輻條式電機(jī)端蓋夾緊裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

□ 甘成君

廣西玉林農(nóng)業(yè)學(xué)校 廣西玉林 537000

1 加工影響因素分析

對(duì)機(jī)械加工企業(yè)而言,零件的加工精度與加工效率是企業(yè)關(guān)注的永恒主題[1]。零件加工精度關(guān)乎產(chǎn)品的質(zhì)量、使用性能,以及是否能夠更加節(jié)能環(huán)保等,零件加工效率則直接關(guān)系到產(chǎn)品的生產(chǎn)成本、企業(yè)效益及員工收入等?？梢?零件的加工精度與加工效率是機(jī)械加工企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力,是企業(yè)能否生存與發(fā)展的關(guān)鍵。

影響零件加工精度與加工效率的因素有很多,常見的主要有加工工藝、加工設(shè)備、工人技能水平、工裝夾具、質(zhì)檢工具與技術(shù)等[2]。通常在一定時(shí)期內(nèi),機(jī)械加工企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備與工人是相對(duì)固定的,而企業(yè)對(duì)零件加工精度與加工效率的追求則是無止境的,所以創(chuàng)新或改進(jìn)零件加工工裝、工藝就成為機(jī)械加工企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)人員的一項(xiàng)重要工作內(nèi)容。工裝、工藝往往相互關(guān)聯(lián),相輔相成,好的工裝可以使工藝更為簡(jiǎn)潔有效,簡(jiǎn)潔有效的工藝則需要更加科學(xué)、實(shí)用的工裝配合。筆者針對(duì)JFW25型無刷電機(jī)端蓋在加工中遇到的問題,設(shè)計(jì)并應(yīng)用了一種輻條式電機(jī)端蓋夾緊裝置。

2 無刷電機(jī)故障分析

某企業(yè)生產(chǎn)的JFW25型無刷電機(jī),其返修率一直較高,原因主要是電機(jī)兩端的支承軸承失效,造成電機(jī)異響、電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子之間摩擦甚至卡死[3]。經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn),電機(jī)在使用過程中,凡是軸承非正常失效的電機(jī)端蓋,其直徑為47 mm的軸承座孔圓度公差都超出圖紙公差要求,另外,電機(jī)端蓋直徑為130 mm的安裝止口圓度公差也較大?？梢?電機(jī)端蓋直徑47 mm軸承座孔及直徑130 mm安裝止口圓度加工公差過大是造成電機(jī)軸承非正常失效的主要原因。JFW25型無刷電機(jī)端蓋尺寸如圖1所示。

3 加工分析

JFW25型無刷電機(jī)端蓋毛坯材料為硬質(zhì)鋁合金精鑄件,為了節(jié)約材料及減輕質(zhì)量,采用薄壁輻條式設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),最大加工余量小于2 mm。這一電機(jī)端蓋主體形狀為圓形,外邊緣雖有φ6 mm、φ10 mm兩個(gè)電機(jī)安裝孔的突耳,但在車床上加工時(shí)尚可采用三爪自動(dòng)定心卡盤裝夾。這一電機(jī)端蓋為薄壁輻條式結(jié)構(gòu),剛性極差,在使用三爪自動(dòng)定心卡盤裝夾加工時(shí),如夾緊力稍大,電機(jī)端蓋就會(huì)變形,從而造成電機(jī)端蓋直徑47 mm軸承座孔及直徑130 mm安裝止口的圓度、尺寸精度超出圖紙所標(biāo)注的公差范圍,同時(shí)所加工止口端面與軸承座端面的平面度、平行度誤差也較大,給電機(jī)的裝配質(zhì)量帶來許多不穩(wěn)定因素,從而影響軸承的正常使用壽命。如夾緊力稍小,則電機(jī)端蓋在加工時(shí)容易松脫而造成報(bào)廢。在實(shí)際生產(chǎn)中,有外協(xié)加工企業(yè)采用三爪自動(dòng)定心卡盤裝夾進(jìn)行加工,盡管操作人員加工經(jīng)驗(yàn)豐富,但是這一電機(jī)端蓋的加工合格率仍然達(dá)不到70%,并且由于電機(jī)端蓋加工的夾緊力偏小,夾緊不牢靠,出于生產(chǎn)安全考慮,在加工時(shí)背吃刀量及進(jìn)給速度都設(shè)定得較小,使生產(chǎn)效率降低。

