一种船舶超长液压油缸体车床加工工装
2022-6-21 来源： 黄海造船有限公司 作者：滕晓岩
摘要：超长油缸体内孔加工是机械加工中经常遇到的一类问题。为了解决普通车床加工超长油缸体内孔，该文介绍在普通车床安装一种工装，有效解决船舶超长液压油缸体内孔加工。在设计工装过程中，从刀杆振动方面进行解决。对刀杆设置滑动支撑铜套和刀杆夹持器，在加工过程中，通过调整刀杆支撑点，能够有效解决刀杆振动问题，从而提高超长液压油缸体的加工质量。
关键词：机械加工 加工工艺 车床工装 超长油缸体加工
客滚船艏艉门的开闭油缸、坡道的升降油缸、货船液压舱盖的开闭油缸等，都是超长液压油缸，其油缸加工质量直接影响到船员和乘客的生命安全。超长油缸体内孔加工是机械加工中难度系数较高的一种，通常工人需要借助其他机器辅助完成，即使这样，这也是一个十分复杂精密的过程。传统常规加工方法是采用一端悬空长刀杆进行加工，加工过程中刀杆容易发生振动现象，影响加工质量。
该文介绍一种利用普通车床安装工装进行超长油缸体加工的方法，能够有效地解决该加工难题。
1、工件特点分析
分析油缸体工件的结构特点：工件属于薄壁深孔加工，自身刚性差，用传统加工法，刀杆细长易振动，易产生报废现象，需使用特殊附件和工装才能达到工件精度要求。
2、加工方案、工装设计及制作
根据工件特点，结合公司设备情况，了解工件的加工难度，选择合适的加工设备。
工件长1 400 mm，考虑到加工刀杆长度，首先车床有效加工长度至少3.5 m。其次，采用传统的单刀车孔法无法达到工件精度要求。传统车床加工长内孔使用的刀杆，刀杆悬臂较长，刀头距离刀杆固定点距离太远，易发生振动现象，内孔产生崩刀现象，导致加工精度和粗糙度不满足要求。
孔法无法达到工件精度要求。传统车床加工长内孔使用的刀杆，刀杆悬臂较长，刀头距离刀杆固定点距离太远，易发生振动现象，内孔产生崩刀现象，导致加工精度和粗糙度不满足要求。
船厂做出如下加工方案：配合车床床头锥孔，制作一个起到支承刀杆作用的支撑铜套，做一支油缸体2.2倍长的刀杆，刀杆的一端支承在铜套内（间隙配合），另一端通过刀杆夹持器，夹在车床溜板的刀架上，刀杆中间装车刀。车刀可分粗车刀、半精车刀、精车刀。示意图如图1所示。
图1 加工工装安装使用示意图
2.1 制作刀杆
刀杆用无缝钢管分成两段，由A、B制成，A段长1700 mm，一端焊接堵头，B段长1 600 mm，一端焊接堵头。刀杆A和B通过内外螺纹进行连接。刀杆A、刀杆B加工工艺过程，如下所示。
（1）C6140车床。刀杆A：堵头端钻中心孔；一夹一顶，装夹车全长外圆至Ф60+0.4+0.5 mm；调头Ф60外圆伸进床头内孔中，夹紧车端面、车M52×2内螺纹长50 mm，配车M52×2堵头外端钻中心孔。刀杆B：堵头端钻攻M14×1内螺纹，带保护锥孔；一夹一顶，装夹车外圆Ф60-0.05，长200 mm，车Ф61全长；调头夹Ф60外圆，中心架支撑Ф61外圆，车端面，配车M52×2外螺纹。
（2）钻床：刀杆A螺纹一端100 mm处，钻Ф14通孔转90°钻攻M10螺纹。
（3）插床：插14刀方，与高速工具钢车刀配合，间隙适度。
（4）外圆磨床：装螺纹堵头用两顶尖装夹磨刀杆A全长外圆Ф60±0.015 mm。
2.2 制作支撑铜套
支撑铜套用耐磨锡青铜制作而成，外圆是锥面。夹一端车铜套外圆，按床头孔配锥度，精车锥度，内孔加工至尺寸要求，此法以保证锥面和内孔的同轴度。内孔设置油线，不延伸至端部，便于储存滑油。端面斜钻孔与油线相通，攻内螺纹，安装油杯，供刀杆在支撑铜套内孔中移动和旋转润滑。
2.3 制作刀杆夹持器
