電機(jī)機(jī)座加工誤差控制研究

蘆懷志，張明秋，王殿君，王 慧

(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)座作為電機(jī)的重要零件之一具有支撐定子鐵芯和保護(hù)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的作用[1]，在機(jī)械加工過程中機(jī)座兩端內(nèi)止口相對于鐵芯檔內(nèi)圓的同軸度是影響電機(jī)機(jī)座加工質(zhì)量的關(guān)鍵因素，按照國內(nèi)大部分電機(jī)制造企業(yè)對于電機(jī)機(jī)座加工的形位公差控制要求，兩端內(nèi)止口相對于鐵芯檔內(nèi)圓的同軸度理論上應(yīng)不超過0.03 mm，而實(shí)際情況是嚴(yán)重超差甚至達(dá)到0.05 mm[2]。對電機(jī)機(jī)座工藝及機(jī)械加工展開深入研究，分析并控制引起同軸度超差因素，對于提高電機(jī)機(jī)座的加工質(zhì)量具有重要意義[3]。

1 電機(jī)機(jī)座加工引起同軸度超差的原因

國內(nèi)大多數(shù)電機(jī)制造企業(yè)對于大、中型電機(jī)機(jī)座的機(jī)械加工均采用立式車床[4]，通過對電機(jī)機(jī)座加工現(xiàn)場的實(shí)地調(diào)研及查閱大量相關(guān)資料總結(jié)出電機(jī)機(jī)座加工引起同軸度超差的原因如下：

大部分電機(jī)制造企業(yè)對電機(jī)機(jī)座的加工都采用兩次粗車、兩次精車的工藝方案[5]，由于電機(jī)機(jī)座精車階段加工前的半成品尺寸比粗車階段加工前的毛坯尺寸更接近成品尺寸，且精車階段加工對同軸度誤差的影響比粗車階段大，所以應(yīng)重點(diǎn)分析精車階段。第一次精車采用機(jī)座端面和內(nèi)止口與止口胎配合定位，精車非出線端一側(cè)內(nèi)止口和端面。電機(jī)機(jī)座結(jié)構(gòu)如圖1所示。第二次精車?yán)玫谝淮尉嚦傻姆浅鼍€端內(nèi)止口和端面與止口胎配合定位。精車階段的兩次加工定位基準(zhǔn)不統(tǒng)一[6-9]容易出現(xiàn)同軸度誤差超差。

圖1 電機(jī)機(jī)座結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of motor frame

機(jī)座端面和內(nèi)止口與止口胎配合裝夾定位時(shí)，機(jī)座內(nèi)止口與止口胎之間的配合屬于間隙配合[10-11]，容易因基準(zhǔn)位置誤差而造成同軸度誤差超差，如果止口胎與機(jī)座配合間隙較大，基準(zhǔn)位置誤差也會(huì)隨之增大，如果止口胎與機(jī)座配合間隙較小，雖然基準(zhǔn)位置誤差隨之減小，但會(huì)使止口胎與機(jī)座的配合安裝困難。

電機(jī)機(jī)座外形似圓柱狀筒狀結(jié)構(gòu)，筒壁較薄。在對電機(jī)機(jī)座進(jìn)行徑向裝夾定位時(shí)，由于其徑向剛度低，會(huì)因產(chǎn)生較大的徑向受力變形而影響同軸度誤差[12]。

利用立式車床對電機(jī)機(jī)座進(jìn)行切削加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，如果在粗車和精車工序之間時(shí)效處理時(shí)間不充分，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，影響電機(jī)機(jī)座加工的同軸度精度。此外，電機(jī)機(jī)座毛坯本身屬于鑄件或焊接件，在鑄造和焊接過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力存在而影響電機(jī)機(jī)座加工的同軸度精度[13]，其加工精度難以保證，這些精度或尺寸上的偏差可能通過誤差復(fù)映而反映到電機(jī)機(jī)座的加工誤差中。

電機(jī)機(jī)座生產(chǎn)過程中如果止口胎與機(jī)座端面配合面、止口胎與機(jī)座內(nèi)止口配合面不干凈，尤其是存在鐵屑碎屑或細(xì)小顆粒時(shí)，都會(huì)影響電機(jī)機(jī)座加工的同軸度精度[14]。

