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摘 要:对Y系列中型异步电动机的机座的工艺分析。介绍了在普通立车上加工机座的状况,进行理论分析,摸索出在
普通立车上加工中型机座的新方法。解决了中型电机制造中的工艺难点。并阐述了以专用镗床替代立车的趋势。
关键词:电机机座 中型 工艺分析
中图分类号:TM32 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)03(b)-0017-02
1 机座结构工艺性分析
大中型异步电动机机座多钢板焊接结构,呈箱体状、细长。设计技术要求两面三刀端止口与铁芯内径尺寸精度等级较高(7级),且有同轴度要求(见表1),对于这种箱式钢板焊接结构的机座,美国西屋公司采用镗床与立车并列的加工方法,而ABB公司而用数控机床或加工中心加工加工机座。目前我们国内绝大部分电机行业厂用于加工中型机座的设备大多还是适用于JR、JS生产的普通立车,尚列专用设备。因此在JR、JS老系列产品步向中型新系列(即Y系列)产品过渡的过程中,中型机座的机械加工是各电机制造厂面临的共同工艺难点。
2 机座大平面加工方法
中型机座的机械加工,过去我们沿用传统的JR、JS加工方法。在加工过程中由于机座细长,装夹困难。首先遇到的是工件产生颤振现象。因此加工效率很低,并且加工表面震纹严重。远远达不到图纸的表面粗糙度要求。完成一台机座加工,平均需要40个小时以上。为了解决这个问题,我们曾试用高压板装夹方法和低压板板装夹方法,效果均不理想。经过不断摸索,反复进行工艺试验,终于找到了工件发振的原因。
首先将在加工过程中所产生的切削力,分解为3个互相垂直的切削分力,然后将切削分力对工件所产生的影响逐一进行受力分析。
(1)切削的主切削力Fz使工件产生旋转位移,故工件的夹紧主要靠胎具基准面对机座止口端面的摩擦力Wf与主切削力Fz来平衡,即必须满足:Fz≤Wf
Fz——主切削力
Fx——轴向力(走刀抗力)
Fy——径包呼(吃刀抗力)
f——摩擦系数
W——压力
(2)走刀抗力Fx与吃刀抗力Fy均使工件产生倾翻力矩。
Mx = Fx·D
My = Fy·L
式中:W—作用在胎具基准面的夹紧合力
f—摩擦系数
D—机座端面直径
d—机座止口内径
L—有效加工长度
从上述可见,工件越细长,切削力引起的颤振现象就越严重。即L/d值越大,加工稳定性就越差。对此,我们针对性地采用“加大定位基准平面,以求工件有较好地装夹稳定性”的工艺方法,在工艺试验中得到到验证,效果很好,解决了长期以来机座内园车削加工的发振难题,我们将该项工艺方法定义为“大平面加工法”。采用该方法后,加工效率明显提高。首次试制就将加工工时降到原加工工时的1/2,提高工效一倍。该方法经过一年多的试行,已稳定在平均每台加工工时是原来加工工时的,取得了一定的经济效益。经过对比采用该项新工艺的生产效率是原工艺生产效率的2.67倍,平均每台机座加工节约资金近70万余元。随着中型电机逐步取代IR、JS电机,则这项工艺方法所产生的经济效益将会更为明显。
3 机座加工新旧工艺分述对比
(1)、旧工艺(传统工艺)的特点是:用机座止口内圆定位,以止口平面为基准面上车胎,用车胎保证机座内圆的同轴度。
缺点:加工稳定性差,加工过程中工件严重发振,生产效率低,加工质量不好。
优点:校调方便,较容易保证机座内圆的同轴度要求。
加工后工件检验结果为:
a 尺寸精度:能达到图纸要求。
b 形位公差:变形较大,不能保证圆度径向圆跳动的要求。
