30MW發電機定子線棒錐體模設計改進

摘 要：文章主要介紹工業用30MW四級發電機定子線棒錐體模（整形、膠化、固化一體模）加工技術攻關項目，包括設計上的改進、選配合適的加工刀具、改進工藝方法等。

關鍵詞：發電機；定子線棒錐體模；三維建模；數控編程

30MW發電機組功率高、電流大、電壓等級高，是我廠至今生產容量最大的機組。這給發電機定子線圈的設計與制造提出了較高的要求。對于定子線圈，其中加工最復雜部分為端部弧段，與電機軸線成30度角，和鼻部連接的線圈有效部分還有一個S形升高，再加上扭曲傾角，形成了一個空間扭曲。除了形狀不規則外，裝入定子的線圈要保證線圈主絕緣厚度的均勻，在轉角與升高處不能發偏，否則會在絕緣薄弱處形成擊穿點，構成質量的不安全因素。線圈型線吻合度要好，防止在嵌線時出現因線圈間的空隙不均勻而造成端部相碰的問題。

制造精度高、復雜程度高的定子線圈，滿足其條件必須靠較之要求更細的模具來保證。我廠傳統上模具整體采用木結構，雖然其結構簡單、制造廉價，但是也有缺點：

（1）對模具中重要零部件如端部復雜的空間曲線配合面等，都

靠工人參照二維圖紙進行手工研磨，難以保證制造精度。

（2）利用木模制造出的定子線圈型線吻合度較差，在嵌線時出現因線圈間的空隙不均勻而造成端部相碰的問題。木質結構使用過程極其容易被磨損，磨損后型線吻合度更差，必須重新更換。

（3）生產過程中，端部型線部分通常靠機床去除大部分余量后留余量靠工人研磨。機床操作者都是手動編程。對于復雜的型面，編程數據量大，輸入速度極慢，準確率難保證。

針對上述的缺點，我做出以下三點改進：

1 改進模具設計

模具采用鋼材，耐磨，使用壽命高。設計的結構保證每組結構基本相似，通用性強，制造方便，盡可能降低制造成本。零部件獨立，更換操作方便、靈活。根據定子線圈結構及使用要求，新設計的模具結構分上、下層，上下層有兩個端部，分別對應汽端和勵端，所以一套模具共有4組，分別對應各個端部。每組結構基本相同，模具型腔就是定子線圈端部部分。材料為常見的Q235A，價格低廉。該套模具結構簡單，過程加工，工序間模具的調整、更換部件操作方便、靈活。如圖1所示。

2 采用3D建模

模具設計表達一般用二維圖紙，對線圈的實際生產指導作用有限，不可避免的出現設計、工藝與生產的脫節現象，造成材料的浪費。因此對于復雜零件必須引入三維模型，可以直觀的看到模具的裝配效果，檢查與其他零部件的干涉情況，提高設計、加工效率。運用UG現代三維軟件成功對定子線圈及模具進行實體建模和數控編程，直觀地看到模具的裝配效果。通過修改三維數據尺寸，解決了線圈型線吻合度較差的問題，保證了線圈厚度的均勻性。

我公司設計的線圈模具是由一個錐體和附著在其上的壓鐵組成。錐體為標準部件，建模相對簡單，只需按圖紙尺寸，運用UG建模環境下的特征造型和平面切割，就可以準確地做出。壓鐵構造同樣在UG建模環境下進行，首先做一個與錐體相切的展開平面再按圖紙在平面內構造展開曲線并附著到錐體，最后運用草圖指令和掃掠指令構造出壓鐵大概輪廓。最后，利用橋接曲線及縫合命令將轉角R部分順滑起來。

3 改進加工方法

徹底改變老一派制造模具的慣用模式，采用國際上最先進的三維軟件編程代替以往手動輸入編程的模式。與時俱進，大大降低了工人的勞動強度，保證編程輸入的準確率。

根據線圈模具的實際使用及加工要求，結合我公司當前設備的運行情況，選用五面體加工中心，該設備自帶USB輸入接口。為滿足機床特性及加工要求，提高加工效率，利用UG三維軟件進行編程與后置處理，解決手動輸入的老大難問題。壓鐵部分為主要數控加工部位，其余量分布情況極為復雜。因端部壓鐵有一個S形升高，再加上扭曲傾角，形成了一個空間扭曲。在加工方法上，為保證加工精度，先后選用了多齒銑刀、球頭銑刀等分別對配合面、非配合面進行加工。由于壓鐵內腔毛坯余量不均勻，所以極易引起加工時切削力不均，造成切削振動，使工件發生加工變形。因此工作面必須進行粗銑、半精銑，為最后精加工留少許余量分層切削，精加工一次性不間斷走刀完成。頂面及側面非貼合部分為自由曲面，只進行粗精加工。程序數量多達228個。最后進行程序校驗，利用UG設定參數，生成加工程序并利用3D動態模擬功能進行刀位三維仿真，以消除刀具與加工表面之間的干涉情況，并計算是否有刀具過切現象。

經校驗無誤后，選擇與機床控制系統相對應的后置文件進行程序后置處理，得到機床能執行的代碼文件及加工程序，拷入機床系統進行加工。

4 結束語

利用該模具做出來線棒圓角過渡圓滑，保證線圈主絕緣厚度的均勻，在轉角與升高處不發偏，保證質量安全系數。線圈型線吻合度好，解決了在嵌線時出現因線圈間的空隙不均勻而造成端部相碰的問題。這使得汽輪發電機線棒模采用數控加工成為現實，徹底改變老一派制造錐體模的慣用模式，大大降低了工人的勞動強度，填補了我公司在現代科技生產制造加工技術方面上的空白，成為實現公司創效爭優的宏偉目標路上的一大革新。

參考文獻

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[3]張于，張麗.汽輪發電機定子線圈模型的建立[J].東方電機，2006（3）：39-41.

作者簡介：張俊添（1988-），男，201

2年至今擔任廣州廣重企業集團有限公司機械生產制造工藝技術人員，助理工程師，主要負責工業用汽輪發電機組的核心零部件的生產制造工藝開發與改進。