(①蘇州市職業(yè)大學機電工程學院，江蘇 蘇州215104；②蘇州經貿職業(yè)技術學院機電系，江蘇 蘇州215009)

電動機是依據(jù)電磁感應定律實現(xiàn)電能轉換或傳遞的一種電磁裝置，將電能轉換為機械能，產生驅動轉矩作為用電器或各種機械的動力源，其應用極為廣泛。電動機軸承端蓋是電動機的主要部件之一，主要作用是確定電動機轉子和軸的空間位置，通過與軸承的配合，保證轉子與定子的間隙，其加工的精度直接影響到定轉子之間同軸度、氣隙均勻度和軸向間隙，是電動機穩(wěn)定可靠工作的關鍵零件之一。

1 電動機軸承端蓋加工技術分析

電機軸承端蓋的材料選用灰鑄鐵HT250，該材料因熱變形小、強度高和一定耐蝕能力，且具備良好的鑄造、減振、耐磨、切削加工性能，廣泛應用于泵殼、容器、塔器、法蘭、壓蓋、機床床身、立柱及氣缸等零件。在原加工工藝中，根據(jù)板材的厚度規(guī)格，毛坯選用40 mm厚的板材，鋸割為457 mm×360 mm×40 mm的長方體，單邊留余量5 mm。根據(jù)圖1中軸承端蓋的結構，加工的主要工作集中在端蓋的正面，銑削端蓋面、型腔，再鉆孔和攻絲，故在正面加工時選擇了壓板作為夾具；背面加工內容是端蓋背面的余料和φ125 mm圓，且在圓周方向的定位要求不高，背面加工利用了一個簡易夾具(如圖2所示)，所有工序在立式加工中心上完成。原加工工序如表1所示。

表1 電動機軸承端蓋原加工工序

從表1工序可以看出，正面加工時，夾具采用4個壓板分別壓住長方形毛坯的4個角，根據(jù)端蓋結構的形狀，不會造成干涉情況的發(fā)生。端蓋正面主要加工步驟如下：

(1)首先利用機夾式端面刀對端蓋正面進行粗加工，大量高效地去除材料；

(2)高速鋼端面刀加工端蓋正面、圓孔和型腔，其中φ250 mm圓留余量0.03 mm，其他尺寸加工到位；

(3)利用鉆頭鉆削孔、絲錐對孔進行螺紋加工；

(4)利用合金立銑刀完成φ250 mm圓的精加工。

在上述加工過程中，φ250 mm的圓孔、4個M16螺紋孔已經加工完成，所以在背面加工中，夾具利用了φ250 mm圓定位和螺紋孔鎖緊功能。如圖2所示，該夾具利用壓板安裝于加工中心工作臺，通過立銑刀銑出上表面、定位圓柱和定位半圓柱，這樣保證夾具上表面的水平，同時保證圓柱銷的定位精度。凸出的定位圓柱與軸承端蓋正面已加工出的φ250 mm圓孔配合，定位半圓柱面貼緊端蓋的側面，四個螺絲從夾具下方的鎖緊孔穿過，與端蓋正面已加工好的M16螺紋孔鎖緊。首先采用機夾式端面刀對端蓋背面進行粗、精加工，大量高效地去除材料，最后再利用合金立銑刀完成加工φ125 mm圓任務。

2 影響因素分析及措施

2.1 問題分析

根據(jù)原加工工序及檢測數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，設備和刀具的影響可以排除，夾具的結構是問題存在的關鍵，二次裝夾引起重復定位精度達不到要求。在軸承端蓋完成正面加工，翻轉加工背面時利用φ250 mm圓孔與夾具上凸出的定位圓柱相配合。一般情況下，為了提高加工效率，方便裝夾，兩者之間采用間隙配合，間隙的大小則決定了同軸度的精度。在精度要求不是很高的場合，這種方式是機械加工中的一種通用做法。但在該工件的加工過程中此處的同軸度要求較高，屬于關鍵性部位，因此該定位方式不可取。

另外，在正面加工時采用了壓板夾持工件，在加工過程中隨著周邊余料逐步切除，工件在壓板壓力作用下，導致加工后的正面發(fā)生微小翹曲變形；在加工背面時采用螺絲鎖緊方式，螺釘?shù)逆i緊變形、軸承端蓋正面及夾具定位表面的加工質量是造成端面圓跳動超差的主要因素。采用壓板和螺釘鎖緊的方式，使人工裝夾的時間在整個加工時間里占了較大的比例。

