微小鏜孔機(jī)在軸系加厚調(diào)整環(huán)鏜孔上的應(yīng)用

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(武昌船舶重工集團(tuán)有限公司，武漢 430060)

船舶軸系齒輪箱輸出端法蘭和中間軸輸入軸法蘭之間的螺栓孔出廠前已進(jìn)行預(yù)開(kāi)孔，需在船廠組裝進(jìn)行鉸孔，從而使得螺栓孔的尺寸保持一致。但是由于某船情況特殊，為方便軸系施工，其軸系輸出端法蘭(2號(hào)中間軸)和輸入端法蘭(1號(hào)中間軸)之間設(shè)置有調(diào)整環(huán)，調(diào)整環(huán)厚度265 mm，加上兩端法蘭厚度90 mm，總厚度445 mm，見(jiàn)圖1。若采用常規(guī)的鉸刀配鉸工藝，則存在如下幾個(gè)方面的弊端：①所需的鉸刀超長(zhǎng)，超出常規(guī)鉸刀的使用長(zhǎng)度范圍，需進(jìn)行專門(mén)定制，定制周期長(zhǎng)且成本較高；②螺栓孔較長(zhǎng)，鉸刀鉸孔的時(shí)間較長(zhǎng)，施工周期較長(zhǎng)；③由于采用鉸刀鉸孔，在較長(zhǎng)的螺栓孔內(nèi)施工，較小的偏差均會(huì)導(dǎo)致螺栓孔加工質(zhì)量較低；④由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工空間有限，且使用的鉸刀長(zhǎng)度較長(zhǎng)，無(wú)法從另一側(cè)直接退刀，需原路退刀，在鉸刀退刀時(shí)會(huì)導(dǎo)致加工好后的螺栓孔被鉸刀拉傷。

綜上所述，利用傳統(tǒng)的施工工藝方法很難有效解決中間軸法蘭螺栓孔的加工問(wèn)題，為此，考慮采用微小鏜孔機(jī)對(duì)螺栓孔的施工工藝方法，解決常規(guī)工藝無(wú)法施工的問(wèn)題，達(dá)到提高施工周期及施工精度的目的。

圖1 1、2號(hào)中間軸與調(diào)整環(huán)安裝示意

1 微小鏜孔機(jī)的選擇

該船1號(hào)中間軸和2號(hào)中間軸法蘭螺栓孔初始直徑為58 mm，需加工直徑到(60±2) mm，根據(jù)尺寸選擇鏜孔機(jī)鏜桿外徑尺寸為直徑50 mm，由于鏜桿長(zhǎng)度在2 m左右，為保證剛度需設(shè)置為實(shí)心鏜桿，鏜桿內(nèi)部設(shè)置內(nèi)嵌式鏜刀槽。鏜孔過(guò)程中分兩步進(jìn)行，一步進(jìn)行粗加工擴(kuò)孔，一步采用浮刀進(jìn)行精加工，在浮刀過(guò)程中，由于鏜桿長(zhǎng)度較長(zhǎng)，如果鏜桿的跳動(dòng)量較大，會(huì)導(dǎo)致浮刀崩刀而導(dǎo)致螺栓孔劃傷，為彌補(bǔ)鏜桿的跳動(dòng)量的問(wèn)題，需將鏜孔機(jī)給進(jìn)裝置與鏜桿之間進(jìn)行軟連接，故需在給進(jìn)裝置和鏜桿之間設(shè)置一套萬(wàn)向聯(lián)軸器，同時(shí)需要求鏜孔機(jī)兩端的定位軸承間隙在0.02 mm之內(nèi)[1-2]；綜上，鏜孔機(jī)要求鏜桿直徑為50 mm，實(shí)心鏜桿，內(nèi)部設(shè)置刀槽，鏜桿與定位軸承之間間隙不大于0.02 mm，鏜孔機(jī)給進(jìn)裝置與鏜桿之間設(shè)置萬(wàn)向聯(lián)軸器。

2 施工難點(diǎn)

1)如何實(shí)現(xiàn)中間軸法蘭螺栓孔以及調(diào)整環(huán)螺栓孔的精確對(duì)中：由于該船1、2號(hào)中間軸法蘭及調(diào)整環(huán)螺栓孔出廠時(shí)已進(jìn)行預(yù)鉆，各螺栓孔已留加工余量較小，單邊加工量?jī)H為1 mm，如果單個(gè)螺栓孔稍有錯(cuò)位，其他各螺栓孔均會(huì)錯(cuò)位，導(dǎo)致各螺栓孔尺寸加工后存在有超差風(fēng)險(xiǎn)。另外由于1、2號(hào)中間軸法蘭法蘭之間設(shè)置有調(diào)整環(huán)，2個(gè)法蘭的間距較大，法蘭在自重的作用下存在下垂情況，下開(kāi)口比上開(kāi)口間距大，無(wú)法保證螺栓孔中心線一致。

