電機(jī)機(jī)座加工工藝方案與工藝裝備研究

蘆懷志，張明秋，王殿君，王 慧，張吉生

（黑龍江工業(yè)學(xué)院現(xiàn)代制造工程學(xué)院，黑龍江 雞西 158100）

電機(jī)機(jī)座通過其外部箱體式結(jié)構(gòu)保護(hù)電機(jī)內(nèi)部的定子和轉(zhuǎn)子，并利用其圓筒狀內(nèi)壁固定定子鐵心[1]，如圖1 所示。電機(jī)機(jī)座的機(jī)械加工工藝性可能會(huì)直接影響電機(jī)的性能：當(dāng)電機(jī)機(jī)座兩端止口相對(duì)于圓柱狀內(nèi)筒壁的同心度超差時(shí)，軸的回轉(zhuǎn)精度將會(huì)受到與電機(jī)機(jī)座內(nèi)孔裝配關(guān)系的影響，出現(xiàn)振動(dòng)和噪聲等問題，進(jìn)而直接影響電機(jī)的使用壽命[2-4]。因此，改善電機(jī)機(jī)座加工的同軸度精度可以作為提高電機(jī)機(jī)座加工質(zhì)量的一個(gè)重要突破口。從電機(jī)機(jī)座加工產(chǎn)生同軸度誤差的原因、工藝方案分析、工裝裝備設(shè)計(jì)角度展開研究，旨在提高電機(jī)機(jī)座的加工質(zhì)量。

圖1 電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

1 電機(jī)機(jī)座加工產(chǎn)生同軸度誤差的主要原因

（1）在精車的同一階段加工過程中，定位基準(zhǔn)未統(tǒng)一[5-7]：目前，國(guó)內(nèi)大部分電機(jī)制造企業(yè)在精車電機(jī)機(jī)座時(shí)，普遍采用兩刀加工的工藝方案，即精車出線端一側(cè)端面、止口、內(nèi)壁等尺寸時(shí)，采用非出線端端面及內(nèi)止口配合定位[8]；而精車非出線端一側(cè)端面、止口、內(nèi)壁等尺寸時(shí)，采用出線端端面及內(nèi)止口配合定位，如圖2 所示。因此，可以看出精車階段的兩次加工定位基準(zhǔn)不統(tǒng)一，粗車階段加工也是同理[9]。

圖2 電機(jī)機(jī)座結(jié)構(gòu)圖

（2）電機(jī)機(jī)座內(nèi)止口與定位胎具之間存在基準(zhǔn)位置誤差：目前，國(guó)內(nèi)大部分電機(jī)制造企業(yè)在加工電機(jī)機(jī)座時(shí)，基本都是采用定位胎具（止口胎）與電機(jī)機(jī)座內(nèi)止口配合定位。以精車非出線端一側(cè)端面、止口、內(nèi)壁為例，此時(shí)，利用上一道工序精車成的出線端內(nèi)止口與定位胎具（止口胎）配合定位，很顯然這會(huì)存在配合間隙[10-11]。

此外，對(duì)電機(jī)機(jī)座進(jìn)行徑向裝夾過程中，由于其徑向剛度低且箱體壁較薄，故易使電機(jī)機(jī)座箱體壁變形從而影響電機(jī)機(jī)座的同軸度精度。還有時(shí)效處理不充分、誤差復(fù)映、切削過程中刀具振動(dòng)等因素都可能會(huì)影響電機(jī)機(jī)座加工的同軸度精度。

2 電機(jī)機(jī)座加工的工藝方案

為了保證電機(jī)機(jī)座加工的質(zhì)量，針對(duì)在精車階段定位基準(zhǔn)不統(tǒng)一問題、電機(jī)機(jī)座內(nèi)止口與定位胎具之間存在基準(zhǔn)位置誤差等問題，改進(jìn)電機(jī)機(jī)座加工的現(xiàn)有工藝，設(shè)計(jì)電機(jī)機(jī)座加工專用新型工藝裝，具體工作如下：

（1）遵循基準(zhǔn)統(tǒng)一原則：遵循基準(zhǔn)統(tǒng)一是實(shí)現(xiàn)電機(jī)機(jī)座兩端止口及鐵芯孔在一次加工下完成的前提條件。故在擬定電機(jī)機(jī)座加工新型工藝方案時(shí)必須遵循基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。

（2）消除基準(zhǔn)位置誤差：設(shè)計(jì)新型工藝裝備時(shí)，通過利用定心定位原理達(dá)到消除基準(zhǔn)位置誤差的目的，并對(duì)電機(jī)機(jī)座內(nèi)止口與彈性套（新型工藝裝備與電機(jī)機(jī)座內(nèi)止口配合的部件）配合的定位誤差進(jìn)行計(jì)算，驗(yàn)證其定位誤差是否為0。

遵循基準(zhǔn)統(tǒng)一原則并擬定新型工藝方案，保證電機(jī)機(jī)座兩端止口及鐵芯孔在一次加工下完成的方案可行，從而保證精車階段定位基準(zhǔn)統(tǒng)一。針對(duì)YB160-S 型電機(jī)機(jī)座進(jìn)行分析，現(xiàn)有工藝方案和新型工藝方案對(duì)比如圖3 所示。

