電機轉子軸加工工藝

□ 譚 鵬 □ 童章印 □ 李洪濱

北京航空航天大學寧波創新研究院 浙江寧波 315800

1 加工工藝分析

電機轉子軸隨著電機出現而出現,給生產制造和日常生活都帶來了相當大的改變。電機轉子軸主要由車削加工和外圓磨削加工得到。對于不需要熱處理及易加工的電機轉子軸,形位公差和幾何加工精度比較容易控制,但對于結構相對復雜、熱處理要求較高的電機轉子軸,要達到相應的加工技術要求,需要設計合理的加工工藝來保證。

電機轉子軸加工圖紙如圖1所示。電機轉子軸材料為GCr15軸承鋼,要求熱處理后洛氏硬度(HRC)達到58～65。

對加工圖紙進行分析,電機轉子軸需雙頂尖精加工才能保證對于A、B端基準全跳動不大于0.01 mm。在電機轉子軸車削和磨削過程中,頂尖孔需要承載較大的切削力,這一切削力會導致頂尖孔產生擠壓變形、磨損等情況。另一方面,電機轉子軸經過熱處理后,還會出現結構變形,表面、頂針孔會出現氧化層。電機轉子軸熱處理后,在精密磨削加工前,需要對頂尖孔進行二次加工或修磨。頂尖孔作為電機轉子軸加工定位基準,保證精度要求是前提,會直接影響電機轉子軸關聯加工尺寸精度,因為頂尖孔相關形位誤差會直接體現在需要加工的表面。為避免頂尖孔與對應頂尖配合不良,在選用頂尖時必須保證所用頂針和中心鉆符合加工圖紙要求。

2 加工工藝流程

根據上述分析,結合試制車間現有設備,電機轉子軸的具體加工工藝流程如圖2所示。

根據市場調研,雖然生產廠家可以根據顧客需求定制相應規格的材料,但是加工成本都會隨之增加。為合理控制加工成本,結合市場常規材料,決定采用直徑為10 mm的GCr15軸承鋼精料棒材比較合適?？紤]到前期的使用量不是很大,加之物流運輸成本等因素,聯系材料生產廠家提供單件長度為2 000 mm,直徑為10 mm的GCr15軸承鋼精料棒材。

結合加工需求進行下料,根據加工圖紙要求,電機轉子軸下料長度按72±1 mm進行管控,這樣既能保證電機轉子軸的有效加工余量,又可控制成本。

3 加工夾具

4 切削參數

根據刀具生產廠家提供的有效線速度范圍,合理選用切削參數。結合常用切削參數計算式,以外圓車刀為例,分別對主軸轉速、切削速度、切削時間進行計算。

主軸轉速計算式為:

(1)

式中:S為主軸轉速,r/min;Vc為線速度,m/min;D為電機轉子軸直徑,mm。

已知刀具線速度為80 m/min,電機轉子軸直徑為10 mm,代入式(1),計算得主軸轉速為2 548 r/min。

切削速度計算式為:

F=SZFz

(2)

式中:F為切削速度,mm/min;Z為刀具切削刃數量;Fz為進給量,mm/r。

實際車床在加工時,一般都是一刃在切削。為保證切削過程的穩定性,延長刀具使用壽命,進給量取0.05 mm/min。參數代入式(2),計算得切削速度為127.4 mm/min。

切削時間計算式為:

(3)

式中:T為切削時間,s;L為待切削長度,mm;C為進給次數。

根據已知條件,待切削長度為41.5 mm,走刀次數取4次,代入式(3),計算得切削時間為78 s。

通過上述計算式,可以計算得出粗車1和粗車2所有切削參數,分別見表1、表2。

表1 粗車1切削參數

表2 粗車2切削參數

應用所介紹的加工工藝和切削參數,粗車1完成后的電機轉子軸實物如圖7所示,粗車2完成后的電機轉子軸實物如圖8所示。

5 結束語

對于電機轉子軸加工,無論結構是簡單還是復雜,都需要合理分解工藝,根據加工圖紙要求設計配套工裝檢具,結合材料性能合理選用刀具,并計算切削參數進行精密加工。對于單件小批量加工,只需要制作簡易工裝即可。對于大批量生產加工,需要結合實際生產,不斷優化加工工藝,縮短工序節拍,進而實現高品質、高效率加工。