電機機座加工工藝方案與工藝裝備研究

蘆懷志，張明秋，王殿君，王 慧，張吉生

（黑龍江工業學院現代制造工程學院，黑龍江 雞西 158100）

電機機座通過其外部箱體式結構保護電機內部的定子和轉子，并利用其圓筒狀內壁固定定子鐵心[1]，如圖1 所示。電機機座的機械加工工藝性可能會直接影響電機的性能：當電機機座兩端止口相對于圓柱狀內筒壁的同心度超差時，軸的回轉精度將會受到與電機機座內孔裝配關系的影響，出現振動和噪聲等問題，進而直接影響電機的使用壽命[2-4]。因此，改善電機機座加工的同軸度精度可以作為提高電機機座加工質量的一個重要突破口。從電機機座加工產生同軸度誤差的原因、工藝方案分析、工裝裝備設計角度展開研究，旨在提高電機機座的加工質量。

圖1 電機內部結構圖

1 電機機座加工產生同軸度誤差的主要原因

（1）在精車的同一階段加工過程中，定位基準未統一[5-7]：目前，國內大部分電機制造企業在精車電機機座時，普遍采用兩刀加工的工藝方案，即精車出線端一側端面、止口、內壁等尺寸時，采用非出線端端面及內止口配合定位[8]；而精車非出線端一側端面、止口、內壁等尺寸時，采用出線端端面及內止口配合定位，如圖2 所示。因此，可以看出精車階段的兩次加工定位基準不統一，粗車階段加工也是同理[9]。

圖2 電機機座結構圖

（2）電機機座內止口與定位胎具之間存在基準位置誤差：目前，國內大部分電機制造企業在加工電機機座時，基本都是采用定位胎具（止口胎）與電機機座內止口配合定位。以精車非出線端一側端面、止口、內壁為例，此時，利用上一道工序精車成的出線端內止口與定位胎具（止口胎）配合定位，很顯然這會存在配合間隙[10-11]。

此外，對電機機座進行徑向裝夾過程中，由于其徑向剛度低且箱體壁較薄，故易使電機機座箱體壁變形從而影響電機機座的同軸度精度。還有時效處理不充分、誤差復映、切削過程中刀具振動等因素都可能會影響電機機座加工的同軸度精度。

2 電機機座加工的工藝方案

為了保證電機機座加工的質量，針對在精車階段定位基準不統一問題、電機機座內止口與定位胎具之間存在基準位置誤差等問題，改進電機機座加工的現有工藝，設計電機機座加工專用新型工藝裝，具體工作如下：

（1）遵循基準統一原則：遵循基準統一是實現電機機座兩端止口及鐵芯孔在一次加工下完成的前提條件。故在擬定電機機座加工新型工藝方案時必須遵循基準統一原則。

（2）消除基準位置誤差：設計新型工藝裝備時，通過利用定心定位原理達到消除基準位置誤差的目的，并對電機機座內止口與彈性套（新型工藝裝備與電機機座內止口配合的部件）配合的定位誤差進行計算，驗證其定位誤差是否為0。

遵循基準統一原則并擬定新型工藝方案，保證電機機座兩端止口及鐵芯孔在一次加工下完成的方案可行，從而保證精車階段定位基準統一。針對YB160-S 型電機機座進行分析，現有工藝方案和新型工藝方案對比如圖3 所示。

圖3 現有工藝方案（左）和新型工藝（右）

3 電機機座加工的工藝裝備

針對電機機座內止口與定位胎具之間存在基準位置誤差問題，設計新型工藝裝備替代現有定位胎具（止口胎），如圖4 所示；同時，利用螺旋壓板機構進行軸向夾緊，避免電機機座箱體壁徑向變形，實現電機機座兩端止口及鐵芯孔在一次加工下完成。

圖4 新型工藝裝備裝夾定位圖

新型工藝裝備的原理是齒輪機構固定在底座上，利用齒輪齒條嚙合控制定心機構的升降，同時利用導向機構的導向作用，實現定心機構平緩地上升。利用吊車將電機機座吊到底座工作臺面上，電機機座和定心機構同時對位，再利用圓錐鎖緊裝置對定心機構上升位置進行自鎖。轉動偏心軸的手柄，通過偏心作用驅使滑套和螺栓帶動壓蓋軸下移，壓緊彈性套，彈性套在錐面的徑向作用下，并利用上方壓蓋和下方彈簧的軸向定位下，實現徑向緩緩張開在電機機座內止口，直至鎖緊在內止口中，此時，利用螺旋壓板機構對機座的接線盒及兩個底角進行定位裝夾。裝夾結束后，反向轉動偏心機構手柄，重復上述原理，最終實現彈性套恢復初始狀態；再反向轉動齒輪機構手柄，重復上述原理，最終實現定心機構下降到初始位置。定心機構的剖視圖如圖5 所示。

圖5 定心機構的剖視圖

在對新型工藝裝備的定心機構進行定位誤差計算前，以YB160-S 型電機機座為例，分析現有工藝方案電機機座內止口與定位胎具配合的定位誤差，精車電機機座出線端后，內止口尺寸為mm，而定位胎具與內止口配合部位尺寸為mm，如圖6 所示。根據機械制造工藝學中定位誤差的計算公式δ定位=δ不重+δ位置= 0 +TD+T定位胎具+Xmin= 0 +0.052+0.04+0= 0.092 mm；而新型工藝裝備的定心機構采用定心定位，消除了基準位置誤差，δ不重和δ位置均為0，故δ定位=δ不重+δ位置=0。

圖6 電機機座內止口與定位胎具配合

4 彈性套與圓錐體的接觸分析

為了驗證彈性套在定心定位過程中工作的可靠性，利用ANSYS 軟件模擬彈性套在圓錐面作用下的受力情況[12-14]。建立彈性套與圓椎體配合模型，如圖7所示。

圖7 彈性套與圓錐體配合模型

由于該模型既是關于軸對稱又是中心對稱，故研究該模型的1/4 即可。依次劃分網格，建立接觸，定義位移約束，求解裝配預應力，最終應用ANSYS 軟件分析出彈性套在圓錐體擠壓下徑向漲開的極限位置（彈性套軸向下移2 mm）的應力分布圖，模擬彈性套在極限位置的受力狀況，如圖8 所示。

圖8 應力分布圖

5 結束語

通過分析電機機座加工同軸度精度對電機機座加工質量的影響：總結了產生同軸度誤差的因素；分析了現有工藝存在基準不統一的問題，并制定了基準統一的新型加工工藝；研究了電機機座內止口與定位胎具之間存在基準位置誤差，并設計了新型工藝裝備消除基準位置誤差；最后，應用ANSYS 軟件對彈性套與圓錐體進行接觸分析，模擬了彈性套在極限位置的受力狀況，驗證了彈性套在定心定位過程中工作的可靠性。