轉(zhuǎn)子內(nèi)錐孔圓弧槽磨削設(shè)備研究

馬建成 張旭 閆濤濤 劉杰 李浩 文廣宇

【摘 要】隨著我國(guó)鐵路行業(yè)的迅速發(fā)展，中車集團(tuán)對(duì)于鐵路產(chǎn)品的安全性越來越重視，對(duì)于各類關(guān)鍵部件的制造把關(guān)愈加嚴(yán)格，企業(yè)面對(duì)鐵路行業(yè)發(fā)展的大形勢(shì)，為適應(yīng)發(fā)展的需求，提升競(jìng)爭(zhēng)力，多致力于研究專用設(shè)備，牽引電機(jī)制造企業(yè)尤其如此。本文主要介紹機(jī)車電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)錐孔去應(yīng)力圓弧槽磨削加工設(shè)備的研究。

【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)子 圓弧槽 專用設(shè)備

1 引言

為解決機(jī)車電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)錐孔去應(yīng)力圓弧槽磨削加工過程中人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、質(zhì)量穩(wěn)定性差的問題，我們從改進(jìn)裝備及加工手段方面入手，改變?cè)猩拜喅尚湍Ｊ?，提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

2 研究背景

機(jī)車電機(jī)內(nèi)錐孔去應(yīng)力圓弧槽磨削原有工藝過程：在數(shù)控臥車上采用金剛石修磨筆按圓弧槽給定軌跡車削圓弧成型砂輪，然后將車削好圓弧成型砂輪安裝在深孔內(nèi)圓磨床主軸上，在規(guī)定的位置磨削去應(yīng)力圓弧槽。由于在加工過程中，數(shù)控臥車車削磨砂輪基準(zhǔn)與磨頭主軸基準(zhǔn)不同，造成砂輪外圓中心與磨頭主軸旋轉(zhuǎn)中心不一致，導(dǎo)致磨削時(shí)，砂輪單邊嚴(yán)重，震動(dòng)大， 成型砂輪的輪廓失真快，磨削完成后的去應(yīng)力圓弧槽形狀、粗糙度與一致性較差等問題；一個(gè)車削完成的成型砂輪最多只能完成一個(gè)產(chǎn)品的磨削，且必須保證完成一個(gè)產(chǎn)品；因?yàn)楦鼡Q砂輪后極難找到原位置再磨一次，幾乎不可重復(fù)，砂輪拆卸更換頻繁，對(duì)準(zhǔn)內(nèi)孔磨削位置麻煩，導(dǎo)致操作者工作負(fù)荷強(qiáng)度大、輔助時(shí)間過長(zhǎng)（排除天車使用的制約，整個(gè)工序聯(lián)合作業(yè)時(shí)間60分鐘）、質(zhì)量不穩(wěn)定，受人為因素影響大。擬用新工藝磨削，與傳統(tǒng)工藝對(duì)比如表1所示。

序號(hào)

內(nèi)容

傳統(tǒng)加工工藝

擬采取的新工藝

1

加工設(shè)備

數(shù)控臥車+磨床

磨床

2

加工方式

數(shù)控修整+手動(dòng)

仿形修整+

數(shù)顯定位

3

質(zhì)量控制

受人為因素影響

受機(jī)床精度影響

4

生產(chǎn)效率

60分鐘/件

20分鐘/件

5

適用性能

每件必須更換新的成型砂輪

就地仿形，無需更換

6

勞動(dòng)強(qiáng)度

強(qiáng)度大

強(qiáng)度小

表1 擬采取工藝與傳統(tǒng)工藝對(duì)比

3詳細(xì)技術(shù)方案

3.1機(jī)床整體布局設(shè)計(jì)

如圖1所示，在磨床合適位置安裝成型砂輪修整裝置，便于采用仿形樣板修磨成型砂輪。在合適位置安裝數(shù)顯裝置，用于顯示磨頭砂輪軸向所在的位置。

圖1 機(jī)床整體結(jié)構(gòu)示意圖

3.1.1 設(shè)計(jì)思路與效果設(shè)想

設(shè)計(jì)制作一個(gè)仿形裝置與數(shù)顯裝置，都安裝在現(xiàn)有的深孔內(nèi)圓磨床上，電機(jī)轉(zhuǎn)子由機(jī)床左側(cè)（圖1）吊入，校正后固緊在卡盤與中心架上，砂輪安裝在磨頭主軸上，移動(dòng)磨頭、砂輪， 利用仿形裝置就地進(jìn)入仿形修磨工作點(diǎn)，完成砂輪成型，再將成型砂輪移動(dòng)到內(nèi)錐孔磨削工作點(diǎn)，完成去應(yīng)力圓弧槽成型磨削，然后退出磨頭；卸走磨好的工件，裝新工件，再次移動(dòng)砂輪進(jìn)入仿形修磨工作點(diǎn)，砂輪再次就地完成成型修整，對(duì)新的轉(zhuǎn)子進(jìn)行磨削。

通過改造， 裝卸產(chǎn)品工件時(shí)間仍為9分鐘，希望實(shí)現(xiàn)砂輪仿形修整時(shí)間為4分鐘，內(nèi)錐孔圓弧槽磨削時(shí)間變成7分鐘，整個(gè)聯(lián)合工序時(shí)間變?yōu)?0分鐘；產(chǎn)品裝卸仍是各1次，砂輪裝卸變?yōu)橹恍璩跏佳b一次，用到極限報(bào)廢時(shí)卸1次。

