軸類產品兩端孔加工方法改進

孫煥麗

（寧夏天地奔牛實業集團有限公司，寧夏石嘴山 753000）

軸是寧夏天地奔牛實業集團有限公司（以下簡稱“天地奔?！保┥a的煤炭刮板輸送機、轉載機及破碎機軸組的核心零件，它的加工效率及質量直接影響整套綜采設備的生產周期及質量品牌。天地奔牛生產的軸品種繁多，規格多樣，長度規格800～3000mm，直徑規格Φ100～500mm，重量800～3000kg。天地奔牛每年生產約4000件軸，軸兩端各有8×M30均布的螺紋孔，該螺紋孔的加工一直制約著軸的加工效率及質量，同時還存在著安全隱患，目前該螺紋孔的加工工藝如下。

（1）劃線（劃線平臺）：劃出兩端螺紋孔加工線。

（2）鉆孔（搖臂鉆床）：立起工件，按線找正，鉆攻成一端8×M30螺紋。

（3）翻個，按線找正，鉆攻成另一端8×M30螺紋孔。

以上工藝執行過程存在以下問題。

（1）軸立起加工，立起過程存在安全隱患。軸立起時，吊具要起吊外圓，而外圓沒有通孔，只能依靠外圓的臺階。若是臺階尺寸差距小，工件比較重，起吊和翻轉過程中很容易發生吊具脫落事故，因此工序執行過程存在安全隱患。

（2）螺紋孔的位置精度靠人工劃線及搖臂鉆工找正保證，受人為因素影響大，加工質量不穩定。在進行組裝時，經常會發生孔距錯位無法組裝的問題，每月平均有10次以上返修。

（3）生產效率低，輔助時間長。工件加工完一端后，需要翻轉工件，加工另一端，上下工件及壓緊工件占總加工時間1/3。如果孔深或工件太高，操作人員需要爬在輔助梯上加工，加工兩端16個螺紋孔需要約3h。

1 設備選型方案

1.1 設備選型

首先，要解決安全隱患問題，搖臂鉆床是一種立式的加工方式，使用搖臂鉆床就需要將工件立起來才能實現加工，工件立起的過程必然存在安全隱患，因此需選用臥式的加工方式；其次，提升產品質量，需要減少人為參與，提高設備的數控化；最后，要提高生產效率，就要減少輔助時間，如果工件無需翻轉及重新找正，能加工成軸兩端的螺紋孔，就能達到提效的目的。

綜合以上因素及市場上成熟的設備類型，數控臥式鏜銑床是最適合加工軸類產品兩端孔的設備，但是軸類屬于細長型，長度800～3000mm，Φ100～500mm，要想一次裝夾完成，工件必須放置在工作臺中心，兼顧長度800～3000mm的全部工件，主軸鏜桿的伸出長度≥1200mm才能實現。這類數控臥式鏜銑床的價格均在300萬元以上，若是用該類高精度的設備只加工軸兩端的螺紋孔，使用10年成本都無法收回，經濟收益較差。同時設備標配的高精度、高加工能力無法發揮，對設備資源也造成浪費。因此，需要設計及定制經濟又實用的專用設備，才能夠滿足產品的加工需求。

1.2 設備設計方案

借鑒數控臥式鏜銑床的結構特點，將鉆桿箱側掛在立柱上，鉆桿箱在立柱上可以上下移動。為了實現工件兩端孔同時加工，將兩套鉆桿箱分別側掛在左右立柱上，置于工件兩端，一端的立柱固定，另一端的立柱可移動，適應不同長度的工件加工，同時使用專用可調節工裝夾具，支撐及壓緊工件。設備設計方案，如圖1所示。

圖1 設備設計方案

1.3 設備結構及工作原理

機床具有兩套鉆桿箱，對稱分布于工件兩端面處，每個鉆桿箱各有一套獨立的刀具進給系統。工件兩端鉆桿箱均為三坐標結構，可加工具有坐標孔分布的工件，工件固定，刀具旋轉進給。鉆桿箱可在各自的立柱上垂直移動，伺服控制，右立柱固定，左立柱整體可在床體上靠近或遠離工件，適應不同長度工件的加工。

