摘 要：介绍超长螺旋轴的加工工艺，解决超长轴的装夹加工，扩大车床加工能力和螺旋叶片展开下料尺寸计算，高强度，大导程螺旋叶片的成形问题。
螺旋输送机是一种常用的连续输送机械。它是利用螺旋轴的旋转运动使物料向前运送，适用于输送粉状、粒状和小块状物料，不适于输送易变质的、粘性大的和易结块的物料。广泛用于冶金、建材、化工、医药和轻工等行业。
1 超长螺旋轴加工问题的提出及难点
按螺旋输送机的有关设计规定：长度超过6000mm的螺旋轴宜作分段用悬挂
轴承联接。但使用悬挂轴承也给悬挂轴承的维修、润滑等带来不便。因此，长度在8000mm左右、大轴径、大螺径的螺旋输送机，用户希望用整体的长螺旋轴。
在机械加工中，工件长度与工件直径之比大于20的轴称为细长轴。细长轴因为本身刚性较差，当受到切削力时，会引起弯曲、振动，加工很困难，轴径比越大，加工就越困难，加工精度较难保证。下面以实例谈谈：螺旋输送机超长螺旋轴的加工方法和措施。用户螺旋输送机的技术参数是：螺旋输送机总长8500mm，螺旋轴长8400mm，输送距离L=7570mm、螺旋导程为L＝505mm、螺旋直径φ＝600mm、螺旋芯轴采用φ219×10无缝管、螺旋叶片用 16Mn钢板，厚度δ＝8mm。
公司用于加工轴类零件的最大机床C650×5000的最大加工长度为5000mm，而该螺旋轴的长度为8400mm，远远超出了车床的加工范围，同时螺旋叶片不仅厚度厚、螺旋深度大，而且导程也大。通过对螺旋轴图纸分析：螺旋轴的主要机加工部位为两端轴头，技术要求是保证两端轴承位的尺寸和同轴度，螺旋轴切削加工的关键是解决机床的加工能力，和提高工件加工时的刚性；螺旋轴加工的另一个难度是：螺旋叶片的成形和焊接螺旋叶片时螺旋轴的变形量控制。螺旋轴的示意图见图1。
2 超长螺旋轴的加工及解决措施
2.1 机床加工能力问题的解决
C650车床难以加工此超长轴的原因是：该车床的导轨只有50 00mm，而螺旋轴的长度为8400mm，需要具有9000mm以上导轨的车床才能装夹加工。外协加工造价高，而且周边厂家没有这样的车床。在C650车床尾部轴向制作安装一机座，用于固定车床尾座，解决螺旋轴的装夹问题。机座制作要求的关键：一是机座安装要牢靠；二是机座安装高度必须能确保尾座的中心与车床主轴中心等高，车床尾座在其上能左右调整，保证机座轴线与车床轴线的同轴度。
2.2 提高螺旋轴的加工刚性
螺旋轴的长径比为8400/219＝38.4属于细长轴。按细长轴特点和《车工工艺学》中介绍的提高工件刚性的方法，采用过定位方法进行夹持螺旋轴，即车削螺旋轴采用一夹一顶一中心架支撑的装夹方法。由于螺旋轴空心管段为未加工毛坯面，中心架不能直接使用，所以设计了过渡的调心套筒，这样中心架就能支撑螺旋轴，提高螺旋轴的加工刚性，改善其加工性。螺旋轴车削加工装夹示意图见图2。
2.3 螺旋叶片的成形
螺旋叶片下料尺寸，按板金工下料方法作图，其原理图见图3。螺旋叶片尺寸可按图3所示用CAD作图测出；也可按图3用数学原理计算得出。此例中要加工的螺旋叶片的各参数及计算数据如下：