▲圖1 JFW25無刷電機(jī)端蓋尺寸

有外協(xié)加工企業(yè)采用圓環(huán)及三角形布置三個(gè)壓緊螺栓軸向夾緊的方法進(jìn)行加工[4]。這一方法用一個(gè)反爪的三爪卡盤夾緊一個(gè)直徑為130 mm的圓盤形工裝,工裝中間有一個(gè)直徑為30 mm、高約為5 mm的圓柱心軸與電機(jī)端蓋φ30 mm孔相配合,用于限制電機(jī)端蓋X軸、Y軸兩個(gè)方向的自由度。電機(jī)端蓋的背面與圓盤形工裝圓環(huán)外徑為130 mm、內(nèi)徑為110 mm的圓環(huán)端面呈圓環(huán)形接觸,用以限制電機(jī)端蓋Z軸方向的自由度。采用三個(gè)M6螺栓穿過一個(gè)厚為3 mm、外圓為φ125 mm、內(nèi)圓比電機(jī)端蓋軸承座外徑大約2 mm的圓環(huán)進(jìn)行軸向夾緊,即三個(gè)M6螺栓呈三角形布置于電機(jī)端蓋的輻條間隔窗口中,其中一個(gè)螺栓與輻條右邊接觸,用于限制電機(jī)端蓋的旋轉(zhuǎn)與動(dòng)力傳遞。這種采用圓環(huán)及螺栓軸向夾緊的方法,使電機(jī)端蓋的加工精度有所提高,加工合格率提高至85%。由于電機(jī)端蓋的毛坯背面并不是理想平面,加工裝夾時(shí)壓緊力的受力點(diǎn)與支承點(diǎn)不在同一直線上,且三個(gè)M6螺栓的壓緊力大小無法保證相等,因此電機(jī)端蓋在裝夾過程中仍有不同程度的變形,電機(jī)端蓋的加工精度與生產(chǎn)合格率仍然要依靠生產(chǎn)操作人員的加工經(jīng)驗(yàn)來保證[5],加工時(shí)的裝拆也較費(fèi)時(shí)費(fèi)事。

4 夾緊裝置結(jié)構(gòu)

為了提高輻條式電機(jī)端蓋的加工精度、加工效率及加工合格率,筆者對(duì)電機(jī)端蓋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與加工內(nèi)容、精度要求,以及加工中出現(xiàn)的問題進(jìn)行深入分析和研究,認(rèn)為這一電機(jī)端蓋可以采用數(shù)控車床一次裝夾,完成φ130 mm、φ47 mm內(nèi)孔與端面的加工,并同時(shí)完成φ6 mm、φ10 mm兩孔端面的加工。問題的關(guān)鍵在于需要設(shè)計(jì)一個(gè)既方便、實(shí)用,又比較科學(xué)、可靠的夾緊裝置,用于解決電機(jī)端蓋裝夾變形、可靠性不高的問題[6]。

為此,筆者設(shè)計(jì)了一種輻條式電機(jī)端蓋夾緊裝置,如圖2、圖3所示。這一夾緊裝置主要由安裝座、徑向定位心軸、軸向定位凸臺(tái)、壓緊組件、限位銷、定位銷等組成。安裝座一端的圓心位置設(shè)置有直徑為30 mm的徑向定位心軸,用于電機(jī)端蓋徑向定位。徑向定位心軸外圍的圓環(huán)臺(tái)階上分別設(shè)有三個(gè)軸向定位凸臺(tái),用于電機(jī)端蓋軸向定位。三個(gè)軸向定位凸臺(tái)分別與三個(gè)壓緊組件相對(duì)應(yīng),壓緊組件可以將電機(jī)端蓋從軸向壓緊在軸向定位凸臺(tái)上。壓緊組件由壓緊螺栓、壓板、彈簧等組成。壓板的一端設(shè)置有壓頭,另一端設(shè)置有頂柱。壓緊螺栓穿過壓板、彈簧,連接在安裝座上。在每個(gè)壓緊組件的一側(cè)都設(shè)有一個(gè)限位銷,用于限制壓板的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍。定位銷與限位銷設(shè)置在同一圓周上,定位銷用于限制電機(jī)端蓋的轉(zhuǎn)動(dòng),并帶動(dòng)電機(jī)端蓋隨機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)。安裝座的另一端設(shè)計(jì)為一個(gè)連接法蘭,連接法蘭可以與數(shù)控車床主軸法蘭相配合連接,從而將電機(jī)端蓋夾緊裝置安裝在數(shù)控車床上。

▲圖2 輻條式電機(jī)端蓋夾緊裝置▲圖3 輻條式電機(jī)端蓋夾緊裝置壓緊組件

5 夾緊裝置的應(yīng)用

輻條式電機(jī)端蓋夾緊裝置安裝工件效果如圖4所示。這一夾緊裝置設(shè)計(jì)有與數(shù)控車床主軸法蘭相配合的連接法蘭,安裝與使用都十分簡(jiǎn)單、方便。拆下數(shù)控車床的三爪卡盤后,將夾緊裝置的連接法蘭與數(shù)控車床主軸法蘭對(duì)正,再擰緊六個(gè)固定螺栓,即安裝完畢。如果夾緊裝置與所用數(shù)控車床的主軸法蘭無法匹配,那么也可以用自定心反爪三爪卡盤直接夾緊夾緊裝置的連接法蘭。

