微特電動(dòng)機(jī)換向器的車削

橫店集團(tuán)聯(lián)宜電機(jī)有限公司 （浙江東陽(yáng) 322118）孫祝兵 張敬國(guó) 張巧巧 蔡偉娟

在電動(dòng)機(jī)行業(yè)中，眾所周知，換向器是直流電動(dòng)機(jī)（見(jiàn)圖1）中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、加工難度大、生產(chǎn)制造成本高的一種產(chǎn)品。車削后的質(zhì)量很大程度上直接影響電動(dòng)機(jī)的整體質(zhì)量，無(wú)論從可靠性、運(yùn)轉(zhuǎn)壽命以及噪聲等方面都很重要。特別是電動(dòng)機(jī)噪聲，它對(duì)環(huán)境的影響更不能忽視。

圖1

1.加工的質(zhì)量要求及刀具的選擇

加工質(zhì)量要求是：①工作表面不允許有凸片和凹坑。②表面粗糙度值Ra的最大允許值為0.8μm。③外圓的徑向圓跳動(dòng)一般不應(yīng)超過(guò)0.03mm。④車削長(zhǎng)度和外徑尺寸應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。如果表面加工達(dá)不到其要求，電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)碳刷與換向器之間接觸有可能會(huì)不穩(wěn)定，產(chǎn)生換向火花，火花會(huì)燒傷電刷以及換向器的工作表面，還有可能導(dǎo)致電刷與換向器之間接觸面積減少，電流密度和火花增大，以及更嚴(yán)重的燒壞。惡性循環(huán)下去，最終會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（1）車削工藝 轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)子軸軸承擋定位，安裝到機(jī)床高精度V形塊上，另一端與機(jī)床軸向定位塊接觸。其優(yōu)點(diǎn)就是定位誤差小，定位準(zhǔn)確，精度高。兩端的V形塊分別安裝在同一導(dǎo)軌上。根據(jù)軸的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)拉開(kāi)的距離，并用螺釘與螺母將其固定并鎖緊。V形塊的材料采用高耐磨性的金剛石材料制成，優(yōu)點(diǎn)是耐磨性能極好，使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硬質(zhì)合金材料，大約是硬質(zhì)合金的100倍左右，穩(wěn)定性能好，可以滿足大批量生產(chǎn)需求。轉(zhuǎn)子的上端采用皮帶壓緊，根據(jù)轉(zhuǎn)子直徑的大小來(lái)調(diào)整皮帶的上下高度，調(diào)整包角可以有效防止軸與金剛石V形塊之間產(chǎn)生磨損。為了提高使用壽命，通常采用噴油裝置，噴油裝置內(nèi)注入32號(hào)抗磨液壓油，通過(guò)調(diào)節(jié)油量開(kāi)關(guān)控制油量，達(dá)到潤(rùn)滑目的。排油量的標(biāo)準(zhǔn)：每加工一件產(chǎn)品，大體上滴一滴油，這樣能有效防止軸的損壞，振動(dòng)小，有利于車削，并可以增加V形塊的使用壽命。

（2）刀具選擇 在車削中，刀具的選擇很重要，大部分廠家為了節(jié)約生產(chǎn)成本采用硬質(zhì)合金車刀加工。換向器屬于銅質(zhì)材料，精加工表面時(shí)屬于斷續(xù)切削，采用硬質(zhì)合金刀具加工，加工完后再用砂紙拋光的辦法很難保證表面粗糙度的要求，使火花增大。此加工方法還有以下缺點(diǎn)：①換向片之間易產(chǎn)生“駝背”現(xiàn)象。②換向器槽內(nèi)易產(chǎn)生毛刺和銅沫。③在砂紙拋光過(guò)程中易留下脫落的磨粒和雜物等劃傷表面。

幾年來(lái)通過(guò)實(shí)踐，根據(jù)其加工工藝特點(diǎn)，我們選用聚晶金剛石（PCD）刀具。其優(yōu)點(diǎn)有：①硬度高、耐磨性好，可加工銅質(zhì)材料的間斷性車削工件。特別適用于健身、醫(yī)療器材中對(duì)環(huán)境噪聲要求高的電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的換向器表面加工，可很好地控制電動(dòng)機(jī)噪聲。②精度高，被加工零件的尺寸穩(wěn)定。由于超硬材料刀具的高耐磨性，其使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硬質(zhì)合金刀具，被加工零件尺寸穩(wěn)定，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理費(fèi)用可降低。超硬材料刀具加工零件工序能力指數(shù)高而穩(wěn)定，可大大減少零件的抽檢頻率。工件的精加工表面尺寸一致性好，形狀誤差小，可減少零件的檢測(cè)項(xiàng)目。③生產(chǎn)效率高，綜合成本降低。切削速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硬質(zhì)合金刀具，其刀具壽命一般是硬質(zhì)合金的50～200倍，換刀次數(shù)大大減小，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，合格率增加，檢測(cè)費(fèi)用大幅度降低，切削工件的綜合成本降低。切削好的零件如圖2所示。