1.4 工件加工過程描述

（1）將工件裝到工作臺上的夾具上，及時進行找正。

（2）各伺服軸移動到合適的位置。

（3）開啟鉆桿箱，驅動刀具旋轉。

（4）事先開啟冷卻系統。

（5）Z軸進給系統驅動刀具進給，可實現刀具工進及快進。

（6）鉆到設定位置，冷卻之后暫停，刀具退回，可實現刀具快退。

（7）數控系統驅動刀具系統移動至下一個鉆孔位置，重復（5）,（6）步驟，完成之后，再加工下一個孔。

（8）利用雙通道數控系統，兩端孔可以同時進行加工。

方案可能存在以下隱患。

（1）軸端面均為螺紋孔，最大的螺紋孔為中心處的M42×2，使用絲錐加工，受到的扭矩大，所以采用側掛的方式可能存在剛性不足的問題。

（2）一側立柱固定，一側立柱移動，移動端立柱行程太長，由于需要加工的工件長度為800～3000mm，所以移動端的立柱行程至少為2200mm，才能滿足產品加工要求，而且長時間一側移動，設備容易出現故障。

因此對設計方案進行優化，形成以下最終方案。

（1）主軸由側掛式更改為框式（與臥式加工中心相似）。

（2）兩端立柱同時移動，實現長軸及短軸均能兼容，如圖2所示。

圖2 設備最終設計方案

2 工裝夾具設計方案

2.1 夾具方案

夾具方案如圖3所示。

圖3 夾具方案設計圖

2.2 夾具的通用性和工作原理

首先，本套夾具可以滿足工件直徑在Φ100～500mm、 長度為800～3000mm2件的裝夾；工件軸向和徑向均可依據工件的直徑和長度進行調整；調整機構均采用“T型絲桿+絲母+燕尾硬軌”及手輪調整的移動結構形式。其次，用手輪調整徑向移動定位塊，可適應不同直徑的工件裝夾；通常情況下，用手輪調整工件軸向定位位置調整座，可適用不同長度的工件加工。最后，設置相應的定程擋塊，防止調整位置的誤差，在加工同一種工件過程中不需要調整，只有在工件換型時調整夾具的裝夾范圍。

2.3 夾具裝夾的剛性保證及特性

裝夾范圍調整機構均采用燕尾硬軌和鑲條相結合的移動結構，可確保夾具的動態剛性和靜態剛性，從而保證工件的加工剛性；工件的徑向定位采用V形塊的定位形式，V形塊為分體式，一側固定，另一側可調整位置（以滿足不同直徑工件徑向定位）；工件的軸向定位通過“工件的軸肩端面”和“2個軸向移動機構”來實現，一個位置不動，另一個做軸向夾緊，來保證同一種工件軸向定位的一致性；夾具的上部有2個推拉式壓板用于壓緊工件。

3 項目實施后效果

采用改進后的設備和夾具后，軸類產品兩端實現了臥式加工，消除了立軸的安全隱患；孔的位置精度及尺寸精度由設備保證，減少了人為影響，解決了質量不穩定的問題。經過反復實驗與數據對比得知：如果兩端螺紋孔不同步加工，工件加工效率可提升約3倍；如果兩端螺紋孔同步加工，加工效率可提升5倍左右。項目改進效果如圖4所示。

圖4 項目效果

4 結語

軸類工件加工是一項嚴謹精密、操作技術要求高的技術工作，隨著現代技術的不斷發展，加工也在朝著高速、高精度、自動化、系統化的方向發展。通過對加工軸類產品兩端孔的設備改進，不但保證了生產過程的安全可靠，同時極大地提高了加工效率，而且還能夠確保產品質量的穩定性，達到了預期效果。