电机整体辐筋轴的工艺分析

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  【摘要】大型高速电机转子品质是决定电机可靠性寿命的重要标志,本文通过大电机整体辐筋轴加工过程的介绍,控制整体辐筋轴加工的质量均匀性,提高转子的平衡精度,降低电机振动,取得了显著效果。
  【关键词】整体辐筋轴;转子平衡精度;电机振动
  1. 引言
  电机轴是电机输出功率的载体,轴的可靠性决定着电机的可靠性寿命。对小功率电机来说,轴多用焊接筋板轴,能节约钢材,工艺简单,被大多数电机厂家采用。而对大功率高速电机来说,焊接筋板轴由于工艺的波动,可靠性差,平衡精度很难保证,对整机振动不利。
  图1 轴的固定
  图2 轴筋的粗铣2. 电机整体辐筋工艺
  2.1 轴的工艺分析。我公司生产YKS1000-4 10000 KW 电机轴采用整体辐筋板轴结构,电机转速1500r/min,转子质量12500Kg,轴毛坯重7000Kg,需要剔出的废料近2000Kg(包括送检样件),加工工作量非常之大。为加工该轴,我们进行了周密工艺策划,确定工艺重点和关键难点。由于该电机转子残留不平衡量要求控制在10g左右,其组成转子主要零件:转子冲片、铜条、铜端环、护环基本是质量均匀件,产生不平衡因素较小,转子压圈、风扇为焊接件,存在一定不平衡量,但是可控量,轴的质量不均匀成为产生振动的主要因素,我们对轴残留不平衡量控制目标为500g以下,轴精加工成活后,需先进行校动平衡,在轴两端筋板上加重,以消除其存在的不平衡量,达到转子的平衡要求。我们把重点放在轴辐筋的加工上,以减少质量不均匀产生的不平衡对电机造成的损害。
  2.2 电机整体辐筋工艺过程。
  2.2.1 根据轴毛坯结构进行分析,决定轴辐筋的加工分为粗、精两次加工,位于凹型槽中的实体是需要剔除的废料。依据公司现有设备,我们决定利用现有8米刨床的铣削功能,安装铣头来完成轴辐筋的加工,解决切削量大的问题,提高加工效率。由于该轴毛坯为圆柱形,且毛重7000 Kg 左右,加工时轴的旋转调整难以实现,我们在剔除面的对称面两端设计了2 XM30 工艺螺纹孔,用于加工时轴的旋转调整。工艺孔位于轴的剔除面上,加工时先加工无螺孔区域最后加工有螺孔区域,待有螺孔区域加工完成后,又可以利用在筋板上装C形卡头来实现轴的旋转。
  图3 轴面粗铣 2.2.2 工件在铣削中的切削力很大,用V形压板夹紧,工件的自由度没得到充分限制,加工尺寸精度不好保证,为了防止加工中轴的转动,在第一个筋板槽加工时要选择适当加工位置,在工艺螺孔上装一个吊环,充分利用工艺螺孔的两种作用,既起到加工前后的调整作用,又起到增加约束的作用。轴向自由度采用在轴两端面增加限位挡块,挡块下端与机床相连接,完成轴的夹紧工作。
  2.2.3 首先设计两个等高V形支撑块和V形压板,V形块与机床相连,镶定位键与机床T形槽导正,保证与机床的平行,V形块支撑在轴基准圆上,利用压板压紧。见图1。
  图4 辐筋轴的加工2.2.4 工艺路线安排:(1)毛坯轴进厂后,圆锯床先截掉第一次样件——(2)在车床上车出轴筋板外圆尺寸(留加工量),车两端V形铁支撑基准、车筋板端面样件台阶——(3)在筋板端面放粗铣筋板样件线——(4)8米刨床进行轴筋的粗铣见图2——(5)8米刨床进行轴大平面的粗铣见图3——(6)刨削圆角——(7)车轴端面应力圆角——(8)调质处理。
  2.3 过程控制。
  (1)按粗铣加工样件轨迹线进行铣加工,如图2. 切削用量:每次吃刀深度6mm,在筋板端面以样件线为基准对刀,控制每次进刀。铣头转速选择80r/min ,铣削速度75 mm/min,加工后的加工面呈锯齿形,凹面底部为平面。因加工面长1.9米,刀具必须有一定的耐用度,选择YT15硬质合金刀片,当依次六个面的废料剔除后,再按第一次放样线进行平面的铣加工(铣平锯齿面),旋转一次铣两个平面,见图3. 加工完后最后进行刨圆弧角,该道工序完工后进行调质处理(HB229~251)。调质回厂后,再在1.6米车床上进行半精车各台阶和的加工。二次在轴筋板端面放精加工筋板样件线,重复上述加工。见图4。
  (2)由于高速电机轴平衡精度要求相当高,而轴质量的均匀性是保证平衡精度的决定因素,为保证轴加工后的质量均匀对称,加工前用高度尺测量两侧筋板水平位置的高度尺寸和筋板厚度,并设计对刀样板,以便随时可以测量加工面相对机床的角度和筋板加工厚度尺寸。
  3. 结果
  经过对加工过程中的控制,达到了我们预期的效果,轴残留不平衡量450 g,经过校平衡,轴残留不平衡量为100g。待转子压圈、转子铁心、铜条、铜端环、护环、内风扇、平衡环装配成后,最大残留不平衡量为250g,经过转子的整体高速精准校平衡,最大残留不平衡量控制在10g以下,电机试验整机振动值最大1.6mm/s ,达到了我们预期目标,为我公司产品进入大电机的生产行列奠定了基础。同时积累了大电机生产的经验,为一些有通用设备的厂家加工整体筋板轴提供了可借鉴的工艺。
  4. 结论
  通过对高速电机整体筋板轴加工过程的介绍,使得整体辐筋轴的工艺简便可行,对大电机零件加工必须强化过程控制,才能提高转子平衡精度,保证高速电机运行的可靠性,提高电机的寿命。
  [文章编号]1619-2737(2013)08-21-793
  [作者简介] 蔡彩华(1960-),学历:大专,职称:工程师,机械制造专业,从事中型、高低压电机产品工艺工作。
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