2)由于采用微小鏜孔機(jī)實(shí)施螺栓孔加工，為保證鏜桿的剛度，采用實(shí)心鏜桿，但采用實(shí)心鏜桿卻無(wú)法利用光靶實(shí)現(xiàn)鏜桿中心線與螺栓孔的中心線的重合，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)鏜孔機(jī)精確定位。

3)根據(jù)鏜孔機(jī)的使用要求，鏜孔機(jī)需與待加工物件進(jìn)行有效固定，一般直接與加工物件焊接為整體，方可有效消除鏜孔機(jī)的加工誤差，但是本型產(chǎn)品的加工載體為中間軸，無(wú)法將鏜孔機(jī)直接焊接在中間軸上，有效固定鏜孔機(jī)成為難題。

3 軸系法蘭螺栓孔的精確對(duì)中控制

根據(jù)軸系加工技術(shù)要求，在螺栓孔加工中需對(duì)中間軸法蘭進(jìn)行配對(duì)與對(duì)中，兩法蘭間的偏移和曲折值允差為≤0.03 mm[3-4]，找中后，兩法蘭面間接觸緊密，且應(yīng)用0.03 mm塞尺不能插入。但本海警船中間軸法蘭螺栓孔出廠時(shí)已預(yù)鉆，且中間軸之間設(shè)置調(diào)整環(huán)，間距250 mm，無(wú)法采用常規(guī)的配對(duì)與對(duì)中的方案。需對(duì)原常規(guī)方案進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，主要方案如下。

測(cè)量1、2號(hào)中間軸各螺栓孔尺寸，以1、2號(hào)中間軸法蘭的上部和下部各取一個(gè)螺栓孔數(shù)據(jù)，加工4套銅質(zhì)定位銷，1、2號(hào)中間軸各2套。具體要求為：銅棒長(zhǎng)度為180 mm，推入位置留錐度，錐度為1:50，長(zhǎng)度30 mm，非錐度部位外徑比螺栓孔尺寸小0.01 mm，另外再加工2套工裝螺栓(20號(hào)鋼)，每套螺栓尺寸分別定位銷旁邊的螺栓孔為依據(jù)。1號(hào)中間軸法蘭、調(diào)整環(huán)及2號(hào)中間軸法蘭螺栓孔之間具體的對(duì)中方案如下。

1)在1、2號(hào)中間軸、調(diào)整環(huán)下部各設(shè)置一套調(diào)整工裝，調(diào)整工裝組成為，1套工裝托輥，4套調(diào)整螺栓。

2)先將1、2號(hào)中間軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，使得法蘭各螺栓孔進(jìn)行粗對(duì)中。

3)將調(diào)整環(huán)緩緩落位，并使得其螺栓孔與2號(hào)中間軸螺栓孔進(jìn)行粗定位。

4)將加工好的定位銷打入到2號(hào)中間軸上部螺栓孔中，采用定位銷的錐度使得調(diào)整環(huán)螺栓孔與2號(hào)中間軸螺栓孔對(duì)中，調(diào)整完畢后。將另外一個(gè)定位銷打入2號(hào)中間軸下部螺栓孔中，調(diào)整調(diào)整環(huán)，使的法蘭螺栓孔和調(diào)整環(huán)螺栓孔對(duì)中；2號(hào)中間軸法蘭與調(diào)整環(huán)螺栓孔對(duì)中完畢后，繼續(xù)采用上述方式，轉(zhuǎn)動(dòng)1號(hào)中間軸，將剩余的2個(gè)定位銷打入1號(hào)中間軸與調(diào)整環(huán)的螺栓孔中；其布置見(jiàn)圖2中a)和b)。

圖2 定位銷及螺栓布置示意

5)通過(guò)其他的螺栓孔檢查錯(cuò)位情況，如存在錯(cuò)位，手動(dòng)盤(pán)車，直至各螺栓孔完全對(duì)中。

6)將加工好的工裝螺栓打入到定位銷旁邊的螺栓孔中，固定鎖死。

7)該過(guò)程能夠?qū)崿F(xiàn)螺栓孔的精確對(duì)中主要控制點(diǎn)在于：由于定位銷與螺栓孔之間的配合間隙較小，通過(guò)對(duì)中間軸法蘭以及調(diào)整環(huán)的微調(diào)整，實(shí)現(xiàn)各個(gè)螺栓孔的中心偏差值在配合間隙范圍之內(nèi)，達(dá)到精確對(duì)中的目的。

