邹子俊 赵延君
        大连船用柴油机有限公司

摘要：大型船舶中主机与螺旋桨之间通过艉轴和中间轴进行连接，而艉轴和中间轴是通过相互配合的法兰上锥形液压螺栓连接的，为保证主机的平稳运转，两轴的连接法兰孔加工精度要求较高，主要体现在相互配合的连接法兰孔的同轴度上，因此加工时必须将两轴连接后进行合镗，常规加工方法是使用专用设备进行加工效率低，成本较高，为此我们选用高精度数控龙门铣床进行轴连接法兰的合镗加工，保证加工质量和精度要求。
关键词：轴系合镗；定位精度；安装胎；同轴度

1、合镗孔方案确定
       船舶轴系是船舶功力装置的基本组成部份，在推进装置中，从发动机的输出法兰到推进器之间传动轴为主的一整套设备称为轴系。基本组成为传动轴，包括推力轴、中间轴和艉轴，而推力轴承大型的低速柴油机设在柴油机机座推力挡内（曲轴），其联接中间轴，中间轴联接艉轴，艉轴联接螺旋桨，曲轴在柴油机机座内旋转，带动中间轴旋转，中间轴带动艉轴，艉轴眹接螺旋桨，通过螺旋桨推动海水产生功为推进船舶前进和后退。
       通过了解，之前中间轴和艉轴联接孔合镗在船厂需用大型装配机来合镗完成，加工周期较长，为8天左右， 在我司接到中远川崎船厂6G70主机轴系加工任务中，包含轴系中中间轴和尾轴连接孔的合镗加工，为保证加工质量，提高加工效率和节约成本我们制定如下加工方案：首先，在大型数控车床精加工轴系外圆和端面成品，其次，利用数控镗床铣车床加工不到的端面成，钻镗联接孔半精成品，孔直经为79.5mm，孔径按成品φ85单边留2.5mm～2.75mm两轴联接加工余量。最后，到大型S20数控龙门铣床合镗两轴联接孔成品，在镗两轴连接孔时主要是如何保证中间轴与尾轴联孔的同心度和孔径尺寸误差。
2、连轴孔合镗的精度要求
       在中间轴和艉轴连接后，合镗后孔的尺寸要求范围较大为φ85（0-+0.5），但是每一组连接孔的大小和同轴度要求为φ0.01，由于连接的所有孔在数据铣床上无法一个工位完成，所以在加工完一部分孔后，工件需旋转角度加工剩余的孔，由于工件较大，在旋转过程中必须要保证已加工成品孔的同心度，孔内壁不能产生错牙。
       为保证两轴旋转时的同心，加工时心须打表检测两轴已成品外圆面以保证轴心的直线度，同时为保证在现场加工完后，到船上两轴方便装配，加工时保证两连接法兰面间隙为0.03mm塞尺不入，外圆错牙小于0.02mm，且象限对应侧外圆台阶落差量相同。
3、胎具的没计与轴系调整摆放
      龙门铣床合镗联接孔成品前，根据两轴合镗要求，在合镗过程要调整两轴的轴心和加工过程中需要旋转工位，且根据中间轴与尾轴轴经尺寸和轴端面外圆直径尺寸差值，分别设计了一对可调整胎具和一对不可调整胎具。
  
                              

                            图 1不可调胎具                                                         图 2可调胎具


       由于两轴连接前在机床吊运过程中较耗费人力和物力，因此在加工前设计好工件的放置方位和等高垫的摆放位置，主要考虑有以下两个方面，首先是确定垫的放置的轴向位置，要方便工件的加工的找正，此时考虑机床加工用铣头和刀具的长度。其次是确定垫放置的高度，此过程比较关键，由于设计的可调胎具调节量较小，且考虑放置垫的平稳性，在设计中考虑采用500mm等高垫放倒的350mm高度，最为平稳和方便操作，因此确定等高垫高度以后再根据轴的直径确定胎具的跨距来保证轴的中心。最后，为了方便调整和保证轴的稳定性，我们在每个轴上都放置一个可调胎具和不可调调胎具，具体轴的放置方位如图3所示，在实际摆放中也取得了较好的效果，且施工如下：

                                                                                                                             图 3 轴系摆放位置图
       
       轴系上机床前，机床操作者先通过卷尺测量不可调整胎具两铜柱内侧尺寸为498mm，再通过打百分表测量机床床面到不可调胎具铜柱上面最高点尺寸为610mm，保证两铜柱上表面等高后，通过压杆固定好不可调胎具。
       用卷尺测量可配胎具到不可调胎具长度尺寸，保证轴可有效的固定在胎具上，同理操作者根据尾轴轴径值把可调胎具上两铜柱调整为310mm，并通过打表测量床面到胎具铜柱上表面尺寸为669mm，并保证两铜柱面等高，通过打表测量不可调整胎具铜柱内侧表面到可调整胎具内侧表面尺寸，保证两内侧表面等高尺寸相同来确定不可调胎具与可调胎具的直线正，并通过压杆固定可调胎具。通过这种找胎具正的方法，使得尾轴落到胎具上直线知水平正不超过0.3mm，尽量减轻机床操作者工件找正辅助时间和劳动强度，用同样胎具找正方法来固定中间轴下方可调和不可调胎具。
             