c 表面粗糙度:震纹严重,达不到图纸要求。
(2)新工艺的特点是:以机座两端大平面为基准面定位装夹。
缺点:校调不方便,辅助工时增多,机座的焊接质量对该方法的加工效率影响较大。
优点:加大了定位基准面,装夹稳定,提高了生产效率,加工质量好。
加工后工件检验结果为:
а 尺寸精度:达到图纸要求。
ь 形位公差:变形量在公差范围内,能保证图纸要求。
с 表面粗糙度:达到图纸要求。
影响切削进刀量的工艺参数(见表2)
影响加工效率的几个因素:
①校调不方便,辅助工时增多,用普通百分表找正机座止口内圆,观察较困难,找正速度慢,是影响机械加工效率的重要因素之一。若采用外置式数显百分表作校调工具,效率能有较大提高。
②机座的焊接质量直接影响机座的机械加工效率,焊接质量与机械加工效率的关系是成正比关系。例如:机座端部大平面加工,用走刀速度S=0.28mm/s,主轴转束n=15r/min,因断续切削吃刀量,＜5mm,完成一次进刀切削需用50min,若机座大端面高低不平,要车平大端面就需2～3次进刀,加工工时就将增至100～150min。
另外机座铁芯挡内圆加工余量不均匀也是影响机械加工工质量的重要因素之一。因此,要提高机械加工效率,首先必须保证机座的焊接质量。
③该项大平面加工方法,新工艺是在普通立车上加工中型机座的一条新途径,它解决了Y系列电机机座的机械加工难点。针对国内生产中型电机的绝大部分厂家用于加工中型电机机座的设备均为立车的现状,该项在普通立车上加工中型机座的新工艺有推广价值。
4 中型机座加工以镗床替代立车讨论
镗加工:
装夹方式:以加工后的底脚平台为基准,一次装夹,连续完成两端口及铁芯内径的加工。
特点:
a两端止口及铁芯内径之间的同轴度取决于设备精度,因为它们是在一次装夹中完成的,减少了装夹次数和找正等误差。ь不受径向夹紧力,减少机座变形。с工艺装具简单,测量方便。
目前实际生产中,由于设备所限多采用立车加工机座。现将镗床与立车加工中型电机机座分析如下:(1)装夹稳定性,从表1可以看出,机座总长L与内径φ之比L/φ=1.3-2.5。L越长、φ越小,其竖起装夹的稳定性就越差。镗加工为卧式装夹(如图3),增加了其稳定性。
(2)装夹的受力分析,如图4为车加工装夹方式,其夹紧力F为径向,这势必引起径向变形。一般在实际操作中,精车前彩松卡盘爪以减少变形的措施,然而这样又带来新的矛盾松的过多,件夹不住;松的过少,又不起作用,操作者是很难掌握好这个量度的。如图3为镗加工装夹方式,夹紧力垂直向下,一般不会引起工件的变形,机座的变形误差等于零。
(3)刀杆的力矩分析, 车加工过程中,刀杆随切削而不断伸长,如图4在加工铁芯内径时,刀杆承受的切削力矩M=h·p(p为切削力),产生刀杆颤动,引起打刀,且加工部位的表面粗糙度降低,影响装配性能。
而镗加工由于采用特殊結构的镗杆(如拉杆连或曲杆等),避免了悬臂结构,提高了刚性满足了精度要求。
(4)机座的刚性分析,车加工装夹用四爪卡盘,径向夹紧在加工止口时,卡盘爪与被加工面的距离为H此时工件所受切削力矩为M=P×H机而工件为钢板焊接结构,整体刚性不好,这样工件加工中产生颤动,而影响了加工精度。镗加工不采用这种装夹结构而采用卧式装夹,刚性比较好。另外,车加工还有刀杆和机座刚性不良产生的影响等,致使整机气隙不均,从而影响电机的效率、温升、转矩等参数,严重时出现扫镗现象,使电机质量下降。
总之,虽然立车加工有其独特优点,但以镗代车已是势在必行。只有这样才能稳定产品质量,在稳定中求得提高。所以,应对现有镗床实行技术改造,使之适应生产所需。可以确信,随着生产条件的不断改善,镗床将发展成为具有镗机座底脚平面,加工内径、钻孔攻丝等功能的加工中心。
