电机制造工艺学配套教学课件胡志强 第1章 电机零部件的机械加工

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1、第1章电机零部件的机械加工 在整个电机制造过程中 金属切削加工占有很重要的位置 由于电机的一些主要零部件 机座与定子 端盖 轴与转子的加工质量 直接影响电机的电气性能和安装尺寸 而且金属切削加工的工时在电机制造的总工时中占有相当的比重 因此 采用更先进的工艺 应用专用的工艺装备 提高机械化和自动化水平 提高产品及其零部件的加工质量 提高劳动生产率 缩短生产周期 降低成本等 是电机制造厂的经常性任务 1 1电机制造中机械加工的一般知识 1 1 1零件的互换性1 1 2尺寸公差的基本概念1 1 3极限与配合1 1 4形位公差1 1 5表面粗糙度1 1 6尺寸链基本概念 1 1 1零件的互换性 任何

2、机器 包括电机 都是由一定数量的零件组成和装配起来的 除了一些特殊的 专用的 大型的零件外 大部分零件都是成批地或大量地组织生产 这样生产出来的零件在装到部件或机器中去时 要求不经挑选和修配就能装上 并完全符合规定的技术要求 零件的这种性质 称为具有互换性 1 1 2尺寸公差的基本概念 图1 1公差配合的示意图 1 1 3极限与配合 图1 6基孔制和基轴制a 基孔制b 基轴制 1 1 4形位公差 图1 8形位公差的标注方法 1 1 5表面粗糙度 表1 4Y系列三相异步电动机主要零件公差配合 表面粗糙度及形位公差 1 1 6尺寸链基本概念 任何机器 包括电机 都是由一定数量的零件组成和装配起来的

3、 除了一些特殊的 专用的 大型的零件外 大部分零件都是成批地或大量地组织生产 这样生产出来的零件在装到部件或机器中去时 要求不经挑选和修配就能装上 并完全符合规定的技术要求 零件的这种性质 称为具有互换性 图1 9小轴的长度尺寸及尺寸链简图 1 1 7电机的互换性 在成套的机器设备中 电机常被作为一个附件 或部件 来使用 因此同样要有互换性 电机互换性要求规定统一的安装尺寸及其公差 不同的安装结构形式有不同的安装尺寸 小型异步电动机的基本安装结构形式如图1 10所示 此外 在基本安装结构形式基础上 还有派生的安装结构形式 图1 10小型异步电动机的基本安装结构形式 1 2电机同轴度及其工艺措施

4、 1 2 1电机的气隙及其均匀度1 2 2气隙均匀度的影响因素1 2 3定子同轴度是保证气隙均匀度的关键1 2 4保证定子同轴度的工艺方案 1 2 1电机的气隙及其均匀度 表1 5Y系列 IP44 电动机气隙长度 单位 mm 表1 6Y系列电动机的 值 1 2 2气隙均匀度的影响因素 图1 12异步电动机的剖视1 机座2 定子铁心3 转子铁心4 端盖5 轴承内盖6 轴承7 轴8 轴承外盖 1 2 3定子同轴度是保证气隙均匀度的关键 影响电机气隙均匀度有以下五种形位公差 J1 定子铁心内圆对定子两端止口公共基准线的径向圆跳动 J2 转子铁心外圆对两端轴承挡公共基准轴线的径向圆跳动 J3 端盖轴承

5、孔对止口基准轴线的径向圆跳动 J4 滚动轴承内圈对外圈的径向圆跳动 Z1 机座两端止口端面对两端面止口公共基准轴线的端面圆跳动 即垂直度 1 2 3定子同轴度是保证气隙均匀度的关键 以上五种形位公差对电机气隙均匀度的影响程度是不同的 现分析如下 轴承是一种标准的精密零件 由专门的工厂生产 尽管轴承合格品的保证值公差J4较小 但外购的轴承都能保证这个要求 J2与J3值在工艺上也是比较容易保证的 在工艺上相应采取的措施在以后几节中分析 1 2 3定子同轴度是保证气隙均匀度的关键 图1 13 对转子偏心的影响 影响机座两端止口端面对两端止口公共基准轴线的端面圆跳动Z1对于偏心如图1 13所示 1 2

6、 4保证定子同轴度的工艺方案 1 W方案 定子铁心以其内圆为基准精车铁心外圆 然后压入机座 不再进行任何补充的机械加工 称为 光外圆 方案 2 Z方案 定子铁心内外圆不进行机械加工 压入机座以后 以铁心内圆为基准精车机座止口 称为 光止口 方案 3 L方案 定子铁心内外圆不进行补充加工 压入机座后不再进行精加工止口 称为 两不光 方案 1 3转轴和转子的加工 1 3 1技术要求1 3 2结构要素选择1 3 3工艺和工艺方案分析 1 3 1技术要求 1 转轴各主要表面的加工尺寸精度及表面粗糙度 其要求见表1 4 2 转轴和转子的形位公差 以Y180M 4为例有 转子外圆对两端轴承挡公共基准轴线的

