數(shù)控大型電機轉(zhuǎn)子環(huán)形槽加工輔助設(shè)備研發(fā)

王宇清 王世剛

(齊齊哈爾大學機電工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

我國大中型沖擊發(fā)電機、大轉(zhuǎn)矩高速電動機的快速發(fā)展，對環(huán)形槽轉(zhuǎn)子電機及傳統(tǒng)的直槽轉(zhuǎn)子電機的生產(chǎn)加工提出了更高要求。我們設(shè)計研發(fā)的數(shù)控大型電機轉(zhuǎn)子環(huán)形槽加工輔助設(shè)備，屬于國家支持的重點領(lǐng)域產(chǎn)品。產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新點在于:①主傳動采用全程消隙結(jié)構(gòu)，用于分度裝置的正反向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動進給，保證了左右圓弧與直線段加工起始點與末端點的加工平滑過渡，拐點處無刀痕;②立柱式浮動夾緊轉(zhuǎn)子工件裝置，抵消了加工徑向力，消除了工件振動，保證了直槽加工精度;③在設(shè)備的驅(qū)動和隨動兩端裝有分度自動檢測與數(shù)據(jù)比對的雙檢測系統(tǒng)控制裝置，確保轉(zhuǎn)子工件分度精準和加工的可靠性。④采用自主設(shè)計的機電一體化系統(tǒng)集成技術(shù)，實現(xiàn)了特殊工件的多工位程控自。

1 設(shè)備組成及工作原理

數(shù)控大型電機轉(zhuǎn)子環(huán)形槽加工輔助設(shè)備用于落地裝夾支撐并驅(qū)動轉(zhuǎn)子工件，其結(jié)構(gòu)主要由主副床頭箱及主動與隨動卡盤、主軸動態(tài)正反轉(zhuǎn)消隙數(shù)控分度裝置、主動與隨動系統(tǒng)雙檢測控制裝置、大轉(zhuǎn)子工件滾動支撐裝置、中心架及轉(zhuǎn)子工件浮動卡緊裝置、數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)動電路及數(shù)據(jù)線連接插排接口等機構(gòu)組成。

該設(shè)備由兩對可調(diào)節(jié)變徑支撐滾枕和具有液壓浮動夾緊裝置組成的中心支架、兩端的大齒輪雙齒輪消隙分度裝置、主床頭箱及卡盤和副床頭箱及隨動卡盤組成(如圖1 所示)。

工作時本設(shè)備與TK6916/L80 型數(shù)控落地銑鏜床配套使用，利用數(shù)控鏜銑床的CNC 系統(tǒng)，加裝數(shù)據(jù)控制插排接口，通過電纜線與本設(shè)備控制電路相連，實現(xiàn)兩臺設(shè)備組合完成電機轉(zhuǎn)子工件表面環(huán)形槽加工的同步控制。加工時先將轉(zhuǎn)子工件夾在本設(shè)備兩端的兩個消隙分度床頭箱主動卡盤和隨動卡盤之間，中間靠近工件轉(zhuǎn)子鐵芯根部兩端的部分，支撐在中心支架的兩對可以隨著轉(zhuǎn)子工件轉(zhuǎn)動的可調(diào)節(jié)變徑滾枕上。該中心支架中部還設(shè)有電機轉(zhuǎn)子工件液壓浮動夾緊裝置(圖2)。當加工環(huán)槽的弧段時，液壓浮動夾緊裝置自動松開轉(zhuǎn)子工件，主、副床頭箱傳動機構(gòu)配合銑鏜床的進給，同步分度轉(zhuǎn)動工件;當加工環(huán)槽的橫直槽段時，液壓浮動夾緊裝置自動鎖定工件，支撐架上轉(zhuǎn)子工件后側(cè)的液壓頂緊裝置配合銑鏜床進給同步加力頂住工件，使轉(zhuǎn)子工件保持軸線中心不變。

