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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
2、.1.1 零件的互换性,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，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1-4 Y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
3、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。,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
4、 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,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1-5 Y系列(IP44)电动机气隙长度(单位：mm),表1-6 Y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
5、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
6、 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。,1.2.4 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
7、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Y180M4为例有： 转子外圆对两端轴承挡公共基准轴线的径向圆跳动(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
8、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,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/T 10962003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/T
9、31982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
10、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，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
11、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-
12、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)。 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
13、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
14、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(1000.04)。 6)底脚平面与机座两端止口公共基准轴线的平行度(1000.
15、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(1000.36)；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
16、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)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