圖3 現(xiàn)有工藝方案（左）和新型工藝（右）

3 電機(jī)機(jī)座加工的工藝裝備

針對(duì)電機(jī)機(jī)座內(nèi)止口與定位胎具之間存在基準(zhǔn)位置誤差問題，設(shè)計(jì)新型工藝裝備替代現(xiàn)有定位胎具（止口胎），如圖4 所示；同時(shí)，利用螺旋壓板機(jī)構(gòu)進(jìn)行軸向夾緊，避免電機(jī)機(jī)座箱體壁徑向變形，實(shí)現(xiàn)電機(jī)機(jī)座兩端止口及鐵芯孔在一次加工下完成。

圖4 新型工藝裝備裝夾定位圖

新型工藝裝備的原理是齒輪機(jī)構(gòu)固定在底座上，利用齒輪齒條嚙合控制定心機(jī)構(gòu)的升降，同時(shí)利用導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向作用，實(shí)現(xiàn)定心機(jī)構(gòu)平緩地上升。利用吊車將電機(jī)機(jī)座吊到底座工作臺(tái)面上，電機(jī)機(jī)座和定心機(jī)構(gòu)同時(shí)對(duì)位，再利用圓錐鎖緊裝置對(duì)定心機(jī)構(gòu)上升位置進(jìn)行自鎖。轉(zhuǎn)動(dòng)偏心軸的手柄，通過偏心作用驅(qū)使滑套和螺栓帶動(dòng)壓蓋軸下移，壓緊彈性套，彈性套在錐面的徑向作用下，并利用上方壓蓋和下方彈簧的軸向定位下，實(shí)現(xiàn)徑向緩緩張開在電機(jī)機(jī)座內(nèi)止口，直至鎖緊在內(nèi)止口中，此時(shí)，利用螺旋壓板機(jī)構(gòu)對(duì)機(jī)座的接線盒及兩個(gè)底角進(jìn)行定位裝夾。裝夾結(jié)束后，反向轉(zhuǎn)動(dòng)偏心機(jī)構(gòu)手柄，重復(fù)上述原理，最終實(shí)現(xiàn)彈性套恢復(fù)初始狀態(tài)；再反向轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)手柄，重復(fù)上述原理，最終實(shí)現(xiàn)定心機(jī)構(gòu)下降到初始位置。定心機(jī)構(gòu)的剖視圖如圖5 所示。

圖5 定心機(jī)構(gòu)的剖視圖

在對(duì)新型工藝裝備的定心機(jī)構(gòu)進(jìn)行定位誤差計(jì)算前，以YB160-S 型電機(jī)機(jī)座為例，分析現(xiàn)有工藝方案電機(jī)機(jī)座內(nèi)止口與定位胎具配合的定位誤差，精車電機(jī)機(jī)座出線端后，內(nèi)止口尺寸為mm，而定位胎具與內(nèi)止口配合部位尺寸為mm，如圖6 所示。根據(jù)機(jī)械制造工藝學(xué)中定位誤差的計(jì)算公式δ定位=δ不重+δ位置= 0 +TD+T定位胎具+Xmin= 0 +0.052+0.04+0= 0.092 mm；而新型工藝裝備的定心機(jī)構(gòu)采用定心定位，消除了基準(zhǔn)位置誤差，δ不重和δ位置均為0，故δ定位=δ不重+δ位置=0。

圖6 電機(jī)機(jī)座內(nèi)止口與定位胎具配合

4 彈性套與圓錐體的接觸分析

為了驗(yàn)證彈性套在定心定位過程中工作的可靠性，利用ANSYS 軟件模擬彈性套在圓錐面作用下的受力情況[12-14]。建立彈性套與圓椎體配合模型，如圖7所示。

圖7 彈性套與圓錐體配合模型

由于該模型既是關(guān)于軸對(duì)稱又是中心對(duì)稱，故研究該模型的1/4 即可。依次劃分網(wǎng)格，建立接觸，定義位移約束，求解裝配預(yù)應(yīng)力，最終應(yīng)用ANSYS 軟件分析出彈性套在圓錐體擠壓下徑向漲開的極限位置（彈性套軸向下移2 mm）的應(yīng)力分布圖，模擬彈性套在極限位置的受力狀況，如圖8 所示。

圖8 應(yīng)力分布圖

5 結(jié)束語(yǔ)

通過分析電機(jī)機(jī)座加工同軸度精度對(duì)電機(jī)機(jī)座加工質(zhì)量的影響：總結(jié)了產(chǎn)生同軸度誤差的因素；分析了現(xiàn)有工藝存在基準(zhǔn)不統(tǒng)一的問題，并制定了基準(zhǔn)統(tǒng)一的新型加工工藝；研究了電機(jī)機(jī)座內(nèi)止口與定位胎具之間存在基準(zhǔn)位置誤差，并設(shè)計(jì)了新型工藝裝備消除基準(zhǔn)位置誤差；最后，應(yīng)用ANSYS 軟件對(duì)彈性套與圓錐體進(jìn)行接觸分析，模擬了彈性套在極限位置的受力狀況，驗(yàn)證了彈性套在定心定位過程中工作的可靠性。