數控大型電機轉子環形槽加工輔助設備研發

王宇清 王世剛

(齊齊哈爾大學機電工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

我國大中型沖擊發電機、大轉矩高速電動機的快速發展，對環形槽轉子電機及傳統的直槽轉子電機的生產加工提出了更高要求。我們設計研發的數控大型電機轉子環形槽加工輔助設備，屬于國家支持的重點領域產品。產品技術創新點在于:①主傳動采用全程消隙結構，用于分度裝置的正反向旋轉驅動進給，保證了左右圓弧與直線段加工起始點與末端點的加工平滑過渡，拐點處無刀痕;②立柱式浮動夾緊轉子工件裝置，抵消了加工徑向力，消除了工件振動，保證了直槽加工精度;③在設備的驅動和隨動兩端裝有分度自動檢測與數據比對的雙檢測系統控制裝置，確保轉子工件分度精準和加工的可靠性。④采用自主設計的機電一體化系統集成技術，實現了特殊工件的多工位程控自。

1 設備組成及工作原理

數控大型電機轉子環形槽加工輔助設備用于落地裝夾支撐并驅動轉子工件，其結構主要由主副床頭箱及主動與隨動卡盤、主軸動態正反轉消隙數控分度裝置、主動與隨動系統雙檢測控制裝置、大轉子工件滾動支撐裝置、中心架及轉子工件浮動卡緊裝置、數控系統聯動電路及數據線連接插排接口等機構組成。

該設備由兩對可調節變徑支撐滾枕和具有液壓浮動夾緊裝置組成的中心支架、兩端的大齒輪雙齒輪消隙分度裝置、主床頭箱及卡盤和副床頭箱及隨動卡盤組成(如圖1 所示)。

工作時本設備與TK6916/L80 型數控落地銑鏜床配套使用，利用數控鏜銑床的CNC 系統，加裝數據控制插排接口，通過電纜線與本設備控制電路相連，實現兩臺設備組合完成電機轉子工件表面環形槽加工的同步控制。加工時先將轉子工件夾在本設備兩端的兩個消隙分度床頭箱主動卡盤和隨動卡盤之間，中間靠近工件轉子鐵芯根部兩端的部分，支撐在中心支架的兩對可以隨著轉子工件轉動的可調節變徑滾枕上。該中心支架中部還設有電機轉子工件液壓浮動夾緊裝置(圖2)。當加工環槽的弧段時，液壓浮動夾緊裝置自動松開轉子工件，主、副床頭箱傳動機構配合銑鏜床的進給，同步分度轉動工件;當加工環槽的橫直槽段時，液壓浮動夾緊裝置自動鎖定工件，支撐架上轉子工件后側的液壓頂緊裝置配合銑鏜床進給同步加力頂住工件，使轉子工件保持軸線中心不變。

雙齒輪大齒輪碟簧消隙的主傳動結構，用于分度裝置的旋轉驅動進給。這種用于分度的旋轉驅動進給裝置，采用了雙齒輪、大齒輪碟簧消隙和雙齒輪、單齒輪消隙組合結構(圖3)。通過以上設計，保證了整個傳動鏈的正反向無間隙傳動，其傳動精度得以保證。

機床還具有雙檢測系統裝置，即在轉子工件的驅動端和被動端卡盤床頭箱內，都分別裝有分度轉動檢測裝置及相互比對反饋控制裝置(圖4)，提高了轉子工件的環槽加工精度和安全性。

分度進給時，分度裝置電動機帶動主軸旋轉，由數控銑鏜床的CNC 系統控制分度旋轉角度大小，通過編碼器反饋，保證進給精度。當主動端、被動端編碼器檢測不一致時，主機和本機停止所有動作，確保轉子工件分度精確及機床加工的精度和可靠性。為了達到進給的高精度，需要閉環反饋控制進給的精確工位，因此采用主軸直聯旋轉編碼器，來檢測位置精度;同時為了防止卡盤與工件之間的滑動，在尾座處增加了一個旋轉編碼器，檢測工件位置。只有兩個編碼器檢測的位置是一樣的時候，系統才可以進給，這樣確保了進給的高精度和加工的可靠性。

本設備主要是為加工大型電機轉子工件表面的環槽而設計的，因此需要在加工轉子直槽段時，轉子工件固定不動。加工環槽弧線段時，分度機構實現分度進給，轉子工件隨之轉動。本機設計就是依據此要求進行機械設計和電氣控制的。當加工轉子工件環槽的直槽段時，立柱夾緊機構夾緊工件，包括底面的夾緊機構夾緊工件轉子表面，之后上面的油缸夾緊轉子工件，這兩個動作完成后，側頂油缸從側面頂緊轉子工件，抵銷切削時水平切削力對工件的作用。當加工轉子環槽的弧線槽段時，立柱夾緊機構全部松開，數控分度主軸箱進行精確分度進給，與主機切削軸聯動，完成環槽加工。

2 主要技術指標

工件最大直徑 1 100 mm

四爪卡盤直徑 500 mm

主軸分度扭矩 11 000 Nm

主軸轉速 0 -2.5 r/min

尾座套筒行程 40 mm

尾座行程 900 mm

分度加工精度 4 〞

分度定位精度 2 〞

機床尺寸(長×寬×高) 14 200 mm×2 380 mm×2 800 mm

3 結語

輔助設備的研制成功，填補了我國環形槽轉子電機生產加工設備領域的一項空白，加速促進了我國大中型沖擊發電機、大轉矩高速電動機等新一代環形槽轉子電機的產業化生產和廣泛應用。這對于加強我國的國防建設、加快機電裝備制造業傳統設備的更新換代、促進裝備制造行業的技術創新與科技進步，都將起到積極作用。