一種船舶超長液壓油缸體車床加工工裝
2022-6-21 來源： 黃海造船有限公司 作者：滕曉巖
摘要：超長油缸體內孔加工是機械加工中經常遇到的一類問題。為了解決普通車床加工超長油缸體內孔，該文介紹在普通車床安裝一種工裝，有效解決船舶超長液壓油缸體內孔加工。在設計工裝過程中，從刀桿振動方面進行解決。對刀桿設置滑動支撐銅套和刀桿夾持器，在加工過程中，通過調整刀桿支撐點，能夠有效解決刀桿振動問題，從而提高超長液壓油缸體的加工質量。
關鍵詞：機械加工 加工工藝 車床工裝 超長油缸體加工
客滾船艏艉門的開閉油缸、坡道的升降油缸、貨船液壓艙蓋的開閉油缸等，都是超長液壓油缸，其油缸加工質量直接影響到船員和乘客的生命安全。超長油缸體內孔加工是機械加工中難度系數較高的一種，通常工人需要借助其他機器輔助完成，即使這樣，這也是一個十分復雜精密的過程。傳統常規加工方法是采用一端懸空長刀桿進行加工，加工過程中刀桿容易發生振動現象，影響加工質量。
該文介紹一種利用普通車床安裝工裝進行超長油缸體加工的方法，能夠有效地解決該加工難題。
1、工件特點分析
分析油缸體工件的結構特點：工件屬于薄壁深孔加工，自身剛性差，用傳統加工法，刀桿細長易振動，易產生報廢現象，需使用特殊附件和工裝才能達到工件精度要求。
2、加工方案、工裝設計及制作
根據工件特點，結合公司設備情況，了解工件的加工難度，選擇合適的加工設備。
工件長1 400 mm，考慮到加工刀桿長度，首先車床有效加工長度至少3.5 m。其次，采用傳統的單刀車孔法無法達到工件精度要求。傳統車床加工長內孔使用的刀桿，刀桿懸臂較長，刀頭距離刀桿固定點距離太遠，易發生振動現象，內孔產生崩刀現象，導致加工精度和粗糙度不滿足要求。
孔法無法達到工件精度要求。傳統車床加工長內孔使用的刀桿，刀桿懸臂較長，刀頭距離刀桿固定點距離太遠，易發生振動現象，內孔產生崩刀現象，導致加工精度和粗糙度不滿足要求。
船廠做出如下加工方案：配合車床床頭錐孔，制作一個起到支承刀桿作用的支撐銅套，做一支油缸體2.2倍長的刀桿，刀桿的一端支承在銅套內（間隙配合），另一端通過刀桿夾持器，夾在車床溜板的刀架上，刀桿中間裝車刀。車刀可分粗車刀、半精車刀、精車刀。示意圖如圖1所示。
圖1 加工工裝安裝使用示意圖
2.1 制作刀桿
刀桿用無縫鋼管分成兩段，由A、B制成，A段長1700 mm，一端焊接堵頭，B段長1 600 mm，一端焊接堵頭。刀桿A和B通過內外螺紋進行連接。刀桿A、刀桿B加工工藝過程，如下所示。
（1）C6140車床。刀桿A：堵頭端鉆中心孔；一夾一頂，裝夾車全長外圓至Ф60+0.4+0.5 mm；調頭Ф60外圓伸進床頭內孔中，夾緊車端面、車M52×2內螺紋長50 mm，配車M52×2堵頭外端鉆中心孔。刀桿B：堵頭端鉆攻M14×1內螺紋，帶保護錐孔；一夾一頂，裝夾車外圓Ф60-0.05，長200 mm，車Ф61全長；調頭夾Ф60外圓，中心架支撐Ф61外圓，車端面，配車M52×2外螺紋。
（2）鉆床：刀桿A螺紋一端100 mm處，鉆Ф14通孔轉90°鉆攻M10螺紋。
（3）插床：插14刀方，與高速工具鋼車刀配合，間隙適度。
（4）外圓磨床：裝螺紋堵頭用兩頂尖裝夾磨刀桿A全長外圓Ф60±0.015 mm。
2.2 制作支撐銅套
支撐銅套用耐磨錫青銅制作而成，外圓是錐面。夾一端車銅套外圓，按床頭孔配錐度，精車錐度，內孔加工至尺寸要求，此法以保證錐面和內孔的同軸度。內孔設置油線，不延伸至端部，便于儲存滑油。端面斜鉆孔與油線相通，攻內螺紋，安裝油杯，供刀桿在支撐銅套內孔中移動和旋轉潤滑。
2.3 制作刀桿夾持器