下面對(duì)金剛石材料車刀幾何角度和車刀的選擇進(jìn)行分析：換向器的材料通常選用銀銅HTYPT，硬度、強(qiáng)度都很低，選擇較小的前角可以保證刀具切削刃的鋒利?？紤]到銀銅HTYPT材料的性能，為了使切削平穩(wěn)，降低切削力和切削熱，防止切屑飛向已加工表面，通常應(yīng)選擇大的刃傾角，一般選擇10°～12°比較合適。這樣換向器表面會(huì)產(chǎn)生一定的擠壓力，使車削擠壓一次性完成，可以有效提高換向器表面質(zhì)量，改變換向器金屬表面組織。

刀具刃磨時(shí)首先要確定晶軸，找出刃磨方向，要求晶軸方向和刃磨方向一致，否則容易出現(xiàn)崩刀現(xiàn)象。通常金剛石車刀有三角形金剛石車刀和寬刃金剛石車刀兩種。前者的優(yōu)點(diǎn)就是能夠承受足夠大的切削深度，由于它只有一個(gè)切削點(diǎn)，當(dāng)車刀磨損或崩壞時(shí)就無(wú)法使用了。后者的優(yōu)點(diǎn)是在同一條刀刃上有多個(gè)切削點(diǎn)，每個(gè)切削點(diǎn)通過(guò)移動(dòng)車刀上下高度都可以進(jìn)行切削，加工時(shí)不用對(duì)中心高，因?yàn)橐粭l切削線和換向器外圓始終有一個(gè)切削點(diǎn)，這樣車刀的使用壽命就大大的提高了；當(dāng)車刀磨損或崩壞時(shí)，通過(guò)調(diào)整車刀的上下高度還可以循環(huán)使用，它的缺點(diǎn)就是不能夠進(jìn)行深度的加工。

圖2

綜合上面的對(duì)比表明：我們?cè)诖旨庸ぶ杏龅杰囅髁枯^大時(shí)應(yīng)選用三角形金剛石車刀，精加工時(shí)選用寬刃金剛石車刀比較合適。

2.加工過(guò)程中的冷卻與排屑處理

在換向器表面加工中，加工表面的冷卻與排屑也是一項(xiàng)重要內(nèi)容。它的好與壞也會(huì)關(guān)系到加工后的質(zhì)量。金剛石車刀刀刃非常鋒利，刃部表面粗糙度值很低，摩擦系數(shù)小，切屑容易排出。但由于換向器表面屬于非連續(xù)的銅排表面，中間有割云母片后的窄槽存在，切下的銅屑呈針狀，切削速度較高，飛出的針狀銅屑很容易劃傷已加工表面或粘附于云母槽以及刀尖上，影響換向器加工的表面質(zhì)量。

由于金剛石的耐熱性較好，當(dāng)切削溫度超過(guò)700℃時(shí)，它就會(huì)產(chǎn)生碳化而失去硬度。而銀銅HTYPT塑性變形大，摩擦系數(shù)大，在切削時(shí)和刃口、刀面的摩擦也大，這樣當(dāng)切削速度提高，加大吃刀量時(shí)，因切削熱猛增而破壞正常切削，影響換向器加工表面的質(zhì)量。所以在車削換向器表面時(shí)應(yīng)正確選用冷卻方式。在加工過(guò)程中，由于換向器受到絕緣結(jié)構(gòu)的限制，不能像其他加工一樣加切削液。對(duì)此我們選用高壓風(fēng)吸塵器結(jié)構(gòu)排屑的方法，可以利用高壓氣流將切屑吸走。既可以排屑，又可以達(dá)到冷卻效果。

3.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述對(duì)微特電動(dòng)機(jī)換向器表面車削加工的分析與總結(jié)，可以看出，由于金剛石的耐磨性能好，將其作為支撐轉(zhuǎn)子軸軸承擋的V形塊材料；由于聚晶金剛石PCD材料硬度高、耐磨性能好、摩擦系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，采用此材料做車刀并選用合適的刀具幾何角度加工換向器工作表面，完全能夠滿足其質(zhì)量要求，大大提高了工作效率，有效避免了粘刀現(xiàn)象，避免了傳統(tǒng)的精車后使用砂紙打磨換向器表面的弊病，能有效改善電動(dòng)機(jī)換向，提高電動(dòng)機(jī)的可靠性，控制電動(dòng)機(jī)噪聲。金剛石車刀加工時(shí)的擠壓作用，可使換向表面硬度增加，從而提高電動(dòng)機(jī)的使用壽命。根據(jù)車削加工的工藝特點(diǎn)，選用高壓風(fēng)吸塵器式結(jié)構(gòu)對(duì)換向器加工表面進(jìn)行冷卻，能有效保證加工后的工作表面不被破壞。此加工方法的推廣與運(yùn)用，可以滿足高端產(chǎn)品行業(yè)電動(dòng)機(jī)的加工，并獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。