永磁電機(jī)數(shù)控裝配機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)

戴向榮

西門(mén)子電機(jī)（中國(guó)）有限公司 江蘇儀征 211400

電機(jī)軸承的噪聲水平是電機(jī)噪聲問(wèn)題中非常值得關(guān)注的一部分內(nèi)容，其起著至關(guān)重要的作用。電機(jī)軸承的噪聲大小、振動(dòng)的變化情況往往會(huì)對(duì)同一型號(hào)的電機(jī)的質(zhì)量等級(jí)起著決定性的作用，電機(jī)噪聲過(guò)大甚至可能會(huì)使原本是優(yōu)級(jí)的產(chǎn)品降為合格品。新的“電機(jī)基本技術(shù)要求”國(guó)際（GB755-81）將電機(jī)的噪聲功率分為N、R、S、E四個(gè)等級(jí)。導(dǎo)致小型異步電機(jī)噪聲變化的原因主要有以下幾方面的原因：第一，電機(jī)軸承本身存在著質(zhì)量問(wèn)題；第二，電機(jī)的軸承結(jié)構(gòu)、尺寸配合公差和加工質(zhì)量的問(wèn)題；第三，電機(jī)軸承的裝配工藝問(wèn)題。本文主要將對(duì)第三方面的原因，即電機(jī)軸承裝配工藝對(duì)噪聲振動(dòng)的影響。

1 電機(jī)模型裝配生產(chǎn)線

由電機(jī)各部件裝配位置、備品庫(kù)和成品庫(kù)3個(gè)部分組成，其中裝配位置從左到右分別放置關(guān)節(jié)底座、電機(jī)模塊、諧波減速器和輸出法蘭，其中關(guān)節(jié)底座位置為成品組裝位；在裝配位置安裝了4個(gè)伸縮氣缸用于電機(jī)各部件二次定位，當(dāng)機(jī)器人將電機(jī)各部件送至裝配位置后，先將其通過(guò)氣缸進(jìn)行二次定位，然后再進(jìn)行裝配；以提高機(jī)器人的抓取精度，保證順利完成裝配[1]。

2 永磁電機(jī)數(shù)控裝配機(jī)的關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)

2.1 轉(zhuǎn)子裝配模塊設(shè)計(jì)

轉(zhuǎn)子裝配模塊的設(shè)計(jì)要根據(jù)轉(zhuǎn)子軸的尺寸來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，GK813系列電機(jī)轉(zhuǎn)子軸中間鐵芯處直徑為113mm，軸伸端軸直徑47mm，軸端有中心孔，中心孔為直徑17mm，長(zhǎng)12mm的圓孔，端口為60°的圓錐面，圓孔末端為長(zhǎng)20mm的M16螺紋孔；尾端軸直徑為12mm，軸端有中心孔，中心孔為M5的螺釘孔，深度為20mm，端口為60°的圓錐面。根據(jù)轉(zhuǎn)子軸尺寸和形狀，決定選用轉(zhuǎn)子軸中心孔作為裝配的軸線定位基準(zhǔn)，轉(zhuǎn)子軸兩端兩端定位選擇圓錐來(lái)進(jìn)行軸線定位，頂錐、頂尖上60°的圓錐面與中心孔錐面完全貼合。轉(zhuǎn)子裝配模塊由固定頂錐和可調(diào)心頂尖組成，頂錐和頂尖的軸線重合，并且與定子固定元件的中心孔同軸線，可調(diào)心頂尖部分可以在線性導(dǎo)軌上滑動(dòng)，可調(diào)心頂尖與固定頂錐間的距離大于電機(jī)轉(zhuǎn)子軸的長(zhǎng)度，頂錐和可調(diào)心頂尖分別頂住轉(zhuǎn)子軸兩端的中心孔，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的精準(zhǔn)定位。具體結(jié)構(gòu)為：莫式錐筒固定于尾座上，莫式錐筒的左端面上設(shè)有開(kāi)口向外的內(nèi)錐孔，莫式錐筒的圓錐面與可調(diào)心定位套的尾端球面貼合，可調(diào)心定位套的尾端為半球體，左端為有一個(gè)階梯的筒體，頂尖水平布置于可調(diào)心定位套的內(nèi)筒中，左端頂尖用與轉(zhuǎn)子軸中心孔接觸定心，頂尖的右端與一蝶形彈簧接觸，蝶形彈簧也置于可調(diào)心定位套的內(nèi)筒之中，可調(diào)心定位套上安裝一個(gè)調(diào)心軸承，可調(diào)心定位套與莫式錐筒用一個(gè)螺紋套連接[2]。