3.1.2 使用操作過程設(shè)想

內(nèi)錐孔磨削砂輪裝夾在磨頭主軸上，砂輪高速旋轉(zhuǎn)動(dòng)力來自機(jī)床本身，砂輪成型圓弧修磨的單點(diǎn)金剛筆與整套主體安裝在床身上，砂輪隨砂輪主軸磨頭一起靠近金剛筆尖合適位置后停止移動(dòng)，進(jìn)入仿形修磨工作點(diǎn)；砂輪圓弧修整裝置開始工作，獨(dú)立液壓站啟動(dòng)，金剛筆在往復(fù)油缸的推動(dòng)下，通過彈簧的壓力與仿形指的共同作用，走出與仿形板的形狀一致的軌跡，從而使得砂輪外圓周表面被金剛筆修整出符合產(chǎn)品特定圓弧槽所需要的形狀要求，沿砂輪直徑方向移動(dòng)砂輪主軸，可再次修整砂輪外圓。砂輪圓弧成型修整位置與砂輪圓弧成型磨削位置依靠數(shù)顯尺定位（工作點(diǎn)），記住工作點(diǎn)的數(shù)據(jù)，數(shù)顯裝置確保重復(fù)使用時(shí)完全一致，能回到原來的位置。

3.1.3 實(shí)現(xiàn)原理簡(jiǎn)述

根據(jù)圖紙上去應(yīng)力圓弧槽形狀要求制作仿形板，單點(diǎn)金剛筆通過彈簧的壓力與仿形指走出仿形板的形狀，使得砂輪表面通過金剛筆修整達(dá)到需要的形狀要求。當(dāng)去應(yīng)力圓弧槽形狀設(shè)計(jì)要求有變化時(shí)，可以通過較方便的更換對(duì)應(yīng)形狀的仿形板，重新適應(yīng)對(duì)應(yīng)砂輪外輪廓的成型修整。

3.2 設(shè)計(jì)制造仿形裝置

3.2.1仿形裝置組成

砂輪仿形修整裝置由基礎(chǔ)座，直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、雙V型鋼質(zhì)直線導(dǎo)軌、液壓油缸、仿形機(jī)構(gòu)與金剛筆安裝支架等組成。如圖2所示。

圖2 仿形裝置示意圖

3.2.2仿形裝置結(jié)構(gòu)描述

砂輪修整裝置安裝在磨床床身上，主體部分安裝在砂輪修整裝置的基礎(chǔ)座上，在基礎(chǔ)底座上方安裝一套直線運(yùn)動(dòng)裝置，此直線運(yùn)動(dòng)裝置采用雙V型直線導(dǎo)軌，可預(yù)加一定的負(fù)荷，用于金剛筆修整砂輪時(shí)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)；該往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來自外置液壓油缸的驅(qū)動(dòng)，本裝置需要一套液壓站，用于油缸的驅(qū)動(dòng)。

3.3設(shè)計(jì)制造仿形裝置電器控制

電器控制主要由電源控制開關(guān)、接觸器、繼電器、行程開關(guān)、按鈕盒及導(dǎo)線等組成。

主要作用控制液壓站開停，通過接近開關(guān)控制仿形行程與往復(fù)。

3.4設(shè)計(jì)制造仿形裝置動(dòng)力源

動(dòng)力源為液壓站，主要提供油缸往復(fù)動(dòng)力。

液壓站主要由：油泵、電機(jī)、液壓控制閥、油箱、油管等組成。

3.5 設(shè)計(jì)制造數(shù)顯裝置

數(shù)顯裝置主要由數(shù)顯表、電源控制開關(guān)、光柵尺、光柵尺調(diào)整安裝板等組成。數(shù)顯裝置主要顯示磨頭位置，動(dòng)尺安裝在磨頭上，靜尺安裝床身上。

4 改造總結(jié)

圖3 機(jī)床工作時(shí)外觀

如圖3所示，通過改造在原有深孔內(nèi)圓磨床上加裝這套仿形與數(shù)顯裝置，砂輪裝卸次數(shù)由每個(gè)產(chǎn)品磨床裝卸必需各一次，數(shù)控臥車每個(gè)產(chǎn)品裝卸各一次，改變?yōu)槟ゴ?0至80個(gè)產(chǎn)品裝卸才一次，數(shù)控臥車裝卸對(duì)刀與成型車削徹底消除；磨床砂輪對(duì)位置時(shí)間由5分鐘改變?yōu)?.5分鐘； 因砂輪不需要拆卸，利用現(xiàn)有磨床條件，就地實(shí)現(xiàn)了砂輪成型修整，實(shí)現(xiàn)了砂輪外圓輪廓中心與砂輪主軸中心完全一致，砂輪單邊磨削震動(dòng)現(xiàn)象徹底消除，磨削效率與形狀一致性提高很多；還實(shí)現(xiàn)了去應(yīng)力圓弧槽表面粗糙度由Ra1.6提高到Ra0.8。實(shí)際測(cè)算當(dāng)前聯(lián)合工序時(shí)間在18-20分鐘，生產(chǎn)效率提高3倍，確保磨削精度高，降低操作者的工作強(qiáng)度。正是因?yàn)檠芯績(jī)?chǔ)備了這一新技術(shù)，才使得我們新研制的電機(jī)軸內(nèi)孔有了去應(yīng)力圓弧槽磨削設(shè)備，對(duì)新制電機(jī)預(yù)防內(nèi)錐孔局部特定位置出現(xiàn)淺層微細(xì)裂紋，防止電機(jī)軸斷裂有了可靠措施，確保加工產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，為公司增強(qiáng)同類產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)：

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