電動(dòng)機(jī)軸承端蓋加工關(guān)鍵技術(shù)研究*

(①蘇州市職業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 蘇州215104；②蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，江蘇 蘇州215009)

電動(dòng)機(jī)是依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩作為用電器或各種機(jī)械的動(dòng)力源，其應(yīng)用極為廣泛。電動(dòng)機(jī)軸承端蓋是電動(dòng)機(jī)的主要部件之一，主要作用是確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子和軸的空間位置，通過(guò)與軸承的配合，保證轉(zhuǎn)子與定子的間隙，其加工的精度直接影響到定轉(zhuǎn)子之間同軸度、氣隙均勻度和軸向間隙，是電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定可靠工作的關(guān)鍵零件之一。

1 電動(dòng)機(jī)軸承端蓋加工技術(shù)分析

電機(jī)軸承端蓋的材料選用灰鑄鐵HT250，該材料因熱變形小、強(qiáng)度高和一定耐蝕能力，且具備良好的鑄造、減振、耐磨、切削加工性能，廣泛應(yīng)用于泵殼、容器、塔器、法蘭、壓蓋、機(jī)床床身、立柱及氣缸等零件。在原加工工藝中，根據(jù)板材的厚度規(guī)格，毛坯選用40 mm厚的板材，鋸割為457 mm×360 mm×40 mm的長(zhǎng)方體，單邊留余量5 mm。根據(jù)圖1中軸承端蓋的結(jié)構(gòu)，加工的主要工作集中在端蓋的正面，銑削端蓋面、型腔，再鉆孔和攻絲，故在正面加工時(shí)選擇了壓板作為夾具；背面加工內(nèi)容是端蓋背面的余料和φ125 mm圓，且在圓周方向的定位要求不高，背面加工利用了一個(gè)簡(jiǎn)易夾具(如圖2所示)，所有工序在立式加工中心上完成。原加工工序如表1所示。

表1 電動(dòng)機(jī)軸承端蓋原加工工序

從表1工序可以看出，正面加工時(shí)，夾具采用4個(gè)壓板分別壓住長(zhǎng)方形毛坯的4個(gè)角，根據(jù)端蓋結(jié)構(gòu)的形狀，不會(huì)造成干涉情況的發(fā)生。端蓋正面主要加工步驟如下：

(1)首先利用機(jī)夾式端面刀對(duì)端蓋正面進(jìn)行粗加工，大量高效地去除材料；

(2)高速鋼端面刀加工端蓋正面、圓孔和型腔，其中φ250 mm圓留余量0.03 mm，其他尺寸加工到位；

(3)利用鉆頭鉆削孔、絲錐對(duì)孔進(jìn)行螺紋加工；

(4)利用合金立銑刀完成φ250 mm圓的精加工。

在上述加工過(guò)程中，φ250 mm的圓孔、4個(gè)M16螺紋孔已經(jīng)加工完成，所以在背面加工中，夾具利用了φ250 mm圓定位和螺紋孔鎖緊功能。如圖2所示，該夾具利用壓板安裝于加工中心工作臺(tái)，通過(guò)立銑刀銑出上表面、定位圓柱和定位半圓柱，這樣保證夾具上表面的水平，同時(shí)保證圓柱銷的定位精度。凸出的定位圓柱與軸承端蓋正面已加工出的φ250 mm圓孔配合，定位半圓柱面貼緊端蓋的側(cè)面，四個(gè)螺絲從夾具下方的鎖緊孔穿過(guò)，與端蓋正面已加工好的M16螺紋孔鎖緊。首先采用機(jī)夾式端面刀對(duì)端蓋背面進(jìn)行粗、精加工，大量高效地去除材料，最后再利用合金立銑刀完成加工φ125 mm圓任務(wù)。

2 影響因素分析及措施

2.1 問(wèn)題分析

根據(jù)原加工工序及檢測(cè)數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，設(shè)備和刀具的影響可以排除，夾具的結(jié)構(gòu)是問(wèn)題存在的關(guān)鍵，二次裝夾引起重復(fù)定位精度達(dá)不到要求。在軸承端蓋完成正面加工，翻轉(zhuǎn)加工背面時(shí)利用φ250 mm圓孔與夾具上凸出的定位圓柱相配合。一般情況下，為了提高加工效率，方便裝夾，兩者之間采用間隙配合，間隙的大小則決定了同軸度的精度。在精度要求不是很高的場(chǎng)合，這種方式是機(jī)械加工中的一種通用做法。但在該工件的加工過(guò)程中此處的同軸度要求較高，屬于關(guān)鍵性部位，因此該定位方式不可取。

另外，在正面加工時(shí)采用了壓板夾持工件，在加工過(guò)程中隨著周邊余料逐步切除，工件在壓板壓力作用下，導(dǎo)致加工后的正面發(fā)生微小翹曲變形；在加工背面時(shí)采用螺絲鎖緊方式，螺釘?shù)逆i緊變形、軸承端蓋正面及夾具定位表面的加工質(zhì)量是造成端面圓跳動(dòng)超差的主要因素。采用壓板和螺釘鎖緊的方式，使人工裝夾的時(shí)間在整個(gè)加工時(shí)間里占了較大的比例。

