30MW發(fā)電機(jī)定子線棒錐體模設(shè)計(jì)改進(jìn)

摘 要：文章主要介紹工業(yè)用30MW四級(jí)發(fā)電機(jī)定子線棒錐體模（整形、膠化、固化一體模）加工技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目，包括設(shè)計(jì)上的改進(jìn)、選配合適的加工刀具、改進(jìn)工藝方法等。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；定子線棒錐體模；三維建模；數(shù)控編程

30MW發(fā)電機(jī)組功率高、電流大、電壓等級(jí)高，是我廠至今生產(chǎn)容量最大的機(jī)組。這給發(fā)電機(jī)定子線圈的設(shè)計(jì)與制造提出了較高的要求。對(duì)于定子線圈，其中加工最復(fù)雜部分為端部弧段，與電機(jī)軸線成30度角，和鼻部連接的線圈有效部分還有一個(gè)S形升高，再加上扭曲傾角，形成了一個(gè)空間扭曲。除了形狀不規(guī)則外，裝入定子的線圈要保證線圈主絕緣厚度的均勻，在轉(zhuǎn)角與升高處不能發(fā)偏，否則會(huì)在絕緣薄弱處形成擊穿點(diǎn)，構(gòu)成質(zhì)量的不安全因素。線圈型線吻合度要好，防止在嵌線時(shí)出現(xiàn)因線圈間的空隙不均勻而造成端部相碰的問題。

制造精度高、復(fù)雜程度高的定子線圈，滿足其條件必須靠較之要求更細(xì)的模具來保證。我廠傳統(tǒng)上模具整體采用木結(jié)構(gòu)，雖然其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造廉價(jià)，但是也有缺點(diǎn)：

（1）對(duì)模具中重要零部件如端部復(fù)雜的空間曲線配合面等，都

靠工人參照二維圖紙進(jìn)行手工研磨，難以保證制造精度。

（2）利用木模制造出的定子線圈型線吻合度較差，在嵌線時(shí)出現(xiàn)因線圈間的空隙不均勻而造成端部相碰的問題。木質(zhì)結(jié)構(gòu)使用過程極其容易被磨損，磨損后型線吻合度更差，必須重新更換。

（3）生產(chǎn)過程中，端部型線部分通?？繖C(jī)床去除大部分余量后留余量靠工人研磨。機(jī)床操作者都是手動(dòng)編程。對(duì)于復(fù)雜的型面，編程數(shù)據(jù)量大，輸入速度極慢，準(zhǔn)確率難保證。

針對(duì)上述的缺點(diǎn)，我做出以下三點(diǎn)改進(jìn)：

1 改進(jìn)模具設(shè)計(jì)

模具采用鋼材，耐磨，使用壽命高。設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)保證每組結(jié)構(gòu)基本相似，通用性強(qiáng)，制造方便，盡可能降低制造成本。零部件獨(dú)立，更換操作方便、靈活。根據(jù)定子線圈結(jié)構(gòu)及使用要求，新設(shè)計(jì)的模具結(jié)構(gòu)分上、下層，上下層有兩個(gè)端部，分別對(duì)應(yīng)汽端和勵(lì)端，所以一套模具共有4組，分別對(duì)應(yīng)各個(gè)端部。每組結(jié)構(gòu)基本相同，模具型腔就是定子線圈端部部分。材料為常見的Q235A，價(jià)格低廉。該套模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，過程加工，工序間模具的調(diào)整、更換部件操作方便、靈活。如圖1所示。

2 采用3D建模

模具設(shè)計(jì)表達(dá)一般用二維圖紙，對(duì)線圈的實(shí)際生產(chǎn)指導(dǎo)作用有限，不可避免的出現(xiàn)設(shè)計(jì)、工藝與生產(chǎn)的脫節(jié)現(xiàn)象，造成材料的浪費(fèi)。因此對(duì)于復(fù)雜零件必須引入三維模型，可以直觀的看到模具的裝配效果，檢查與其他零部件的干涉情況，提高設(shè)計(jì)、加工效率。運(yùn)用UG現(xiàn)代三維軟件成功對(duì)定子線圈及模具進(jìn)行實(shí)體建模和數(shù)控編程，直觀地看到模具的裝配效果。通過修改三維數(shù)據(jù)尺寸，解決了線圈型線吻合度較差的問題，保證了線圈厚度的均勻性。