7、径向圆跳动 0 05mm 转子轴伸外圆对两端轴承挡公共基准轴线的径向圆跳动 0 025mm 1 3 1技术要求 图1 14轴和转子的典型结构 转轴轴承挡的圆柱度 0 019mm 轴伸挡圆度 0 008mm 键槽对称度 0 035mm 1 3 1技术要求 表1 7常用转轴的力学性能与相对价格 1 3 2结构要素选择 1 中心孔2 退刀槽3 键槽4 倒角 1 中心孔 图1 15转轴中心孔a A型不带护锥b B型带护锥 轴和转子的加工工序 大都以中心孔作为定位基准 中心孔的质量对工件加工精度有直接的影响 常用中心孔有两种形式 如图1 15所示 在电机轴中都采用B型中心孔 即带护锥中心孔 1 中心孔

8、表1 8中心孔尺寸 单位 mm 2 退刀槽 图1 16退刀槽尺寸 为了便于轴颈加工 使装配工艺可靠 应在台阶过渡处加工出退刀槽 或称砂轮越程槽 3 键槽 键和键槽尺寸按GB T1096 2003选取 表1 9列出了电机转轴采用的键和键槽尺寸 表1 9键和键槽尺寸 单位 mm 4 倒角 表1 10倒角尺寸 单位 mm 为了保证装配工作容易和安全 一般在车削加工结束前都需进行端面倒角 倒角尺寸按JB T3 1982规定 见表1 10 1 3 3工艺和工艺方案分析 1 平端面和钻中心孔工序2 车削工序3 转轴加工工序卡片4 铣键槽和磨削工序 各类电机轴的基本加工过程有平端面和钻中心孔 车削 铣键槽和

9、磨削等工序 有关压轴 校平衡等工艺将在第6章中分析 1 平端面和钻中心孔工序 图1 17中心钻 由锯床锯成的毛坯不能保证端面与轴线相垂直 对转轴全长精度也不易保证 因此必须留有余量 然后在车床或有关设备上平端面及钻中心孔 中心孔也称顶尖孔 是用作车削 磨削等一系列工序的定位基准 因此 中心孔在加工过程中自始至终应保持准确 清洁 并保留在轴上 为了保证转轴各表面相互位置的精度 要求在各道工序中采用统一的定位基准 中心孔 因此在车削工序中 普遍采用双顶尖定位装夹 这种定位装夹方法如图1 22所示 在车床主轴上装有拨盘1 通过拨杆3带动鸡心夹头2 鸡心夹头通过方头螺钉与工件连在一起 也可以不用拨杆

10、把直尾鸡心夹头改成弯展的 同样能达到目的 2 车削工序 图1 22双顶尖定位装夹1 拨盘2 鸡心夹头3 拨杆 3 转轴加工工序卡片 表1 12工序卡片 4 铣键槽和磨削工序 电机轴上的轴伸挡和两端轴承挡的精度与形位公差要求都较高 都需要进行磨削加工 对于小容量电机 由于轴较细 当轴压入铁心内时 极易产生变形 压弯 因此磨削加工都在转轴套入铁心后进行 当轴的直径较大时 上述工艺方法使劳动量大大增加 甚至一般外圆磨床都无法使用 图1 26键槽的尺寸链 5 转子外圆加工工序 图1 27旋转圆盘车刀结构1 刀片2 刀体3 固定螺钉4 压板5 心轴6 刀体座 1 3 4小型电机转轴加工自动化概要 1 实

11、现单机自动 2 实现自动流水生产线 图1 29转轴自动加工流水线示意图 1 4端盖的加工 1 4 1结构与技术要求1 4 2端盖加工工艺方案1 4 3端盖加工工艺方法分析1 4 4端盖加工工艺卡片 1 4 1结构与技术要求 1 端盖的各表面的加工尺寸精度及表面粗糙度2 端盖的形位公差 1 端盖的各表面的加工尺寸精度及表面粗糙度 其要求见表1 4 图1 30小型电机端盖的典型结构 2 端盖的形位公差 1 止口平面对轴承室轴线的端面圆跳动 0 12mm 2 轴承室内圆的圆度 0 01mm 3 轴承室内径对止口基准轴线的圆跳动 0 04mm 4 轴承室内外侧面对轴承室轴线的端面圆跳动 0 10mm

