轉子內錐孔圓弧槽磨削設備研究

馬建成 張旭 閆濤濤 劉杰 李浩 文廣宇

【摘 要】隨著我國鐵路行業的迅速發展，中車集團對于鐵路產品的安全性越來越重視，對于各類關鍵部件的制造把關愈加嚴格，企業面對鐵路行業發展的大形勢，為適應發展的需求，提升競爭力，多致力于研究專用設備，牽引電機制造企業尤其如此。本文主要介紹機車電機轉子內錐孔去應力圓弧槽磨削加工設備的研究。

【關鍵詞】轉子 圓弧槽 專用設備

1 引言

為解決機車電機轉子內錐孔去應力圓弧槽磨削加工過程中人工勞動強度大、生產效率低、質量穩定性差的問題，我們從改進裝備及加工手段方面入手，改變原有砂輪成型模式，提升產品質量和生產效率，降低工人勞動強度。

2 研究背景

機車電機內錐孔去應力圓弧槽磨削原有工藝過程：在數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圓磨床主軸上，在規定的位置磨削去應力圓弧槽。由于在加工過程中，數控臥車車削磨砂輪基準與磨頭主軸基準不同，造成砂輪外圓中心與磨頭主軸旋轉中心不一致，導致磨削時，砂輪單邊嚴重，震動大， 成型砂輪的輪廓失真快，磨削完成后的去應力圓弧槽形狀、粗糙度與一致性較差等問題；一個車削完成的成型砂輪最多只能完成一個產品的磨削，且必須保證完成一個產品；因為更換砂輪后極難找到原位置再磨一次，幾乎不可重復，砂輪拆卸更換頻繁，對準內孔磨削位置麻煩，導致操作者工作負荷強度大、輔助時間過長（排除天車使用的制約，整個工序聯合作業時間60分鐘）、質量不穩定，受人為因素影響大。擬用新工藝磨削，與傳統工藝對比如表1所示。

序號

內容

傳統加工工藝

擬采取的新工藝

1

加工設備

數控臥車+磨床

磨床

2

加工方式

數控修整+手動

仿形修整+

數顯定位

3

質量控制

受人為因素影響

受機床精度影響

4

生產效率

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

勞動強度

強度大

強度小

表1 擬采取工藝與傳統工藝對比

3詳細技術方案

3.1機床整體布局設計

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。在合適位置安裝數顯裝置，用于顯示磨頭砂輪軸向所在的位置。

圖1 機床整體結構示意圖

3.1.1 設計思路與效果設想

設計制作一個仿形裝置與數顯裝置，都安裝在現有的深孔內圓磨床上，電機轉子由機床左側（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，移動磨頭、砂輪， 利用仿形裝置就地進入仿形修磨工作點，完成砂輪成型，再將成型砂輪移動到內錐孔磨削工作點，完成去應力圓弧槽成型磨削，然后退出磨頭；卸走磨好的工件，裝新工件，再次移動砂輪進入仿形修磨工作點，砂輪再次就地完成成型修整，對新的轉子進行磨削。

通過改造， 裝卸產品工件時間仍為9分鐘，希望實現砂輪仿形修整時間為4分鐘，內錐孔圓弧槽磨削時間變成7分鐘，整個聯合工序時間變為20分鐘；產品裝卸仍是各1次，砂輪裝卸變為只需初始裝一次，用到極限報廢時卸1次。

3.1.2 使用操作過程設想

內錐孔磨削砂輪裝夾在磨頭主軸上，砂輪高速旋轉動力來自機床本身，砂輪成型圓弧修磨的單點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，進入仿形修磨工作點；砂輪圓弧修整裝置開始工作，獨立液壓站啟動，金剛筆在往復油缸的推動下，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品特定圓弧槽所需要的形狀要求，沿砂輪直徑方向移動砂輪主軸，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顯尺定位（工作點），記住工作點的數據，數顯裝置確保重復使用時完全一致，能回到原來的位置。

3.1.3 實現原理簡述

根據圖紙上去應力圓弧槽形狀要求制作仿形板，單點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到需要的形狀要求。當去應力圓弧槽形狀設計要求有變化時，可以通過較方便的更換對應形狀的仿形板，重新適應對應砂輪外輪廓的成型修整。

3.2 設計制造仿形裝置

3.2.1仿形裝置組成

砂輪仿形修整裝置由基礎座，直線運動機構、雙V型鋼質直線導軌、液壓油缸、仿形機構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仿形裝置結構描述

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座上，在基礎底座上方安裝一套直線運動裝置，此直線運動裝置采用雙V型直線導軌，可預加一定的負荷，用于金剛筆修整砂輪時做往復運動；該往復運動的動力來自外置液壓油缸的驅動，本裝置需要一套液壓站，用于油缸的驅動。

3.3設計制造仿形裝置電器控制

電器控制主要由電源控制開關、接觸器、繼電器、行程開關、按鈕盒及導線等組成。

主要作用控制液壓站開停，通過接近開關控制仿形行程與往復。

3.4設計制造仿形裝置動力源

動力源為液壓站，主要提供油缸往復動力。

液壓站主要由：油泵、電機、液壓控制閥、油箱、油管等組成。

3.5 設計制造數顯裝置

數顯裝置主要由數顯表、電源控制開關、光柵尺、光柵尺調整安裝板等組成。數顯裝置主要顯示磨頭位置，動尺安裝在磨頭上，靜尺安裝床身上。

4 改造總結

圖3 機床工作時外觀

如圖3所示，通過改造在原有深孔內圓磨床上加裝這套仿形與數顯裝置，砂輪裝卸次數由每個產品磨床裝卸必需各一次，數控臥車每個產品裝卸各一次，改變為磨床60至80個產品裝卸才一次，數控臥車裝卸對刀與成型車削徹底消除；磨床砂輪對位置時間由5分鐘改變為0.5分鐘； 因砂輪不需要拆卸，利用現有磨床條件，就地實現了砂輪成型修整，實現了砂輪外圓輪廓中心與砂輪主軸中心完全一致，砂輪單邊磨削震動現象徹底消除，磨削效率與形狀一致性提高很多；還實現了去應力圓弧槽表面粗糙度由Ra1.6提高到Ra0.8。實際測算當前聯合工序時間在18-20分鐘，生產效率提高3倍，確保磨削精度高，降低操作者的工作強度。正是因為研究儲備了這一新技術，才使得我們新研制的電機軸內孔有了去應力圓弧槽磨削設備，對新制電機預防內錐孔局部特定位置出現淺層微細裂紋，防止電機軸斷裂有了可靠措施，確保加工產品質量穩定，為公司增強同類產品的競爭力。

參考文獻：

[1]機械設計手冊，第3冊.北京：機械工業出版社，1986.

[2]朱東華.樊智敏，機械設計基礎.北京：機械工業出版社，2004.

[3]林艷華.機械制造技術基礎.化學工業出版社，2010.