電機鼠籠式轉子自動精車機床的改進設計

周錦添

(廣東工程職業技術學院 機電工程學院，廣東 廣州 510520)

0 引言

電機鼠籠式轉子是由沖壓成圓形并疊加若干片硅鋼片形成鐵芯體，然后利用離心鑄造鑄成鋁合金條及鑄鋁端環鑲鑄在其中所形成的一個整體轉子。鑄成整體轉子后，它的外圓加工主要分為粗車、精車兩個加工階段[1]。已有的傳統粗、精兩個加工階段是：鑄造好轉子毛坯→在鐵芯體中心孔壓入轉子軸芯工序(工位1)→粗車鐵芯外圓工序(工位2)→再次裝夾后精車轉子外圓工序(工位3)。由于我國電機生產屬于大批量生產方式，為了提高加工精度和效率，電機生產企業急需改進生產條件[2]，為此提出了整個轉子外圓加工新的車削工藝：鼠籠式轉子毛坯→粗車工序(工位1)→壓裝芯軸工序(工位2)→精車工序(工位3)。這種新的車削工藝，必須配套相應的自動化程度高的專用轉子自動精車機床。本文主要論述最后一道精車工序所必須的自動精車機床的車削原理及技術參數、各個機構的改進設計及車削工藝應用。

1 機床主要部件、車削原理及性能參數

1.1 機床主要組成及工作原理

精車機床主要由壓緊傳動機構液壓缸1、主軸機構2、主軸電動機3、懸壓臂壓緊傳動機構4、摩擦皮帶5、車刀7、刀架8、進給機構9、轉子托架支承機構10、床身11以及液壓系統和電控系統組成，如圖1所示。

1-壓緊傳動機構液壓缸；2-主軸機構；3-主軸電動機；4-壓緊傳動機構；5-摩擦皮帶；6-轉子工件；7-車刀；8-刀架；9-進給機構；10-支承機構；11-床身

精車機床工作原理如下：轉子工件6的定位與夾緊是依靠支承機構10雙軸承托架托起轉子兩端的芯軸，并與懸壓臂壓緊傳動機構4上的摩擦帶5向下壓緊實現的，通過懸壓臂向下壓緊轉子工件6并由主軸電動機3帶動摩擦帶5運動，進而摩擦帶5拖動轉子工件高速旋轉，同時，安裝在刀架8上的刀具7通過進給機構9對工件6實施既軸向進刀又徑向進刀，因此，轉子工件6與刀具7具有確定的相對運動，從而實現對轉子工件6的切削。

1.2 機床的性能參數

經過改進，機床的主機架尺寸(L×W×H)為1 180 mm×1 200 mm×780 mm，不含液壓站重量為500 kg，我們確定機床適用的工件轉子尺寸范圍見表1，帶壓裝芯軸的鼠籠式轉子工件見圖2，精車機床的主要性能參數見表2。

表2 精車機床主要性能參數

1-轉子工件；2-轉子芯軸

表1 精車機床適用的工件轉子尺寸范圍

2 機床各主要機構的改進設計

2.1 主軸機構及壓緊傳動機構的設計及功能

主軸機構如圖3所示，由三相異步電動機6提供動力。電動機6通過柔性聯軸器5連接主軸4，主軸4由主軸基座7支承做旋轉運動，主軸4輸出端上安裝有平皮帶主動輪1，主軸基座7上的空心軸3同時安裝有懸壓臂主板2，懸壓臂主板2在液壓缸的驅動下與主軸4同心并繞主軸4旋擺。這種結構設計能實現既把電動機運動直接傳遞給主軸上的主動輪，又能實現液壓缸驅動的懸壓臂主板的旋擺與主動輪同心運動。

1-主動輪；2-懸壓臂主板;3-空心軸;4-主軸;5-聯軸器;6-電動機;7-主軸基座

懸壓臂壓緊傳動機構如圖4所示，由懸壓臂主板1、從動輪3及其彈簧張緊器2、摩擦平皮帶4、導輪5及其導輪調節器6、側板7、主動輪8等組成。懸壓臂主板1和側板7長、短各異的設計，目的就是更方便更換摩擦平皮帶4；導輪5及其調節器6的設計，能實現調節導輪5在主側板上的前后移動，適應不同轉子的直徑大小，直徑越小的轉子，導輪5位置調整越靠前，保證懸壓臂向下壓緊轉子工件時皮帶4包裹轉子工件的包角足夠大，從而產生的摩擦力滿足車削力要求；從動輪3及其彈簧張緊器2的設計，用來調節皮帶4的張緊程度，彈簧調節得越緊，彈簧力越大，張緊器2帶動從動輪3往外移動，皮帶4的張緊程度就越緊，從而保證皮帶4久用不松弛，保證不削弱傳動性能及車削性能。