2.2 控制程序

啟動(dòng)停止程序采用停止優(yōu)先的帶自鎖的控制程序，它是由啟動(dòng)按鈕的按壓從X0輸入啟動(dòng)指令，由輔助繼電器M0吸起自鎖記錄啟動(dòng)指令從而接通整個(gè)控制系統(tǒng)，由停止按鈕的按壓從X01輸入停止指令，來(lái)切斷M0的自鎖，使M0落下關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)。運(yùn)行模式選擇程序是由一個(gè)三選一程序組成，在程序中應(yīng)用了自鎖、互鎖的聯(lián)鎖關(guān)系，該程序能夠保證在同時(shí)按壓功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩按鈕時(shí)，只有一種運(yùn)行模式有效，并且三種運(yùn)行模式之間可以隨時(shí)轉(zhuǎn)換，功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩按鈕分別接在PLC的X02、X03、X04端口上，用輔助繼電器M1、M2、M3來(lái)做功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩運(yùn)行模式的標(biāo)志繼電器。制動(dòng)等級(jí)選擇程序也是由一個(gè)三選一程序組成的，在程序中應(yīng)用了自鎖、互鎖的聯(lián)鎖關(guān)系，該程序能夠保證在同時(shí)按壓一級(jí)制動(dòng)、二級(jí)制動(dòng)、三級(jí)制動(dòng)按鈕時(shí)，只有一種制動(dòng)模式有效，并且三種制動(dòng)模式之間可以隨時(shí)轉(zhuǎn)換，三個(gè)級(jí)別的制動(dòng)按鈕分別接在PLC的X05、X06、X07端口上，用輸出繼電器Y10、Y11、Y12來(lái)做一級(jí)制動(dòng)、二級(jí)制動(dòng)、三級(jí)制動(dòng)模式的標(biāo)志繼電器，同時(shí)將PLC的輸出端口Y10、Y11、541Y112接到多路直流電源的1V、2V、3V電壓上，COM3接到磁粉制動(dòng)器的+端子上，磁粉制動(dòng)器的-端子接到多路直流電源的-極上，通過(guò)這個(gè)控制電路獲得電動(dòng)機(jī)的三種制動(dòng)力[3]。

2.3 熱套

采用熱套進(jìn)行安裝的方式主要是，按照相關(guān)要求在軸承上上好潤(rùn)滑劑，并且將其放入烤箱進(jìn)行加熱，等加熱到一定溫度后并且進(jìn)行保溫一定的實(shí)時(shí)間后再進(jìn)行裝配。軸承由于受到均勻的加熱從而變形較小，并且軸承在加熱前已經(jīng)上了潤(rùn)滑劑，從而在軸承的鋼球表面及溝道表面具有潤(rùn)滑脂，具有良好的潤(rùn)滑作用，從而對(duì)于噪聲產(chǎn)生了一定的阻尼作用。熱套加熱的方式主要有烘箱加熱和油槽加熱兩種方式。實(shí)踐證明，以烤箱加熱的方式較優(yōu)。原因主要是在加熱的過(guò)程中，礦物油會(huì)附著在軸承的表面，從而使得軸承零件與軸承潤(rùn)滑脂之間的粘附變差，從而在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候很有可能將潤(rùn)滑脂甩出去。即使軸承是密封的，在運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，液態(tài)油也會(huì)通過(guò)密封圈滲入軸承內(nèi)部。潤(rùn)滑脂和油在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中將會(huì)進(jìn)行不斷的攪拌，從而潤(rùn)滑脂的性能將會(huì)受到一定的影響，使得軸承額使用性能也會(huì)受到影響[4]。