刀桿夾持器用45鋼鍛制并加工而成，具體情況見圖2。
圖2 刀桿夾持器
3、工裝的安裝
（1）控制刀桿的安裝過精度。
（2）刀桿A和B內外螺紋連接旋緊。刀桿A非螺紋端插入銅套中，刀桿B非螺紋端插入夾持器內孔并利用車床刀臺的螺釘擰緊（此時夾持器已裝夾在刀臺上，基本找正高度，但不要夾緊），移動大溜板，測試刀桿A在整個走刀范圍內是否卡滯。銅套上的注油孔注入潤滑油，潤滑內孔，如有卡滯現象，可用墊片或小溜板來調整夾持器在刀臺上的高度及軸向平行度。調至刀桿A全長范圍內在銅套內輕松移動，然后鎖定小滑板。
（3）刀具需要準備四把。車內孔粗加工用車刀，刀頭采用硬質合金YT15。其余采用14方高速工具鋼條，磨削成三把不可調刀頭。
4 、工裝的使用及油缸體的加工工藝過程
首先，在車床上加工工件兩端的方形法蘭端面及止口，重要的是在兩端方法蘭之間的缸體非加工外圓上，車一凹臺，凹臺用作支撐中心架用。操作工藝過程如下。
（1）卡盤定位一端內孔，另一端利用中心架支撐工件外圓，車削端面，測量保證另一端留有余量。
（2）工件調頭，車削另一端，保證工件的總長。
（3）卡盤安裝工件定位一端內孔，另一端利用活頂尖找正頂緊，車削兩個方法蘭的背面處的中心架凹臺，檢查外圓跳動情況，必要時，利用紙墊片調整活頂尖找正，找正后一次車好兩個凹臺，外圓加工至無氧化皮即可，公差保證±0.02 mm。
（4）一撐一架，車兩端止口，車一段內孔，以備對內孔尖刀用。
下一步就是車油缸內孔，操作過程具體如下。
（1）刀桿A和B螺紋連接處松開，將刀桿A插入車床床頭錐形銅套內孔中，并安裝調整中心架。
（2）四爪卡盤夾一端方法蘭，位置找正車好的凹臺，另一端用中心架架住。
（3）刀桿A與刀桿B聯接旋緊，錐形銅套內孔加油。
（4）車刀插入刀桿方孔中，通過螺釘壓緊車刀，這把刀必須使油缸內孔加工成整圓，吃刀深度盡量小，由于是單面吃刀，刀桿長、吃刀深度大，會引起振動。如果內孔一次不能夠去掉氧化皮，可繼續第二次進刀加工。
（5）松開車刀壓緊螺釘，換第一把粗車刀，打開冷卻液，開始走刀。觀察刀兩側切削是否勻，如果不均勻，需要重磨車刀倒角。這一刀吃刀深度較大，刀桿有振動感。切屑較多，但在切削液的噴射下很順利地排除，然后利用內卡鉗測量內孔尺寸至Ф（79+0.1）mm。
（6）第一刀加工到末端，車刀從銅套與油缸體之間的空間抽出，大溜板退到走刀起點，換第二把刀，銅套內孔加注潤滑油。走刀過程中，觀察兩側切削，這一刀吃刀深度較小，刀桿振動感消除。走刀約20 mm后，退刀、停車，松開刀桿A、B連接，用百分表測量內孔尺寸滿足Ф（80-0.1）mm后，旋緊刀桿A、B繼續走刀。
（7）第二刀加工完畢，車刀也是從銅套與油缸體之間的空間抽出，大溜板退到走刀起點。換第三把精車刀，銅套內孔繼續加油。精車刀刃磨鋒利，吃刀深度只有0.075 mm，刀桿無振感，走刀20 mm，退刀停車，松開刀桿A、B連接，刀桿A插入，百分表測量內孔尺寸，尺寸符合要求后，旋緊刀桿A、B聯接，繼續走刀。
（8）精車完畢，刀頭從銅套與油缸體空間抽出，大溜板退到起點，刀桿A、B聯接松開，刀桿A插入床頭，松開四爪卡盤的兩爪，卸下工件，測量夾持一端尺寸Ф80+0.05 mm，圓度誤差0.01 mm，對比表面粗糙度1.6 μm達到。經檢測，加工件滿足圖紙要求。
5、 結語
通過普通車床加裝設計長刀桿工裝，用來加工超長油缸體，經實際使用，油缸體加工精度完全滿足要求，獲得船東的一致好評，為解決細長內孔加工提供了參考方案。
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