利用工装加工细长轴

周同利 徐钰琨

（①阿尔斯通四洲电力设备（青岛）有限公司，山东青岛 266317；②山东科技职业学院，山东潍坊 261000）

利用工装加工细长轴

周同利①徐钰琨②

（①阿尔斯通四洲电力设备（青岛）有限公司，山东青岛 266317；②山东科技职业学院，山东潍坊 261000）

针对大长径比（112.16）细长轴制定专门工装布置形式和加工制造工艺，解决了关键件大长径比细长轴的加工制造难题。

细长轴 长径比 加工工艺 新工艺

阿尔斯通四洲电力设备（青岛）有限公司在为某船厂加工高速船传动轴时，遇到大长径比细长轴（图1）加工问题。该轴不同于一般的细长轴，轴外径φ73 mm，长8 188 mm，长径比为 112.16，材料为 34CrNiMo特种合金钢。根据设计要求，该轴在满足使用性能的基础上，质量尽可能轻，以减小高速船自身质量，达到高航速要求。所以该轴轴径很细，采用高强度合金钢材料，满足设计使用过程中的强度、刚度等力学性能。

1 制定加工工艺

该轴轴径很细，长度很长，挠曲度很大，轴直径外圆处有3处铜套轴承支撑结构，其圆柱度允许误差为0.01 mm，圆跳动允许误差为0.12 mm。用一般常规加工方法加工，圆柱度和圆跳动严重超差，根本满足不了图纸设计要求。

根据CB＊228－86船舶轴系检验标准：（1）每档的径向圆跳动数值为测量校表上最大与最小两读数之差，校表应水平径向安装。（2）轴校验时，不设中间支承，当轴长与轴径之比（L/D）超过35而校验明显有困难时，准许在轴中间部分托一只活动的、上盖松掉的中间支承；当L/D超过100时，轴中间可考虑托两只松掉上盖的中间支承，其位置最好与实际船的轴承位置相一致。

长径比大于35属难加工零件，长径比超过100的细长轴为非常难加工的零件，检验时需有2处辅助支撑，用百分表检测，圆柱度和圆跳动公差应符合图纸设计要求。由于检测方法的不同，其定位支撑位置和加工时使用的支撑位置不一致，检测结果很难达到图纸设计要求，而且，多次检测的结果也不一样（由于定位基准点不一致）。因此，即使加工的轴符合图纸设计要求，但是，在检测时所采用定位基准和辅助支撑位置点不一致，导致检测出的数据也不符合设计要求。

以前从来没有遇到此类问题，为此有关技术人员研究分析，寻找解决问题的方案，经过多种方案的研究、讨论、分析，确定可行性方案，再经过试制，制定大长径比细长轴加工工艺。

大长径比细长轴加工工装布置如图2。具体工艺内容如下：

（1）装夹方式：轴车削加工安排在车床SU63A上进行，机床可加工工件长度12 m，装夹方式如图2所示，头部采用卡盘装夹（精加工时头部采用顶尖顶），尾部用顶尖顶，中间安排2个辅助中心支撑架支撑（辅助支撑处轴外圆加装轴套，轴套再与支撑架接触），采用“一夹（顶）、二辅助支撑、一顶”的过定位装夹方式，主要是保持系统刚性，减小变形量，而且，辅助支撑布置形式同标准检验形式相同，这样加工完成后，直接在车床上检验，基准统一，检验方便合理，避免以后检验因采用的定位基准不同带来的误差。

（2）粗车：粗车轴各外圆尺寸，均留5 mm加工余量，可分几次加工完成，在每次掉头装夹前均优先修车中心架支撑位置处的轴外圆尺寸，确保基准有较高的精度。

（3）吊装：如图3，用一长槽钢做工装，用吊钩吊住槽钢，槽钢的两头均用绳索吊起轴，确保平行吊装，减小吊装中的变形。

（4）时效处理：轴平放在车间零件支架上，放置约30 d，进行自然时效处理，消除原材料毛坯及加工过程中产生的内应力，减小变形量。

（5）试精车：考虑工件的重要性及加工难度，确保最终加工符合设计要求，在精加工前进行试精车，各外圆尺寸留2 mm下次精加工余量。但是，选定中间部位作为样板，外圆尺寸在加大2 mm的基础上，中间部位尺寸的公差要求、圆跳动和圆柱度、粗糙度要求均严格按照图纸设计要求和操作工艺规程进行加工。

（6）试检验：松开中心支撑架的上部，此时的装夹方式：①头部用卡盘装夹；②中间安排2个辅助中心支撑架支撑；③尾部用顶尖顶。正好与CB＊228－86船舶轴系检验标准关于细长轴的检验装夹方式相同，选定中间部位作为样板，直接在车床上检测，测量各数据，检验加工精度，特别是公差、圆跳动和圆柱度是否符合设计要求。经质量检验员专业检测，各个数据基本符合要求，效果基本满意。

（7）精车：按照设定工装装夹，精车各外圆尺寸，严格按照操作工艺规程进行加工，外圆留磨削余量，各处尺寸、公差、圆跳动、圆柱度、粗糙度等达到较高的要求。

（8）磨削：将磨削加工头安装在车床刀具加工位置处，用磨削头磨削外圆，此时的布置形式正好与外圆磨床布置形式相同，改装模拟外圆磨床，在车床上进行磨削加工，提高加工工件的尺寸、公差、圆跳动、圆柱度、粗糙度等加工精度，确保最终加工的零件合格。

（9）检验：松开中心支撑架的上部，此时的装夹方式，正好与检验标准关于细长轴的检验装夹方式相同，直接在车床上检测，测量各数据，检验加工精度，重点检验尺寸公差、圆跳动、圆柱度和粗糙度，经质量检验员专业检测，各个数据均符合图纸设计要求，磨削加工合格。

（10）热装铜套：将铜套加热，铜套受热后膨胀，尺寸变大，特别是内孔尺寸变大，热装在轴相应位置处，冷却。

（11）车：按照设定工装装夹，精车铜套处外圆尺寸，保证其尺寸公差、圆跳动、圆柱度和粗糙度要求。

（12）检验：按照上述步骤（9）再次检验，零件合格。

2 "结语

按照上述方法加工制造的大长径比细长轴符合图纸设计要求，零件合格，安装到高速船上满足船舶高航速运行需要，使用性能良好。

大长径比细长轴加工工艺，是难度很高的加工制造技术，加工制造过程对车削加工工装布置形式、加工精度和检验都有很高的要求，制定专门加工制造工艺，解决了关键件大长径比细长轴的加工制造难题。

（编辑 余 捷）

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Using Tooling to Machine Slender Shaft

ZHOU Tongli，XU Yukun
（①Alstom Sizhou Electric Power Equipment（Qingdao）Co.，Ltd.，Qingdao 266317，CHN；②Shandong Vacational College of Science&Technology，Weifang 261000，CHN）

2009－08－06）

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