普通立车上加工中型机座的新方法。解决了中型电机制造中的工艺难点。并阐述了以专用镗床替代立车的趋势。
关键词:电机机座 中型 工艺分析
中图分类号:TM32 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)03(b)-0017-02
1 机座结构工艺性分析
大中型异步电动机机座多钢板焊接结构,呈箱体状、细长。设计技术要求两面三刀端止口与铁芯内径尺寸精度等级较高(7级),且有同轴度要求(见表1),对于这种箱式钢板焊接结构的机座,美国西屋公司采用镗床与立车并列的加工方法,而ABB公司而用数控机床或加工中心加工加工机座。目前我们国内绝大部分电机行业厂用于加工中型机座的设备大多还是适用于JR、JS生产的普通立车,尚列专用设备。因此在JR、JS老系列产品步向中型新系列(即Y系列)产品过渡的过程中,中型机座的机械加工是各电机制造厂面临的共同工艺难点。
2 机座大平面加工方法
中型机座的机械加工,过去我们沿用传统的JR、JS加工方法。在加工过程中由于机座细长,装夹困难。首先遇到的是工件产生颤振现象。因此加工效率很低,并且加工表面震纹严重。远远达不到图纸的表面粗糙度要求。完成一台机座加工,平均需要40个小时以上。为了解决这个问题,我们曾试用高压板装夹方法和低压板板装夹方法,效果均不理想。经过不断摸索,反复进行工艺试验,终于找到了工件发振的原因。
首先将在加工过程中所产生的切削力,分解为3个互相垂直的切削分力,然后将切削分力对工件所产生的影响逐一进行受力分析。
(1)切削的主切削力Fz使工件产生旋转位移,故工件的夹紧主要靠胎具基准面对机座止口端面的摩擦力Wf与主切削力Fz来平衡,即必须满足:Fz≤Wf
Fz——主切削力
Fx——轴向力(走刀抗力)
Fy——径包呼(吃刀抗力)
f——摩擦系数
W——压力
(2)走刀抗力Fx与吃刀抗力Fy均使工件产生倾翻力矩。
Mx = Fx·D
My = Fy·L
式中:W—作用在胎具基准面的夹紧合力
f—摩擦系数
D—机座端面直径
d—机座止口内径
L—有效加工长度
从上述可见,工件越细长,切削力引起的颤振现象就越严重。即L/d值越大,加工稳定性就越差。对此,我们针对性地采用“加大定位基准平面,以求工件有较好地装夹稳定性”的工艺方法,在工艺试验中得到到验证,效果很好,解决了长期以来机座内园车削加工的发振难题,我们将该项工艺方法定义为“大平面加工法”。采用该方法后,加工效率明显提高。首次试制就将加工工时降到原加工工时的1/2,提高工效一倍。该方法经过一年多的试行,已稳定在平均每台加工工时是原来加工工时的,取得了一定的经济效益。经过对比采用该项新工艺的生产效率是原工艺生产效率的2.67倍,平均每台机座加工节约资金近70万余元。随着中型电机逐步取代IR、JS电机,则这项工艺方法所产生的经济效益将会更为明显。
3 机座加工新旧工艺分述对比
(1)、旧工艺(传统工艺)的特点是:用机座止口内圆定位,以止口平面为基准面上车胎,用车胎保证机座内圆的同轴度。
缺点:加工稳定性差,加工过程中工件严重发振,生产效率低,加工质量不好。
优点:校调方便,较容易保证机座内圆的同轴度要求。
加工后工件检验结果为:
a 尺寸精度:能达到图纸要求。
b 形位公差:变形较大,不能保证圆度径向圆跳动的要求。
c 表面粗糙度:震纹严重,达不到图纸要求。
(2)新工艺的特点是:以机座两端大平面为基准面定位装夹。