2.2 解決方法

根據(jù)以上分析，超差主要是由二次裝夾引起，采用圓柱定位精度達不到軸承端蓋關鍵部位的精度要求。為了解決同軸度和圓跳動超差問題，提高加工效率，制定了新的加工工藝，加工工序如表2所示。加工設備仍然采用加工中心獨立完成，與原加工工藝相比，主要變化如下：

表2 電機軸承端蓋新加工工序

首先，毛坯是用40 mm厚的HT250板材，直接利用數(shù)控等離子火焰切割機床割出外形和內孔，外形余量留5 mm，內孔割出φ95 mm的圓孔。

其次，裝夾方式發(fā)生了變化，正面加工時利用三爪夾持毛坯圓周部位，背面加工內容是平面銑削到圖紙規(guī)定厚度和φ125 mm圓，沒有圓周角度方向定位，固采用三爪反爪夾持已加工出的φ250 mm圓孔的方式。

眾所周知，三爪卡盤由卡盤體、活動卡爪和卡爪驅動機構組成。三爪卡盤是利用均布在卡盤體上的三個活動卡爪的徑向移動，把工件夾緊和定位的機床夾具。但利用三爪卡盤加工工件的精度，受到卡盤制造精度和使用后磨損情況的影響。三爪卡盤使用久了，三爪會隨著卡盤的磨損出現(xiàn)喇叭口狀，三爪也會慢慢偏離卡盤中心。為了提高端蓋二次裝夾重復定位精度而采取的措施是使用軟爪。軟爪夾持使同軸度精度得到了大幅度提高，但經過檢測發(fā)現(xiàn)產品精度不穩(wěn)定。本文對軟爪的結構及使用進行了改進，具體步驟如下：

(1)固定卡盤到加工中心工作臺，軟爪安裝到卡爪驅動機構上，用合金銑刀銑削3個軟爪圓弧面，圓弧面的尺寸為φ200 mm，如圖3所示；

(1)在車床上車削內徑為φ200 mm的圓環(huán)，并安裝到軟爪剛銑削的圓弧面上，如圖4所示；

(3)用卡盤鈅匙鎖緊圓環(huán)后，用合金銑刀銑削圖3中所示的圓周定位面和軸向定位面，其中圓周定位面銑到尺寸φ250 mm，與軸承端蓋正面圓孔相同；

(4)用卡盤鈅匙松開圓環(huán)，安裝軸承端蓋到剛銑削的圓周定位面和軸向定位面，如圖5所示。

2.3 注意事項

(1)在工序3中半精加工端蓋正面所留余量為0.03 mm。在工序6精加工端蓋正面過程中，消除存在的微小讓刀現(xiàn)象，同時銑削去除鉆孔和攻絲引起的毛刺，消除加工背面時正面毛刺對定位精度的影響。

(2)加工背面時，以軟爪已加工的圓周定位面和軸向定位面定位。安裝端蓋時須讓軸承端蓋的正面緊貼軟爪的軸向定位面，以保證端蓋的正面和背面的端面圓跳動合格。

(3)對軸承端蓋與鎖緊圓環(huán)的鎖緊力須基本相同、卡爪驅動機構的移動量盡量小，保證3個軟爪的圓周定位面有較高的同圓度，確保端蓋的同軸度精度合格。

3 工藝對比分析

(1)原加工工藝毛坯為長方體結構，新工藝改為數(shù)控等離子火焰切割機床直接割出外形和內孔；減少了刀具去除材料的體積，節(jié)約了切削時間；端蓋正面加工的夾具由壓板改為三爪卡盤，背面的夾具由原來的專用夾具，改為三爪卡盤的軟爪，節(jié)約了工件安裝時間；經過統(tǒng)計，單件加工時間減少到了35 min左右，效率提高了53%。

(2)針對軟爪配合間隙的影響，新工藝方案采用圓環(huán)預先夾緊的方式，消除間隙造成的誤差，在軟爪受壓的情形下車削出軸向定位面和圓周定位面，在相同大小的鎖緊力下，3個軟爪組成的圓周定位面保證了軸承端蓋的圓跳動和同軸度。經三坐標機床檢測，合格率超過98%。

4 結語

工藝在生產中占有極其重要的地位，通過對電動機軸承端蓋的誤差分析，提出了影響精度的關鍵因素，制定了合理的加工工藝。通過對夾具的更換，加工出的軸承端蓋精度明顯提高，達到了圖紙要求；同時使工件裝夾簡單快捷，效率得到了極大提高，縮短了產品生產周期，產能得以顯著提高。此工藝改進，協(xié)助加工企業(yè)完成了既定的生產目標，取得了較大的經濟效益。

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