由于螺旋叶片的厚度较厚，螺旋叶片的内外径差值大，螺旋的导程长，传统的加工方法是：采用每片单独拉伸加工成形，然后逐片焊接到螺旋芯轴上。但是该叶片强度高，传统的手工展开成形，不仅效率低，劳动强度大，而且每片成形很难一致。经过研究和试验，根据弹簧的拉伸原理，采用整组拉伸螺旋叶片的方法顺利地解决这个难题，具体的做法是：①把金加工后的螺旋叶片画好过中心的线，沿线单边剪开；②根据螺旋线的旋转方向将螺旋叶片向两边稍微展开，方便焊接即可，将全部螺旋叶片一片一片焊接起来成弹簧状；③把螺旋叶片套入螺旋芯轴，将螺旋芯轴支承于专用拉具上，用手拉葫芦拉伸螺旋叶片到要求导程并点焊固定；④螺旋叶片与螺旋芯轴焊接。螺旋叶片拉伸示意图见图4。
2.4 焊接变形的控制
螺旋芯轴与叶片之间一面全焊，一面断焊连接，如果焊接变形量未控制好，那么螺旋轴在安装时两端轴承位同轴度误差就较大，螺旋轴在运转过程将产生离心力，引起振动，增加输送阻力。所以必需采用合理的焊接顺序和正确的施焊方法，采用CO2气体保护焊，电流120A、电压19V、焊丝为H08Mn2SiA直径φ1.6，交错对称旋转断续焊接，减短每次焊缝长度，每段焊缝长度不超过100mm，焊角高3mm，从而减少焊接变形及焊接应力。焊接顺序示意图见图5。
2.5 螺旋轴的制造工艺过程（工序）
1.下料 2.轴头粗加工 3.螺旋轴管校直与轴头配合尺寸的加工 4.螺旋芯轴的组装 5.螺旋芯轴加工 6.螺旋叶片的加工 7.螺旋叶片成形8.螺旋轴焊接叶片→完成。
3 超长螺旋轴加工过程的技术要点
3.1由于螺旋芯轴的刚性差，因此螺旋芯轴粗加工时，在切削用量的选择上应尽可能降低切削用量，即采用大走刀量S=0.5mm/r左右、小吃刀深度 H≤2mm。由于高速切削时离心力大振动也大，所以切削速度也应取较小值，机床转速N=24～40r/min。
3.2 螺旋芯轴金加工时要先检验机床主轴与尾座的同轴度，如不同轴，采用试车法进行调整，直至同轴。即装夹好后，先试切削工件，检测一段长度内工件的直径偏差，按夹位与顶尖的距离同检测的长度比，换算调整机床尾座左右位置，保证机床主轴与尾座的同轴度。
3.3 车刀宜采用抗振性好的高速钢。
3.4 螺旋叶片的内径金加工误差，控制在＋0.1mm内，内径过小会造成拉伸时导程不够，内径如果偏差大，拉伸时会导程大小不一，焊缝不均，由于螺旋轴叶片焊后不再进行金加工，螺旋叶片外径偏差应控制在0.3mm内，否则造成螺旋直径大小不一，使用时造成振动。
3.5 采用拉伸法成形叶片时，由于拉伸变形存在一定的伸长量，叶片内外径实际要比理论计算尺寸相应小1～2.5mm。但不同导程、不同材质的情况不一。
3.6 螺旋叶片的拉伸成形由于不是单片制作，不必去除单片制作时的每片多余材料，也就不必计算每片去除材料角度。
3.7 叶片拉伸成形接近至导程时，螺旋导程矫正，叶片定位，由中间逐渐向两端，比由一端向另一端省力、省工。
4 结语
采取以上的方法、措施，解决了超长螺旋轴和高强度，大导程螺旋叶片的加工难题，螺旋轴的制造符合图样技术要求，满足了用户的生产使用需求。采用这种加工超长螺旋轴的方法、措施，能减少加工工作量，减轻劳动强度；节约制造材料，降低加工成本；同时为加工类似超长细长轴、螺旋叶片成形、扩大车床的加工能力提供了宝贵的经验。