2.4 永磁電機(jī)數(shù)控裝配機(jī)的數(shù)控設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的永磁電機(jī)數(shù)控裝配機(jī)，動(dòng)力元件選用的只有伺服電機(jī)和氣缸，而且裝配過(guò)程中都是簡(jiǎn)單的直線運(yùn)動(dòng)，控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，所以選用PLC進(jìn)行整個(gè)永磁電機(jī)數(shù)控裝配機(jī)的系統(tǒng)控制即可。本文以GK813系列電機(jī)為例，介紹永磁電機(jī)數(shù)控裝配機(jī)的工作原理，具體工作步驟如下：

（1）將預(yù)先裝配好的定子裝配體放置在定子裝配模塊上面，定子模塊上的側(cè)向氣缸將定子裝配體頂至側(cè)向限位塊上，完成定子裝配體的側(cè)向初步定位，同時(shí)轉(zhuǎn)角氣缸的壓爪轉(zhuǎn)動(dòng)90°，夾住定子裝配體的定位法蘭，將其拉至軸向設(shè)置的彈性定位元件上，完成精準(zhǔn)定位；再定位完成之后，伺服電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，拉動(dòng)整個(gè)定子裝配模塊向頂錐方向移動(dòng)，移動(dòng)至規(guī)定位置后停止運(yùn)動(dòng)。

（2）轉(zhuǎn)子承載模塊在伺服電機(jī)的帶動(dòng)下升起至規(guī)定位置，將裝配好的轉(zhuǎn)子裝配體通過(guò)吊具放置在轉(zhuǎn)子承載模塊上，進(jìn)行初步的徑向定位。

（3）轉(zhuǎn)子裝配模塊一端的頂針在氣缸的推動(dòng)下伸出，通過(guò)固定的滑軌運(yùn)動(dòng)，直至頂針和頂錐分別頂住轉(zhuǎn)子軸兩端的中心孔，通過(guò)轉(zhuǎn)子軸中心孔定位完成轉(zhuǎn)子的精確定位。

（4）轉(zhuǎn)子裝配體在轉(zhuǎn)子裝配模塊下保持定位后，轉(zhuǎn)子承載模塊下降至初始位置，定子裝配模塊在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)下向轉(zhuǎn)子方向移動(dòng)，直至移動(dòng)至電機(jī)后端蓋與電機(jī)定子重合為止，而轉(zhuǎn)子前端軸頸上的軸承也在壓力作用下嵌入電機(jī)前端蓋。

（5）在電機(jī)后端蓋與定子重合后，擰緊端蓋上的安裝螺絲，轉(zhuǎn)子裝配模塊上的頂針縮回至起始位置，定子裝配模塊上的轉(zhuǎn)角氣缸壓爪旋轉(zhuǎn)90°，松開(kāi)電機(jī)的定位法蘭，側(cè)向頂緊氣缸也縮回至初始位置，接著定子裝配模塊將電機(jī)輸送至空位，用吊具將電機(jī)吊裝走。

2.5 通過(guò)軸承內(nèi)圈進(jìn)行冷壓

冷壓與熱套進(jìn)行相比較而言，具有以下兩方面的缺點(diǎn)：第一，軸承與潤(rùn)滑脂之間的粘附不夠牢固，因此潤(rùn)滑脂在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中容易甩出軸承，容易導(dǎo)致溝道與鋼球之間會(huì)有短時(shí)間的干摩擦，從而加大噪聲。軸承在電機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后由于溫度升高后，由于潤(rùn)滑脂已經(jīng)進(jìn)入了溝道，從而噪聲會(huì)好轉(zhuǎn)。因此，通過(guò)軸承內(nèi)圈進(jìn)行冷壓的方式往往是開(kāi)始階段的噪聲較大[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于中、大規(guī)格的永磁電機(jī)，由于永磁體的磁力作用，將轉(zhuǎn)子組件與定子組件裝配在一起的總裝工序極其困難。本文針對(duì)某機(jī)電技術(shù)公司生產(chǎn)的GK813系列電機(jī)，設(shè)計(jì)出了永磁電機(jī)數(shù)控裝配機(jī)，采用柔性裝配，實(shí)現(xiàn)永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子的精確裝配，并從各個(gè)方面對(duì)永磁電機(jī)數(shù)控裝配機(jī)進(jìn)行分析介紹，理論上能很好的提高永磁電機(jī)的裝配質(zhì)量。