钻机立轴外六方铣削加工方法

刘志 肖燕波 孔中捷 邹煜时

摘要：立轴是立轴式工程勘察钻机和岩心钻机回转器中的核心零件，本文设计制造一种立轴外六方铣削加工的工装，提高零件的加工质量和效率。

关键词：钻机;回转器;立轴;外六方

目前国内市场上几乎所有立轴式岩心钻机和工程勘察钻机回转器都是通过立轴的外六方将扭矩和转速传递给主动钻杆和配套钻具，结合钻机的夹持给进机构，实现钻机的回转钻进功能。立轴外六方的加工质量和效率直接影响钻机的质量和制造成本。

1、立轴的结构分析

如图1所示，立轴外形结构主要形面为外六方面，在钻机回转器中，立轴外六方面与芯管内六方面配合传递钻机钻孔所需的回转运动和扭矩，外六方平行度和对称度达不到圖纸要求，将影响钻机的装配和钻机回转运动的稳定性，降低产品质量。

2、立轴外六方传统加工方法

在以往的加工过程中，用立式铣床进行外六方的铣削加工。其加工方法为：将分度头和顶尖分别固定于立式铣床工作台上，校正位置，用分度头自带三爪卡盘夹住立轴左端一端外圆面，另一端用锥形顶尖顶住φ60内孔，对刀，铣削φ78外圆面进行六方的加工，加工完六方的一个面后，松开顶尖，用分度头将工件旋转60°后，用顶尖再次顶住内孔，加工六方的第二个面，重复操作致六个面全部加工完毕。由于立轴长度1050mm，相当于细长杆件，两端支撑刚度不够，当铣削加工到中间位置附近便开始产生较强振动，导致六方表面粗糙度、平型度、对称度经常不能达到图纸要求，零件返工报废率较高。

3、立轴外六方新型加工方法

针对传统加工方法的缺点，我们设计制造了立轴外六方铣削加工工装，工装具有以下优点：根据待加工立轴长度调整夹具的数量，避免加工过程中产生振动;通过夹具独特设计，不需要依靠分度头分度实现六方的加工;通过更换垫块，可实现多种不同尺寸外六方的加工;采用螺纹机构压紧装置，操作方便。

工装的结构如图2，夹具体1通过4颗T型螺栓固定于铣床工作台上，垫块定位销2安装到夹具体中间平面的圆孔内，垫块3中心圆孔与垫块定位销2间隙配合，补充垫块4的厚度等于工件外圆半径与外六方相对两平面距离一半的差，补充垫块定位销10一端安装到垫块3中心孔里，另一端安装到补充垫块4的中心孔里。套5过渡配合安装到夹具体1圆孔里面，压柱6安装到套5内孔里，螺套7通过4颗内六角螺栓11固定到夹具体1上，丝杆8头部圆柱头能从侧面卡入压柱6尾端卡槽内。丝杆8通过梯形螺纹与螺套7旋合，推拉压柱6夹紧、放松工件。丝杆8尾部安装有扳杆9，压柱6设立轴向键槽，通过安装于螺套上的导向螺钉12的圆柱端实现运动导向，避免压柱6绕其中心轴线旋转，影响压紧工件。

使用工装的新型加工方法：根据立轴长度等因素综合考虑，选用合适数量的工装按合适间距摆放到铣床工作台上，此时补充垫块4不安装，逆时针旋转各工装丝杆8直到工件能从上面放下到垫块3上，顺时针旋转各工装丝杆8直到压柱6压紧工件，此时夹具利用待加工工件相互对齐，用T形螺栓将夹具和立轴一起紧固到铣床工作台上，如图3。对刀试切后，调整进刀量为补充垫块4的厚度值，开始加工外六方第一个面，如图4。第一个面加工完成后，松开压柱6，转动工件使已加工完成平面靠紧夹具体1与水平面呈60°的定位斜面，外圆柱面与垫块3上平面相切，压柱6压紧工件，加工外六方的第二个平面，用同样方法加工好第三个平面后，卸下工件。装好下一个工件，由于待加工工件外圆尺寸存在差异，每个工件第一个平面的加工都需要对刀试切一次，调整进刀量为补充垫块4的厚度值。待一批次产品前三个平面加工全部加工完后，需要装上补充垫块4，补充垫块4上平面代替垫块3上平面与工件接触，其余操作方法相同，加工第四、五、六个平面，如图5，直至外六方加工完成。

4、结语

在生产实践中使用工装加工立轴外六方，有效避免加工过程中产生振动，减少对机床和刀具的损伤，提高产品的精度和合格率，大幅提高加工效率，节约了成本。

参考文献：

[1] 成大先. 机械设计手册[M]. 北京：化学工业出版社，2007

[2] 夏祖印，张能武. 机械加工实用手册[M]. 安徽：安徽科学技术出版社，2008

[3] 东北重型机械学院. 机床夹具设计手册[M]. 上海：上海科学技术出版社，1990

作者简介：刘志，男，汉族，1983年生，工程师，机械设计制造及其自动化专业，主要从事钻探设备的研制和教学工作。