雙齒輪大齒輪碟簧消隙的主傳動結(jié)構(gòu)，用于分度裝置的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動進給。這種用于分度的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動進給裝置，采用了雙齒輪、大齒輪碟簧消隙和雙齒輪、單齒輪消隙組合結(jié)構(gòu)(圖3)。通過以上設(shè)計，保證了整個傳動鏈的正反向無間隙傳動，其傳動精度得以保證。

機床還具有雙檢測系統(tǒng)裝置，即在轉(zhuǎn)子工件的驅(qū)動端和被動端卡盤床頭箱內(nèi)，都分別裝有分度轉(zhuǎn)動檢測裝置及相互比對反饋控制裝置(圖4)，提高了轉(zhuǎn)子工件的環(huán)槽加工精度和安全性。

分度進給時，分度裝置電動機帶動主軸旋轉(zhuǎn)，由數(shù)控銑鏜床的CNC 系統(tǒng)控制分度旋轉(zhuǎn)角度大小，通過編碼器反饋，保證進給精度。當主動端、被動端編碼器檢測不一致時，主機和本機停止所有動作，確保轉(zhuǎn)子工件分度精確及機床加工的精度和可靠性。為了達到進給的高精度，需要閉環(huán)反饋控制進給的精確工位，因此采用主軸直聯(lián)旋轉(zhuǎn)編碼器，來檢測位置精度;同時為了防止卡盤與工件之間的滑動，在尾座處增加了一個旋轉(zhuǎn)編碼器，檢測工件位置。只有兩個編碼器檢測的位置是一樣的時候，系統(tǒng)才可以進給，這樣確保了進給的高精度和加工的可靠性。

本設(shè)備主要是為加工大型電機轉(zhuǎn)子工件表面的環(huán)槽而設(shè)計的，因此需要在加工轉(zhuǎn)子直槽段時，轉(zhuǎn)子工件固定不動。加工環(huán)槽弧線段時，分度機構(gòu)實現(xiàn)分度進給，轉(zhuǎn)子工件隨之轉(zhuǎn)動。本機設(shè)計就是依據(jù)此要求進行機械設(shè)計和電氣控制的。當加工轉(zhuǎn)子工件環(huán)槽的直槽段時，立柱夾緊機構(gòu)夾緊工件，包括底面的夾緊機構(gòu)夾緊工件轉(zhuǎn)子表面，之后上面的油缸夾緊轉(zhuǎn)子工件，這兩個動作完成后，側(cè)頂油缸從側(cè)面頂緊轉(zhuǎn)子工件，抵銷切削時水平切削力對工件的作用。當加工轉(zhuǎn)子環(huán)槽的弧線槽段時，立柱夾緊機構(gòu)全部松開，數(shù)控分度主軸箱進行精確分度進給，與主機切削軸聯(lián)動，完成環(huán)槽加工。

2 主要技術(shù)指標

工件最大直徑 1 100 mm

四爪卡盤直徑 500 mm

主軸分度扭矩 11 000 Nm

主軸轉(zhuǎn)速 0 -2.5 r/min

尾座套筒行程 40 mm

尾座行程 900 mm

分度加工精度 4 〞

分度定位精度 2 〞

機床尺寸(長×寬×高) 14 200 mm×2 380 mm×2 800 mm

3 結(jié)語

輔助設(shè)備的研制成功，填補了我國環(huán)形槽轉(zhuǎn)子電機生產(chǎn)加工設(shè)備領(lǐng)域的一項空白，加速促進了我國大中型沖擊發(fā)電機、大轉(zhuǎn)矩高速電動機等新一代環(huán)形槽轉(zhuǎn)子電機的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用。這對于加強我國的國防建設(shè)、加快機電裝備制造業(yè)傳統(tǒng)設(shè)備的更新?lián)Q代、促進裝備制造行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新與科技進步，都將起到積極作用。