刀杆夹持器用45钢锻制并加工而成，具体情况见图2。
图2 刀杆夹持器
3、工装的安装
（1）控制刀杆的安装过精度。
（2）刀杆A和B内外螺纹连接旋紧。刀杆A非螺纹端插入铜套中，刀杆B非螺纹端插入夹持器内孔并利用车床刀台的螺钉拧紧（此时夹持器已装夹在刀台上，基本找正高度，但不要夹紧），移动大溜板，测试刀杆A在整个走刀范围内是否卡滞。铜套上的注油孔注入润滑油，润滑内孔，如有卡滞现象，可用垫片或小溜板来调整夹持器在刀台上的高度及轴向平行度。调至刀杆A全长范围内在铜套内轻松移动，然后锁定小滑板。
（3）刀具需要准备四把。车内孔粗加工用车刀，刀头采用硬质合金YT15。其余采用14方高速工具钢条，磨削成三把不可调刀头。
4 、工装的使用及油缸体的加工工艺过程
首先，在车床上加工工件两端的方形法兰端面及止口，重要的是在两端方法兰之间的缸体非加工外圆上，车一凹台，凹台用作支撑中心架用。操作工艺过程如下。
（1）卡盘定位一端内孔，另一端利用中心架支撑工件外圆，车削端面，测量保证另一端留有余量。
（2）工件调头，车削另一端，保证工件的总长。
（3）卡盘安装工件定位一端内孔，另一端利用活顶尖找正顶紧，车削两个方法兰的背面处的中心架凹台，检查外圆跳动情况，必要时，利用纸垫片调整活顶尖找正，找正后一次车好两个凹台，外圆加工至无氧化皮即可，公差保证±0.02 mm。
（4）一撑一架，车两端止口，车一段内孔，以备对内孔尖刀用。
下一步就是车油缸内孔，操作过程具体如下。
（1）刀杆A和B螺纹连接处松开，将刀杆A插入车床床头锥形铜套内孔中，并安装调整中心架。
（2）四爪卡盘夹一端方法兰，位置找正车好的凹台，另一端用中心架架住。
（3）刀杆A与刀杆B联接旋紧，锥形铜套内孔加油。
（4）车刀插入刀杆方孔中，通过螺钉压紧车刀，这把刀必须使油缸内孔加工成整圆，吃刀深度尽量小，由于是单面吃刀，刀杆长、吃刀深度大，会引起振动。如果内孔一次不能够去掉氧化皮，可继续第二次进刀加工。
（5）松开车刀压紧螺钉，换第一把粗车刀，打开冷却液，开始走刀。观察刀两侧切削是否匀，如果不均匀，需要重磨车刀倒角。这一刀吃刀深度较大，刀杆有振动感。切屑较多，但在切削液的喷射下很顺利地排除，然后利用内卡钳测量内孔尺寸至Ф（79+0.1）mm。
（6）第一刀加工到末端，车刀从铜套与油缸体之间的空间抽出，大溜板退到走刀起点，换第二把刀，铜套内孔加注润滑油。走刀过程中，观察两侧切削，这一刀吃刀深度较小，刀杆振动感消除。走刀约20 mm后，退刀、停车，松开刀杆A、B连接，用百分表测量内孔尺寸满足Ф（80-0.1）mm后，旋紧刀杆A、B继续走刀。
（7）第二刀加工完毕，车刀也是从铜套与油缸体之间的空间抽出，大溜板退到走刀起点。换第三把精车刀，铜套内孔继续加油。精车刀刃磨锋利，吃刀深度只有0.075 mm，刀杆无振感，走刀20 mm，退刀停车，松开刀杆A、B连接，刀杆A插入，百分表测量内孔尺寸，尺寸符合要求后，旋紧刀杆A、B联接，继续走刀。
（8）精车完毕，刀头从铜套与油缸体空间抽出，大溜板退到起点，刀杆A、B联接松开，刀杆A插入床头，松开四爪卡盘的两爪，卸下工件，测量夹持一端尺寸Ф80+0.05 mm，圆度误差0.01 mm，对比表面粗糙度1.6 μm达到。经检测，加工件满足图纸要求。
5、 结语
通过普通车床加装设计长刀杆工装，用来加工超长油缸体，经实际使用，油缸体加工精度完全满足要求，获得船东的一致好评，为解决细长内孔加工提供了参考方案。
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