1-懸壓臂主板；2-彈簧張緊器；3-從動輪；4-平皮帶；5-導輪；6-導輪調節器；7-側板；8-主動輪

2.2 轉子托架支承機構的改進設計

轉子托架支承機構由一條倒V型導軌5、右側的兩塊V型導塊4及分別安裝其上面的雙軸承托架3和可調節軸向位置的軸芯定位器1組成，如圖5所示。兩塊V型導塊的位置可以根據轉子鐵芯長度在倒V型導軌軸向調整至合適間距，然后固定在倒V型導軌上，其上面的軸承托架3的作用是托起并定位軸芯兩端徑向位置，與懸壓臂上面的摩擦平皮帶共同夾緊轉子，車削加工時轉子心軸自動定心且與轉子安裝回轉中心相同,加工的同軸度高[3]，經測試圓跳動≤0.015 mm。每一個托架安裝兩個精密小型滾動軸承,目的就是減少車削過程中轉子軸芯與托架面產生的摩擦引起的溫升。導軌左側安裝有可調節轉子軸向位置的軸芯定位器。

1-軸芯定位器；2-轉子；3-雙軸承托架；4-V型導塊；5-倒V型導軌

2.3 進給機構與刀架改進設計

進給機構安裝在機床工作臺面上，分別由兩個液壓缸驅動軸向和徑向往返移動，實現進刀車削和退刀回程。進給機構如圖6所示，由軸向進給滑板7及其直線導軌導靴、徑向進給滑板8及其直線導軌導靴、刀架2及調節燕尾滑板移動的刀架調節器1等組成，其中刀架通過燕尾導軌副安裝在徑向進給滑板8上，軸向進給機構旁安裝有進刀終止開關A、退刀終止開關B和開關信號感應塊4。

1-刀架調節器；2-刀架；3-開關A；4-感應塊；5-開關B；6-軸向液壓缸；7-軸向進給滑板；8-徑向進給滑板；9-徑向液壓缸

軸向進刀行程大小是根據轉子鐵芯長度不同進行調整并確定的，需調整兩個開關合適間距和合適位置后固定，感應塊感應到某個開關時，開關就發出信號控制液壓缸進刀行程終止和退刀終止，開關A的位置以讓車刀正好車削完轉子外圓面長度為宜，開關B位置以讓車刀刀尖位置距離轉子右端面約2 mm為宜。

徑向進給行程是固定的，行程大小就是它自身的液壓缸行程，而轉子車削進刀深度(背吃刀量)的大小由刀架調節器上微調旋鈕調節，逆時針旋轉為進刀深度增大，但需要確定進刀深度時，必須試調，每次試調進刀調節量≤0.1 mm為宜，反復多次手動調節進刀深度，直至把鐵芯外圓直徑調至車削所需尺寸，調節結束應把徑向進刀燕尾導軌副的鎖緊螺釘牢靠固定，防止松動，從而保證對每件車削后的轉子外圓尺寸及精度的要求。

2.4 機床的液壓系統及電氣控制系統

機床液壓站采用整體式的液壓系統[4]，額定壓力為16 MPa，流量為50 L/min，配置3個液壓缸，每一個液壓缸的速度大小可通過油路中各自的進油和排油節流閥獨立調節，調定速度后，需鎖緊節流閥上的鎖緊螺母。系統的實際使用壓力建議穩定在5 MPa～10 MPa為宜。液壓缸及電機主要參數見表3，機床液壓原理見圖7。

1-懸壓臂驅動油缸；2-徑向進給油缸；3-軸向進給油缸；4-換向閥；5-節流閥；6-卸荷閥

表3 液壓缸及電機主要參數

機床的電氣控制系統主要采用可編程序控制器(PLC)實施步序動作，主軸轉速采用變頻器調整，調整頻率大小就能控制主軸三相異步電動機轉速的變化。

3 結論

為了適應電機鼠籠式轉子外圓的車削新工藝要求，改進設計了一種生產效率高的轉子外圓專用自動精車機床，車削轉子從裝夾、車削、卸料全過程實現了快速完成，為鼠籠式轉子車削提供了自動化程度高、效率高的新的加工方式，經過用戶的實際應用，得到電機行業用戶的高度評價。