12、5 端盖固定孔对标称位置的位置度 0 80mm 轴承盖固定孔位置度 0 80mm 图1 31端盖铸件图及加工余量 1 4 2端盖加工工艺方案 1 将端盖装夹于机床卡爪上 校准中心和端面 2 粗车轴承室 轴承室的两端面 挡风板凸台平面 粗车止口 3 稍微回松卡爪 精车止口和端面 4 精车轴承室 5 钻孔和攻螺纹 端盖加工按照轴承室和止口加工时装夹次数的不同 可以分为以下两种加工方案 第一种加工方案 轴承室和止口是在一次装夹中加工出来的 工艺过程如下 1 4 3端盖加工工艺方法分析 图1 32车轴承室外端面1 拉紧螺杆2 蝶形螺母3 压板4 止口胎5 端盖6 车刀 两次装夹的优点是夹持应力对精加工

13、部位的变形影响小 夹持稳定可靠 切削速度可适当提高 缺点是止口与轴承室不是一次装夹中来精车 容易产生不同轴 同时两次装夹导致辅助工时增多 1 4 4端盖加工工艺卡片 表1 13工艺卡片 1 5机座的加工 1 5 1结构与技术要求1 5 2机座加工的工艺方案1 5 3机座加工方法分析1 5 4机座加工自动流水线1 5 5直流电机机座的加工特点 1 5 1结构与技术要求 1 铁心挡内圆对两端止口公共基准线的径向圆跳动 0 12 2 机座止口两端面对两端止口公共基准轴线的端面圆跳动 0 08 图1 34防护式电机机座结构 图1 35封闭式电机机座结构 3 机座止口圆周面的圆度 75 公差带 其平均值

14、仍在公差带范围内 4 机座内圆铁心接触面的圆度 75 公差带 其平均值仍在公差范围内 图1 36止口形式a 内止口b 外止口1 机座2 端盖 5 底脚平面的平面度 100 0 04 6 底脚平面与机座两端止口公共基准轴线的平行度 100 0 04 图1 37机座底脚孔尺寸布置 7 轴伸端左右底脚孔中心连线对其止口平面的平行度 100 0 36 一端左右底脚孔中心连线对另一端底脚孔中心连线的平行度 1 05 8 两端各一处端盖固定螺孔中心对其凸台中心线的对称度 1 0 1 5 2机座加工的工艺方案 1 先加工底脚平面 再以底脚平面为基准加工止口和铁心挡内圆 2 先加工完机座止口和铁心挡内圆 再以

15、止口或内圆定位加工底脚平面 图1 38以底脚平面定位加工止口内圆 1 5 3机座加工方法分析 1 底脚平面加工2 止口和铁心挡内圆的加工3 各种固定孔的加工4 定子止口精车 1 底脚平面加工 图1 39机座底脚刨削加工 2 止口和铁心挡内圆的加工 图1 44在立式车床上装夹机座 3 各种固定孔的加工 图1 48快换钻夹头结构 4 定子止口精车 图1 49精车止口夹具的典型结构1 螺母2 胀套3 心轴4 5 防护罩 1 5 4机座加工自动流水线 图1 50机座加工自动流水线示意图 1 5 5直流电机机座的加工特点 1 钢板焊接机座的加工特点2 分半机座的加工特点 1 钢板焊接机座的加工特点 1

16、内圆和外圆都经过车光 外表美观 而底脚是在车加工后焊上去 2 为保证电机的磁路对称 主磁极铁心与换向极铁心沿圆周的分布要求均匀 这就要求磁极孔的位置要很准确 图1 51整体焊接机座 图1 52分半机座 3 由于机座是用钢板弯成圆形再焊接的 焊缝的导磁性能与钢板是有差异的 因此 机座的焊缝位置安排要防止引起主磁极磁路的不对称 2 分半机座的加工特点 1 划上 下两半机座的并合面线 2 镗 或车 上 下两半机座的并合面 3 划上半机座每边并合面上的螺钉孔及销钉孔线 4 钻上半机座每边并合面螺孔及销钉孔的预孔 并用上半机座配钻下半机座每边并合面螺孔的预孔及销钉孔的预孔 5 装配 并合上 下两半机座用螺栓固紧 分半机座的并合面位置要着重考虑安装和维修的方便 通常将并合面设计在水平直线以上略高处 其加工工艺过程如下 6 划校正线 将机壳卧放 且使并合面垂直于划线平台 沿外圆和两端面划垂直于并合面的线 再将机壳立放 且使并合面垂直于划线平台 沿外面划磁极孔的平分线 7 车 在立式车床上车两端面 内圆及止口 8 划底脚平面线和侧面线 9 镗底脚平面和侧面 10 划磁极孔线及底脚螺孔线 11 镗工序孔