4 鏜孔機(jī)鏜桿中心線與螺栓孔中心線的調(diào)正

根據(jù)鏜孔機(jī)的常規(guī)調(diào)正方案[5-6]，鏜孔機(jī)調(diào)正可使用2種調(diào)整方案。

第一，采用中空鏜桿，鏜桿兩端設(shè)置照光光靶，在螺栓孔兩端的中心線理論點(diǎn)處分別設(shè)置光源和準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡，通過(guò)調(diào)整鏜桿的調(diào)整螺栓實(shí)現(xiàn)鏜桿中心線與螺栓孔中心線的重合，但目前鏜桿采用實(shí)心鏜桿，且無(wú)法獲取螺栓孔首尾理論點(diǎn)，故該方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)調(diào)正的目的。

第二，采用實(shí)心鏜桿，設(shè)置基準(zhǔn)環(huán)，定位環(huán)與加工本體連接一起，調(diào)整基準(zhǔn)環(huán)，通過(guò)加工孔兩端的首尾理論點(diǎn)調(diào)正基準(zhǔn)環(huán)，見(jiàn)圖3中a)，拆除內(nèi)部照光光靶及調(diào)整螺栓副，后續(xù)對(duì)中直接測(cè)量鏜桿與基準(zhǔn)環(huán)之間的間距實(shí)現(xiàn)鏜桿中心線與螺栓孔的重合，見(jiàn)圖3中b)，由于實(shí)際中無(wú)法獲取螺栓孔的中心線，且定位環(huán)無(wú)法與法蘭作為一個(gè)整體，且施工空間有限，無(wú)法設(shè)置相應(yīng)的調(diào)整螺栓副及百分表等，該方案在本次施工中也不可行。

圖3 實(shí)心鏜桿照光調(diào)正示意

根據(jù)實(shí)際情況以及鏜桿機(jī)的對(duì)中要求，每個(gè)螺栓孔設(shè)計(jì)2套相應(yīng)的對(duì)中工裝，首尾螺栓各1套，該工裝主要的要求及對(duì)中理念如下。

1)由于中間軸螺栓孔在出廠時(shí)已加工，各螺栓孔尺寸數(shù)值基本一致，按照序號(hào)3的要求對(duì)各個(gè)螺栓孔對(duì)中后，將各個(gè)螺栓孔打上相應(yīng)的刻線標(biāo)記，測(cè)量各螺栓孔的數(shù)據(jù)。

2)根據(jù)各螺栓孔的尺寸，分別加工一套定位套，定位套的形式見(jiàn)圖4，定位套的外徑比螺栓孔尺寸小0.02 mm，定位套設(shè)計(jì)為哈夫結(jié)構(gòu)形式，在定位套與螺栓孔配合部位設(shè)置有凸臺(tái)，方便定位套拆卸，定位套上設(shè)置有刻線，用于與螺栓孔對(duì)齊。

圖4 鏜桿定位套示意

3)定位套及鏜桿布置示意圖見(jiàn)圖5，具體操作為：首先初步架設(shè)鏜桿，鏜桿架設(shè)完畢后，將螺栓孔對(duì)應(yīng)的定位套套入螺栓孔內(nèi)，定位套上端刻線和螺栓孔的上端刻線對(duì)齊，下端和螺栓孔下端刻線對(duì)齊。定位套為哈夫式，方便裝入，定位套裝入后，將鏜桿兩端調(diào)整螺栓鎖死，拆除定位套。

4)定位套與螺栓孔之間的間隙為0.02 mm，定位套裝入螺栓孔后，可確保定位套中心線與螺栓孔中心線的最大偏差不大于0.02 mm，通過(guò)在螺栓孔首尾設(shè)置定位套，從而實(shí)現(xiàn)鏜桿中心線與與螺栓孔中心線之的重合。

5)鏜桿中心線與螺栓孔中心線的重合性檢驗(yàn)：鏜桿內(nèi)部刀槽裝入鏜刀，轉(zhuǎn)動(dòng)鏜桿，采用塞尺檢查鏜刀與螺栓孔外圓間隙，要求前后左右保持一致；通過(guò)該操作可以實(shí)現(xiàn)鏜桿機(jī)鏜桿中心線與螺栓孔中心保持一致。

圖5 定位套及鏜桿布置示意圖

5 微小鏜孔機(jī)的有效固定控制要點(diǎn)

根據(jù)鏜孔機(jī)的一般架設(shè)要求[7]，鏜孔機(jī)的固定位置需與加工位置保持一致，這樣才能消除外部對(duì)鏜孔機(jī)的加工影響，由于目前無(wú)法將鏜孔機(jī)直接焊接在中間軸上，對(duì)廠家提供的鏜孔機(jī)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，進(jìn)行專門(mén)的工裝設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)鏜孔機(jī)的有效固定，工裝型式見(jiàn)圖6。