                                                                                                                                          图 4 轴系装夹
 
4、轴系找正
4.1艉轴找正
       轴系加工时，机床操作者先把艉轴落到胎具上，通过百分表测量艉轴端面上下垂直度和左右直线度，确定艉轴的垂直度和水平正，并通过可调胎具的三个螺栓调整艉轴的垂直正，通过可调胎具两侧面螺栓来调整尾轴约直线正，精调到百分表测量上下面差值与左右面差值均不超过0.01mm，通过前后两端轴径上方支撑压杆固定尾轴。
4.2中间轴找正
       通过吊车吊装中间轴落胎具上，中间轴与尾轴联接端面跟离尾轴联接端面相差10mm，机床操作者在中间轴与曲轴联接端面联接孔穿一根支撑棒，通过机械千斤顶来调整中间轴与尾轴联接端面孔位置，并用千斤顶支撑在中间轴与曲轴端面，从而调整中间轴与尾轴联接端面的距离，达到两联接端面上下左右通过塞尺测量在0.2mm后，用4根79螺栓联接两轴，联接后两轴端面缝隙塞尺0.03mm不入。
4.3法兰外圆和轴心找正
       机床操作者通过百分表测量中间轴轴径侧面到尾轴轴径侧面值来确定两轴直线正，并通过可调整胎具的侧面两螺栓来调整两轴直线度，用百分表测量两轴轴径上表面值来确定两轴水平正，并通过可调胎具上三个螺栓来调整，保证两轴直线和水平控制在0.1mm以内。最后通过百分表测量两轴联接端面两侧面和上面打表控制在0.01mm以内，从而确定两轴联接后的直线与水平正，再进行联接孔合镗加工。

                  

                                                    图 5 连接法兰外圆和轴心找正
 
5、加工刀具与切削用量选择
5.1加工用铣头和刀具选择
       在对中间轴与尾轴端面联接孔合镗时，选择使用加工机架导滑板和侧边的弯脖附件铣头#38，因为该附件铣头刀具中心到机床主轴中心位置为250mm，并且有#38.1和#38.2两个加工位置面，附件铣头只需旋转180度就可以尽可能的完成多个孔合镗成品，因此我们选用#38附件铣头来完成孔合镗加工。
                                 
                                                     图 6 加工用铣头和刀具
5.2刀片和切削用量选择
       因为该12个联接孔，合镗孔深为250mm，所以选择BG镗刀杆有校长度为280mm，因为刀杆接杆过长，在合镗孔时极容产生蹦刀现象，刀片损耗和孔光洁度不可控，对比BG单刃成品镗刀片和R0.4与R0.8双刃半精加工刀片的试切，通过调整转速和进给量与刀具每转吃刀量，最后确定选择R0.8半精加工金属陶瓷刀片，该刀片韧性好，耐磨耐冲击，在孔合镗加工过程中不易磨损，可保证孔径尺寸大小和孔光洁度，吃刀半径为1.2mm，转速控制在140～180转之间，这样才能压住刀，有挍防止孔合镗时产生蹦刀现象，并合镗时铺助使用冷却液镗孔，经多次试切削，孔的光洁度达到图纸要求，孔径前后尺寸误差值为0.01mm以内，孔同心度为零。
6、连接孔合镗加工
6.1第一工位连接孔合镗
       合镗孔前，两轴法兰面通过四根直径为79螺栓联接，再次确定两轴联接后的水平和直线正后，通过附件铣头和精密量具量块在两轴联接端面侧表面和上表面确定联接轴的中心，在通过探头找一个孔分中确定该联接轴的起始孔角度，先加工两个假成品细孔，孔径尺寸为80工艺孔，两孔角度为180度，通过车床车磨两细孔螺栓，螺栓外圆直径尺寸小于工艺细孔直径尺子0.01mm，先通过两工艺螺栓固定工艺孔，这样可以有校保证两轴在胎具上旋转后，联接孔不易错位，从而保证合镗成品后孔的同心度。再分别利用#38附件铣头两个可利用加工位置面，旋转铣头180度尽可能多加工孔成品，留3～4孔待中间轴和尾轴在胎具旋转近180度在加工成品。
6.2第二工位连接孔合镗
       联接轴孔在第一次加工8～9孔成品后，并且之前加工的紧配孔在不拆卸的条件下，通过吊车用吊带穿过成品孔吊装旋转近180度后，再重新打表确定中间轴与尾轴直线、水平正后，再通过上述加工方法合镗切削其余各孔成品，拆下紧配孔螺栓后，最后将紧配孔全镗成品，等待船东床检报验。

                                  

                                                                        图 7 合镗孔成品

7、合镗孔成品后的报验和总结
      该工件加工成品后床检报验，船东通过检验机床测量中间轴与尾轴直线和水平正，通过内径百分表测量孔径前后误差值，尺寸和形位公差精度都满足了加工要求，在s20龙门铣床一次报验成品合格，加工周期为三天，生产效率提高一倍以上，大大提高生产效率，降低生产成本，并为我司今后在轴系类联接孔合镗极累到了宝贵的加工经验，我们正在研究探索曲轴与中间轴联接孔能否在大型龙门铣床合镗加工成品。