在職研究生，研究方向：機(jī)械工程。