2.2 解決方法

根據(jù)以上分析，超差主要是由二次裝夾引起，采用圓柱定位精度達(dá)不到軸承端蓋關(guān)鍵部位的精度要求。為了解決同軸度和圓跳動(dòng)超差問(wèn)題，提高加工效率，制定了新的加工工藝，加工工序如表2所示。加工設(shè)備仍然采用加工中心獨(dú)立完成，與原加工工藝相比，主要變化如下：

表2 電機(jī)軸承端蓋新加工工序

首先，毛坯是用40 mm厚的HT250板材，直接利用數(shù)控等離子火焰切割機(jī)床割出外形和內(nèi)孔，外形余量留5 mm，內(nèi)孔割出φ95 mm的圓孔。

其次，裝夾方式發(fā)生了變化，正面加工時(shí)利用三爪夾持毛坯圓周部位，背面加工內(nèi)容是平面銑削到圖紙規(guī)定厚度和φ125 mm圓，沒(méi)有圓周角度方向定位，固采用三爪反爪夾持已加工出的φ250 mm圓孔的方式。

眾所周知，三爪卡盤由卡盤體、活動(dòng)卡爪和卡爪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。三爪卡盤是利用均布在卡盤體上的三個(gè)活動(dòng)卡爪的徑向移動(dòng)，把工件夾緊和定位的機(jī)床夾具。但利用三爪卡盤加工工件的精度，受到卡盤制造精度和使用后磨損情況的影響。三爪卡盤使用久了，三爪會(huì)隨著卡盤的磨損出現(xiàn)喇叭口狀，三爪也會(huì)慢慢偏離卡盤中心。為了提高端蓋二次裝夾重復(fù)定位精度而采取的措施是使用軟爪。軟爪夾持使同軸度精度得到了大幅度提高，但經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品精度不穩(wěn)定。本文對(duì)軟爪的結(jié)構(gòu)及使用進(jìn)行了改進(jìn)，具體步驟如下：

(1)固定卡盤到加工中心工作臺(tái)，軟爪安裝到卡爪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上，用合金銑刀銑削3個(gè)軟爪圓弧面，圓弧面的尺寸為φ200 mm，如圖3所示；

(1)在車床上車削內(nèi)徑為φ200 mm的圓環(huán)，并安裝到軟爪剛銑削的圓弧面上，如圖4所示；

(3)用卡盤鈅匙鎖緊圓環(huán)后，用合金銑刀銑削圖3中所示的圓周定位面和軸向定位面，其中圓周定位面銑到尺寸φ250 mm，與軸承端蓋正面圓孔相同；

(4)用卡盤鈅匙松開(kāi)圓環(huán)，安裝軸承端蓋到剛銑削的圓周定位面和軸向定位面，如圖5所示。

2.3 注意事項(xiàng)

(1)在工序3中半精加工端蓋正面所留余量為0.03 mm。在工序6精加工端蓋正面過(guò)程中，消除存在的微小讓刀現(xiàn)象，同時(shí)銑削去除鉆孔和攻絲引起的毛刺，消除加工背面時(shí)正面毛刺對(duì)定位精度的影響。

(2)加工背面時(shí)，以軟爪已加工的圓周定位面和軸向定位面定位。安裝端蓋時(shí)須讓軸承端蓋的正面緊貼軟爪的軸向定位面，以保證端蓋的正面和背面的端面圓跳動(dòng)合格。

(3)對(duì)軸承端蓋與鎖緊圓環(huán)的鎖緊力須基本相同、卡爪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)量盡量小，保證3個(gè)軟爪的圓周定位面有較高的同圓度，確保端蓋的同軸度精度合格。

3 工藝對(duì)比分析

(1)原加工工藝毛坯為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，新工藝改為數(shù)控等離子火焰切割機(jī)床直接割出外形和內(nèi)孔；減少了刀具去除材料的體積，節(jié)約了切削時(shí)間；端蓋正面加工的夾具由壓板改為三爪卡盤，背面的夾具由原來(lái)的專用夾具，改為三爪卡盤的軟爪，節(jié)約了工件安裝時(shí)間；經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)，單件加工時(shí)間減少到了35 min左右，效率提高了53%。

(2)針對(duì)軟爪配合間隙的影響，新工藝方案采用圓環(huán)預(yù)先夾緊的方式，消除間隙造成的誤差，在軟爪受壓的情形下車削出軸向定位面和圓周定位面，在相同大小的鎖緊力下，3個(gè)軟爪組成的圓周定位面保證了軸承端蓋的圓跳動(dòng)和同軸度。經(jīng)三坐標(biāo)機(jī)床檢測(cè)，合格率超過(guò)98%。

4 結(jié)語(yǔ)

工藝在生產(chǎn)中占有極其重要的地位，通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)軸承端蓋的誤差分析，提出了影響精度的關(guān)鍵因素，制定了合理的加工工藝。通過(guò)對(duì)夾具的更換，加工出的軸承端蓋精度明顯提高，達(dá)到了圖紙要求；同時(shí)使工件裝夾簡(jiǎn)單快捷，效率得到了極大提高，縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期，產(chǎn)能得以顯著提高。此工藝改進(jìn)，協(xié)助加工企業(yè)完成了既定的生產(chǎn)目標(biāo)，取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

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