▲圖4 夾緊裝置安裝工件效果

夾緊裝置的壓緊組件正常情況下處于松開或壓緊兩種位置狀態(tài)。擰松壓緊螺栓時(shí),壓板在彈簧的作用下會(huì)自動(dòng)升起,同時(shí)壓板在摩擦力的作用下隨壓緊螺栓逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)壓板一端的頂柱碰到圓環(huán)臺(tái)階的內(nèi)孔面時(shí),壓板停止轉(zhuǎn)動(dòng),此時(shí)壓緊組件處于松開位置。在松開位置時(shí),壓緊組件剛好完全處于電機(jī)端蓋輻條之間的間隔窗口中,十分方便電機(jī)端蓋的裝卸。當(dāng)擰緊壓緊螺栓時(shí),壓板隨壓緊螺栓順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)壓板一端的頂柱碰到限位銷時(shí),壓板停止轉(zhuǎn)動(dòng),此時(shí)壓板另一端的壓頭剛好對(duì)正定位凸臺(tái),壓緊組件處于壓緊位置。在壓緊位置時(shí)再用力擰緊壓緊螺栓,即可壓緊電機(jī)端蓋。

在安裝電機(jī)端蓋時(shí)要注意一個(gè)細(xì)節(jié),即在壓緊組件處于松開位置時(shí),將待壓緊的電機(jī)端蓋順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),以使電機(jī)端蓋與定位銷緊密接觸,再擰緊壓緊螺栓,用于保證電機(jī)端蓋正確定位及機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)動(dòng)力的有效傳遞,以免在加工時(shí)因電機(jī)端蓋受力而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)或松脫現(xiàn)象。

6 夾緊裝置優(yōu)點(diǎn)

輻條式電機(jī)端蓋夾緊裝置采用定位心軸、定位銷及三個(gè)軸向定位凸臺(tái)三點(diǎn)一面的軸向定位夾緊方式,有效限制了電機(jī)端蓋的六個(gè)自由度,定位精確。三個(gè)壓緊組件壓板的壓頭分別正對(duì)三個(gè)軸向定位凸臺(tái),受力點(diǎn)與支承點(diǎn)在同一直線上。每個(gè)壓緊力與支承力都是一對(duì)平衡力,且各自相互獨(dú)立,互不干涉。對(duì)于壓緊力的大小,使用標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)六角扳手用力擰緊即可,不需要依賴工人的經(jīng)驗(yàn),有效解決了電機(jī)端蓋裝夾變形及可靠性不高的問題[7]。壓緊組件采用彈簧及限位設(shè)置,在松開或擰緊壓緊螺栓時(shí),只需轉(zhuǎn)動(dòng)約兩圈,壓板就會(huì)自動(dòng)隨壓緊螺栓旋轉(zhuǎn)至松開或壓緊兩種位置狀態(tài),十分方便電機(jī)端蓋的裝卸。應(yīng)用這一夾緊裝置,一次裝夾即可完成輻條式電機(jī)端蓋上的φ130 mm、φ47 mm內(nèi)孔與端面的加工,還可以同時(shí)完成φ6 mm、φ10 mm兩孔端面的加工[8]。

7 夾緊裝置應(yīng)用效果

輻條式電機(jī)端蓋夾緊裝置在長期生產(chǎn)應(yīng)用過程中表現(xiàn)出了非常優(yōu)越的性能,裝卸與使用方便,整個(gè)過程不需要進(jìn)行任何調(diào)整[9]。應(yīng)用這一夾緊裝置,提高了電機(jī)端蓋的加工精度,并且能夠保證電機(jī)端蓋批量生產(chǎn)加工時(shí)的質(zhì)量穩(wěn)定性,使電機(jī)端蓋加工質(zhì)量主要依靠數(shù)控機(jī)床裝備的加工性能來保證。在正常生產(chǎn)狀態(tài)下,電機(jī)端蓋加工的合格率達(dá)到100%,充分發(fā)揮了數(shù)控機(jī)床的優(yōu)越性能。因?yàn)閵A緊裝置對(duì)所加工的電機(jī)端蓋而言具有足夠好的剛性,定位準(zhǔn)確,夾緊與傳動(dòng)都十分可靠[10],可以完全可以按電機(jī)端蓋的最佳加工方案選擇切削參數(shù)。在實(shí)際加工中,所有端面都可以一次加工完成,內(nèi)孔表面粗、精加工各一次完成,既提高了生產(chǎn)效率,又充分提升了數(shù)控車床的效能。

8 結(jié)束語

隨著制造技術(shù)的發(fā)展,數(shù)控化、智能化加工已成為現(xiàn)代加工制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì),產(chǎn)品加工的精度與質(zhì)量主要由機(jī)床加工精度和加工工藝來保證,生產(chǎn)工人只需要按照規(guī)范操作就可以生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。筆者針對(duì)JFW25型無刷電機(jī)端蓋在加工中遇到的問題,設(shè)計(jì)并應(yīng)用了輻條式電機(jī)端蓋夾緊裝置,提高了電機(jī)端蓋的加工質(zhì)量和加工效率,效果良好。