缺点:校调不方便,辅助工时增多,机座的焊接质量对该方法的加工效率影响较大。
优点:加大了定位基准面,装夹稳定,提高了生产效率,加工质量好。
加工后工件检验结果为:
а 尺寸精度:达到图纸要求。
ь 形位公差:变形量在公差范围内,能保证图纸要求。
с 表面粗糙度:达到图纸要求。
影响切削进刀量的工艺参数(见表2)
影响加工效率的几个因素:
①校调不方便,辅助工时增多,用普通百分表找正机座止口内圆,观察较困难,找正速度慢,是影响机械加工效率的重要因素之一。若采用外置式数显百分表作校调工具,效率能有较大提高。
②机座的焊接质量直接影响机座的机械加工效率,焊接质量与机械加工效率的关系是成正比关系。例如:机座端部大平面加工,用走刀速度S=0.28mm/s,主轴转束n=15r/min,因断续切削吃刀量,＜5mm,完成一次进刀切削需用50min,若机座大端面高低不平,要车平大端面就需2～3次进刀,加工工时就将增至100～150min。
另外机座铁芯挡内圆加工余量不均匀也是影响机械加工工质量的重要因素之一。因此,要提高机械加工效率,首先必须保证机座的焊接质量。
③该项大平面加工方法,新工艺是在普通立车上加工中型机座的一条新途径,它解决了Y系列电机机座的机械加工难点。针对国内生产中型电机的绝大部分厂家用于加工中型电机机座的设备均为立车的现状,该项在普通立车上加工中型机座的新工艺有推广价值。
4 中型机座加工以镗床替代立车讨论
镗加工:
装夹方式:以加工后的底脚平台为基准,一次装夹,连续完成两端口及铁芯内径的加工。
特点:
a两端止口及铁芯内径之间的同轴度取决于设备精度,因为它们是在一次装夹中完成的,减少了装夹次数和找正等误差。ь不受径向夹紧力,减少机座变形。с工艺装具简单,测量方便。
目前实际生产中,由于设备所限多采用立车加工机座。现将镗床与立车加工中型电机机座分析如下:(1)装夹稳定性,从表1可以看出,机座总长L与内径φ之比L/φ=1.3-2.5。L越长、φ越小,其竖起装夹的稳定性就越差。镗加工为卧式装夹(如图3),增加了其稳定性。
(2)装夹的受力分析,如图4为车加工装夹方式,其夹紧力F为径向,这势必引起径向变形。一般在实际操作中,精车前彩松卡盘爪以减少变形的措施,然而这样又带来新的矛盾松的过多,件夹不住;松的过少,又不起作用,操作者是很难掌握好这个量度的。如图3为镗加工装夹方式,夹紧力垂直向下,一般不会引起工件的变形,机座的变形误差等于零。
(3)刀杆的力矩分析, 车加工过程中,刀杆随切削而不断伸长,如图4在加工铁芯内径时,刀杆承受的切削力矩M=h·p(p为切削力),产生刀杆颤动,引起打刀,且加工部位的表面粗糙度降低,影响装配性能。
而镗加工由于采用特殊結构的镗杆(如拉杆连或曲杆等),避免了悬臂结构,提高了刚性满足了精度要求。
(4)机座的刚性分析,车加工装夹用四爪卡盘,径向夹紧在加工止口时,卡盘爪与被加工面的距离为H此时工件所受切削力矩为M=P×H机而工件为钢板焊接结构,整体刚性不好,这样工件加工中产生颤动,而影响了加工精度。镗加工不采用这种装夹结构而采用卧式装夹,刚性比较好。另外,车加工还有刀杆和机座刚性不良产生的影响等,致使整机气隙不均,从而影响电机的效率、温升、转矩等参数,严重时出现扫镗现象,使电机质量下降。
总之,虽然立车加工有其独特优点,但以镗代车已是势在必行。只有这样才能稳定产品质量,在稳定中求得提高。所以,应对现有镗床实行技术改造,使之适应生产所需。可以确信,随着生产条件的不断改善,镗床将发展成为具有镗机座底脚平面,加工内径、钻孔攻丝等功能的加工中心。