我公司設(shè)計(jì)的線圈模具是由一個(gè)錐體和附著在其上的壓鐵組成。錐體為標(biāo)準(zhǔn)部件，建模相對(duì)簡(jiǎn)單，只需按圖紙尺寸，運(yùn)用UG建模環(huán)境下的特征造型和平面切割，就可以準(zhǔn)確地做出。壓鐵構(gòu)造同樣在UG建模環(huán)境下進(jìn)行，首先做一個(gè)與錐體相切的展開平面再按圖紙?jiān)谄矫鎯?nèi)構(gòu)造展開曲線并附著到錐體，最后運(yùn)用草圖指令和掃掠指令構(gòu)造出壓鐵大概輪廓。最后，利用橋接曲線及縫合命令將轉(zhuǎn)角R部分順滑起來。

3 改進(jìn)加工方法

徹底改變老一派制造模具的慣用模式，采用國(guó)際上最先進(jìn)的三維軟件編程代替以往手動(dòng)輸入編程的模式。與時(shí)俱進(jìn)，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，保證編程輸入的準(zhǔn)確率。

根據(jù)線圈模具的實(shí)際使用及加工要求，結(jié)合我公司當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行情況，選用五面體加工中心，該設(shè)備自帶USB輸入接口。為滿足機(jī)床特性及加工要求，提高加工效率，利用UG三維軟件進(jìn)行編程與后置處理，解決手動(dòng)輸入的老大難問題。壓鐵部分為主要數(shù)控加工部位，其余量分布情況極為復(fù)雜。因端部壓鐵有一個(gè)S形升高，再加上扭曲傾角，形成了一個(gè)空間扭曲。在加工方法上，為保證加工精度，先后選用了多齒銑刀、球頭銑刀等分別對(duì)配合面、非配合面進(jìn)行加工。由于壓鐵內(nèi)腔毛坯余量不均勻，所以極易引起加工時(shí)切削力不均，造成切削振動(dòng)，使工件發(fā)生加工變形。因此工作面必須進(jìn)行粗銑、半精銑，為最后精加工留少許余量分層切削，精加工一次性不間斷走刀完成。頂面及側(cè)面非貼合部分為自由曲面，只進(jìn)行粗精加工。程序數(shù)量多達(dá)228個(gè)。最后進(jìn)行程序校驗(yàn)，利用UG設(shè)定參數(shù)，生成加工程序并利用3D動(dòng)態(tài)模擬功能進(jìn)行刀位三維仿真，以消除刀具與加工表面之間的干涉情況，并計(jì)算是否有刀具過切現(xiàn)象。

經(jīng)校驗(yàn)無誤后，選擇與機(jī)床控制系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的后置文件進(jìn)行程序后置處理，得到機(jī)床能執(zhí)行的代碼文件及加工程序，拷入機(jī)床系統(tǒng)進(jìn)行加工。

4 結(jié)束語

利用該模具做出來線棒圓角過渡圓滑，保證線圈主絕緣厚度的均勻，在轉(zhuǎn)角與升高處不發(fā)偏，保證質(zhì)量安全系數(shù)。線圈型線吻合度好，解決了在嵌線時(shí)出現(xiàn)因線圈間的空隙不均勻而造成端部相碰的問題。這使得汽輪發(fā)電機(jī)線棒模采用數(shù)控加工成為現(xiàn)實(shí)，徹底改變老一派制造錐體模的慣用模式，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，填補(bǔ)了我公司在現(xiàn)代科技生產(chǎn)制造加工技術(shù)方面上的空白，成為實(shí)現(xiàn)公司創(chuàng)效爭(zhēng)優(yōu)的宏偉目標(biāo)路上的一大革新。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：張俊添（1988-），男，201

2年至今擔(dān)任廣州廣重企業(yè)集團(tuán)有限公司機(jī)械生產(chǎn)制造工藝技術(shù)人員，助理工程師，主要負(fù)責(zé)工業(yè)用汽輪發(fā)電機(jī)組的核心零部件的生產(chǎn)制造工藝開發(fā)與改進(jìn)。