電機轉(zhuǎn)子軸加工工藝

□ 譚 鵬 □ 童章印 □ 李洪濱

北京航空航天大學(xué)寧波創(chuàng)新研究院 浙江寧波 315800

1 加工工藝分析

電機轉(zhuǎn)子軸隨著電機出現(xiàn)而出現(xiàn),給生產(chǎn)制造和日常生活都帶來了相當(dāng)大的改變。電機轉(zhuǎn)子軸主要由車削加工和外圓磨削加工得到。對于不需要熱處理及易加工的電機轉(zhuǎn)子軸,形位公差和幾何加工精度比較容易控制,但對于結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜、熱處理要求較高的電機轉(zhuǎn)子軸,要達到相應(yīng)的加工技術(shù)要求,需要設(shè)計合理的加工工藝來保證。

電機轉(zhuǎn)子軸加工圖紙如圖1所示。電機轉(zhuǎn)子軸材料為GCr15軸承鋼,要求熱處理后洛氏硬度(HRC)達到58～65。

對加工圖紙進行分析,電機轉(zhuǎn)子軸需雙頂尖精加工才能保證對于A、B端基準(zhǔn)全跳動不大于0.01 mm。在電機轉(zhuǎn)子軸車削和磨削過程中,頂尖孔需要承載較大的切削力,這一切削力會導(dǎo)致頂尖孔產(chǎn)生擠壓變形、磨損等情況。另一方面,電機轉(zhuǎn)子軸經(jīng)過熱處理后,還會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形,表面、頂針孔會出現(xiàn)氧化層。電機轉(zhuǎn)子軸熱處理后,在精密磨削加工前,需要對頂尖孔進行二次加工或修磨。頂尖孔作為電機轉(zhuǎn)子軸加工定位基準(zhǔn),保證精度要求是前提,會直接影響電機轉(zhuǎn)子軸關(guān)聯(lián)加工尺寸精度,因為頂尖孔相關(guān)形位誤差會直接體現(xiàn)在需要加工的表面。為避免頂尖孔與對應(yīng)頂尖配合不良,在選用頂尖時必須保證所用頂針和中心鉆符合加工圖紙要求。

2 加工工藝流程

根據(jù)上述分析,結(jié)合試制車間現(xiàn)有設(shè)備,電機轉(zhuǎn)子軸的具體加工工藝流程如圖2所示。

根據(jù)市場調(diào)研,雖然生產(chǎn)廠家可以根據(jù)顧客需求定制相應(yīng)規(guī)格的材料,但是加工成本都會隨之增加。為合理控制加工成本,結(jié)合市場常規(guī)材料,決定采用直徑為10 mm的GCr15軸承鋼精料棒材比較合適。考慮到前期的使用量不是很大,加之物流運輸成本等因素,聯(lián)系材料生產(chǎn)廠家提供單件長度為2 000 mm,直徑為10 mm的GCr15軸承鋼精料棒材。

結(jié)合加工需求進行下料,根據(jù)加工圖紙要求,電機轉(zhuǎn)子軸下料長度按72±1 mm進行管控,這樣既能保證電機轉(zhuǎn)子軸的有效加工余量,又可控制成本。

3 加工夾具

4 切削參數(shù)

根據(jù)刀具生產(chǎn)廠家提供的有效線速度范圍,合理選用切削參數(shù)。結(jié)合常用切削參數(shù)計算式,以外圓車刀為例,分別對主軸轉(zhuǎn)速、切削速度、切削時間進行計算。

主軸轉(zhuǎn)速計算式為:

(1)

式中:S為主軸轉(zhuǎn)速,r/min;Vc為線速度,m/min;D為電機轉(zhuǎn)子軸直徑,mm。

已知刀具線速度為80 m/min,電機轉(zhuǎn)子軸直徑為10 mm,代入式(1),計算得主軸轉(zhuǎn)速為2 548 r/min。

切削速度計算式為:

F=SZFz

(2)

式中:F為切削速度,mm/min;Z為刀具切削刃數(shù)量;Fz為進給量,mm/r。

實際車床在加工時,一般都是一刃在切削。為保證切削過程的穩(wěn)定性,延長刀具使用壽命,進給量取0.05 mm/min。參數(shù)代入式(2),計算得切削速度為127.4 mm/min。

切削時間計算式為:

(3)

式中:T為切削時間,s;L為待切削長度,mm;C為進給次數(shù)。

根據(jù)已知條件,待切削長度為41.5 mm,走刀次數(shù)取4次,代入式(3),計算得切削時間為78 s。

通過上述計算式,可以計算得出粗車1和粗車2所有切削參數(shù),分別見表1、表2。

表1 粗車1切削參數(shù)

表2 粗車2切削參數(shù)

應(yīng)用所介紹的加工工藝和切削參數(shù),粗車1完成后的電機轉(zhuǎn)子軸實物如圖7所示,粗車2完成后的電機轉(zhuǎn)子軸實物如圖8所示。

5 結(jié)束語

對于電機轉(zhuǎn)子軸加工,無論結(jié)構(gòu)是簡單還是復(fù)雜,都需要合理分解工藝,根據(jù)加工圖紙要求設(shè)計配套工裝檢具,結(jié)合材料性能合理選用刀具,并計算切削參數(shù)進行精密加工。對于單件小批量加工,只需要制作簡易工裝即可。對于大批量生產(chǎn)加工,需要結(jié)合實際生產(chǎn),不斷優(yōu)化加工工藝,縮短工序節(jié)拍,進而實現(xiàn)高品質(zhì)、高效率加工。