兩個(gè)底腳和接線盒會(huì)使電機(jī)機(jī)座在空間上呈現(xiàn)非對稱結(jié)構(gòu)，在對電機(jī)機(jī)座進(jìn)行切削加工時(shí)，通過立式車床卡盤帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生回轉(zhuǎn)離心力，引起切削振動(dòng)，影響同軸度精度。

用于加工電機(jī)機(jī)座內(nèi)止口的立式車床自身加工精度不夠，也會(huì)影響同軸度精度。

2 提高同軸度精度的措施

通過分析引起同軸度誤差超差的原因，考慮電機(jī)機(jī)座本身的結(jié)構(gòu)特征，提出提高同軸度精度的措施。在擬定電機(jī)機(jī)座加工新型工藝方案時(shí)，遵循統(tǒng)一定位基準(zhǔn)的原則，確保電機(jī)機(jī)座兩端止口及鐵芯孔內(nèi)圓在同一定位基準(zhǔn)面、同一次裝夾下、同一工序下加工完成。設(shè)計(jì)具備自動(dòng)漲緊定心功能的新型工藝裝備，實(shí)現(xiàn)與機(jī)座內(nèi)止口的無間隙配合，消除因間隙配合產(chǎn)生的基準(zhǔn)位置誤差。在對電機(jī)機(jī)座進(jìn)行裝夾定位時(shí)，采用軸向裝夾替代徑向裝夾，避免在較大徑向力作用時(shí)因電機(jī)機(jī)座徑向剛度低而產(chǎn)生徑向變形。對工序之間的時(shí)效處理時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格把控，在保證電機(jī)機(jī)座毛坯性能的前提下，優(yōu)化鑄造和焊接工藝參數(shù)，消除或減少內(nèi)應(yīng)力，最大程度地減少應(yīng)力變形對電機(jī)機(jī)座加工精度的影響。提高電機(jī)機(jī)座毛坯的鑄造精度，在不影響加工效率的前提下，盡量使電機(jī)機(jī)座兩端內(nèi)止口加工余量均勻，保證內(nèi)止口的機(jī)加精度。

3 同軸度誤差控制的工藝方案及工藝裝備

針對電機(jī)機(jī)座加工定位基準(zhǔn)不統(tǒng)一問題，改進(jìn)了電機(jī)機(jī)座加工工藝方案，如圖2所示。

針對電機(jī)機(jī)座加工存在的基準(zhǔn)位置誤差及徑向裝夾易使電機(jī)機(jī)座產(chǎn)生變形的問題，設(shè)計(jì)了新型工藝裝備，如圖3所示。該工裝應(yīng)用軸向裝夾，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)機(jī)座兩端止口及鐵芯檔內(nèi)圓的一次加工完成，保證電機(jī)機(jī)座加工同軸度誤差在合理控制范圍內(nèi)。

圖2 電機(jī)機(jī)座加工新型工藝方案Fig.2 New process program of motor frame

1-底座 2-銷 3-導(dǎo)向柱 4-彈簧 5-螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu) 6-壓蓋 7-彈性套 8-支座 9-導(dǎo)向柱套 10-齒輪軸 11-滑動(dòng)軸承 12-電機(jī)機(jī)座 13-六角頭螺栓 14-滑套 15-定位銷 16-偏心軸 17-滑動(dòng)軸承 18-齒輪軸手柄 19-六角頭螺栓 20-定位銷 21-銷 22-偏心軸手柄 圖3 新型工藝裝備的三視圖及組件名稱Fig.3 Three views and component names of new process equipment

4 結(jié)語

分析了同軸度誤差超差對電機(jī)機(jī)座實(shí)際生產(chǎn)加工的影響，指出了引起同軸度誤差超差的原因，提出了提高同軸度精度的措施。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了新型工藝方案和工藝裝備，待工藝裝備制造完成后還需要對實(shí)際加工數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、研究、反饋及反復(fù)試驗(yàn)，從而驗(yàn)證工藝方案及工藝裝備的可行性。