圖6 鏜孔機(jī)固定工裝

固定工裝的主要工作原理如下。

1)通過(guò)工裝抱箍(序號(hào)4)及其內(nèi)部的鉛皮，用鎖緊螺栓(序號(hào)5、6、7)將抱箍鎖緊，實(shí)現(xiàn)鏜孔機(jī)上下方向固定，防止工裝對(duì)中間軸外表的損傷。

2)在固定工裝上設(shè)置有2套橫向支撐(序號(hào)3)，每套橫向支撐上設(shè)置有2個(gè)螺栓，在固定工裝安裝后，在橫向支撐上的2個(gè)螺栓孔中裝入螺栓，并將螺栓與中間軸法蘭緊貼，通過(guò)該螺栓可以保證鏜桿固定架左右方向無(wú)竄動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鏜孔機(jī)左右方向的固定。

3)在固定工裝上設(shè)置有2套縱向支撐，在縱向支撐上設(shè)置有2個(gè)螺栓，固定工裝安裝后，將首尾的縱向支撐各擰緊2個(gè)固定螺栓，實(shí)現(xiàn)首尾方向固定工裝的固定。

4)固定工裝的主要操作要求：將鏜桿穿入調(diào)整軸承座(序號(hào)11)，通過(guò)序號(hào)4設(shè)置的定位套將鏜桿進(jìn)行定位后，將調(diào)整軸承座采用調(diào)整螺栓進(jìn)行固定鎖死。整套固定架及鏜桿調(diào)整完畢后即可進(jìn)行螺栓孔的鉸孔，鉸孔完畢后，松開(kāi)鎖緊螺栓(序號(hào)5、6、7)及橫向支撐的鎖緊螺栓，以及鏜桿與給進(jìn)裝置之間的萬(wàn)向聯(lián)軸器，抽出鏜桿，轉(zhuǎn)動(dòng)中間軸，更換下個(gè)需鉸孔的螺栓孔，繼續(xù)采用定位套進(jìn)行定位，剩余螺栓孔往復(fù)采用該程序。鏜桿布置現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖7。

圖7 鏜孔機(jī)實(shí)際架設(shè)現(xiàn)場(chǎng)

6 效果

實(shí)船加工及測(cè)量結(jié)果如圖8( 部分)所示，數(shù)據(jù)表明，螺栓孔圓柱度控制在0.025 mm內(nèi)，圓度控制在0.01 mm內(nèi)，粗糙度最大0.376 μm，螺栓孔各項(xiàng)數(shù)據(jù)均優(yōu)于相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)中的加工質(zhì)量要求。另外采用常規(guī)鉸刀進(jìn)行鉸孔的周期為單孔加工時(shí)間約2 d/個(gè)，共計(jì)16孔，鉸制周期約32 d，采用新工藝及工裝進(jìn)行加工螺栓孔的周期約0.5 d/個(gè)，16個(gè)螺栓孔加工周期約8 d，極大地提升了加工周期。

7 結(jié)論

通過(guò)對(duì)微小鏜孔機(jī)在軸系加厚調(diào)整環(huán)上的鏜孔的運(yùn)用的探討，主要利用定位銷及定位套與螺栓孔的同心度一致的特性，從而實(shí)現(xiàn)螺栓孔的精確對(duì)中，解決鏜桿中心線與螺栓孔中心線的重合問(wèn)題。與常規(guī)采用施工工藝不同在于，①可在有限的施工空間條件下進(jìn)行施工；②鏜孔機(jī)無(wú)需照光即可實(shí)施加工作業(yè)，減少照光過(guò)程，極大縮短鏜孔機(jī)的調(diào)正時(shí)間；③實(shí)現(xiàn)微小鏜孔機(jī)在碼頭階段對(duì)軸系法蘭螺栓孔加工中的運(yùn)用。

其主要的現(xiàn)實(shí)意義及價(jià)值在于：第一解決了采用調(diào)整環(huán)帶來(lái)中間軸法蘭整體厚度加厚后無(wú)法采用鉸刀鉸孔的問(wèn)題；第二、無(wú)需進(jìn)行鉸刀定制，減少施工費(fèi)用，極大地縮短螺栓孔的配鉸周期；第三，減少鉸刀鉸孔所帶來(lái)的加工質(zhì)量、加工風(fēng)險(xiǎn)及加工周期問(wèn)題；第四，減少施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度以及其加工控制程序。

目前微小鏜孔機(jī)在軸系螺栓孔加工中尚屬空白，針對(duì)其各個(gè)加工環(huán)節(jié)可形成相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)工藝流程，通過(guò)對(duì)軸系直徑及螺栓孔尺寸的分類統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)定位套，固定工裝等工裝的標(biāo)準(zhǔn)化，從而實(shí)現(xiàn)微小鏜孔機(jī)在軸系施工中的推廣運(yùn)用。