黃曉華

(蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院精密制造工程系，江蘇蘇州 215104)

永磁低速同步電機(jī)是一種無(wú)減速齒輪裝置、由電機(jī)直接得到低轉(zhuǎn)速的新型同步電機(jī)。該電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子間間隙要求高，需控制在0.05 mm 內(nèi)，為此在加工時(shí)必須保證其核心部件——帶繞組定子兩端止口精車時(shí)的同軸度。傳統(tǒng)的小錐度芯棒車夾具脫模困難、報(bào)廢率高。為此研發(fā)了一種集定位、夾緊于一體的雙擴(kuò)張夾筒式車夾具，實(shí)現(xiàn)變軸向拉力為徑向擴(kuò)張力，從而極大地提高了生產(chǎn)效率。

1 永磁低速同步電動(dòng)機(jī)及定子部件的結(jié)構(gòu)分析

永磁低速同步電動(dòng)機(jī)無(wú)需齒輪減速裝置便可獲得低轉(zhuǎn)速 (60 r/min)、高扭矩(7 500 mN·m)，具有較好的自鎖能力，且能瞬間啟動(dòng)、倒轉(zhuǎn)和停機(jī)。它雖屬步進(jìn)電機(jī)系列，但無(wú)需特殊電源，僅以220 V 普通交流電源供電即可，因而在礦山、化工、石油管道和火力發(fā)電行業(yè)的閥門控制中具有不可替代的作用。圖1 為130 機(jī)座號(hào)的永磁低速同步電動(dòng)機(jī)。

圖1 永磁低速同步電動(dòng)機(jī)照片

1.1 永磁低速同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分析

圖2 為永磁低速同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖。

圖2 永磁低速同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

該電動(dòng)機(jī)之所以能獲得如此大的扭矩，除轉(zhuǎn)子采用了高磁能積的釹鐵硼(稀土)永磁體外，機(jī)械方面的根本保證在于定、轉(zhuǎn)子間的間隙必須控制在0.05 mm 以內(nèi)，這不僅僅是裝配工藝的保證，更重要的在于如何保證定子內(nèi)孔與兩端止口的同軸度φ0.02 mm (如圖3 所示)，這是因?yàn)檗D(zhuǎn)子支承于定子兩端的軸承孔內(nèi)，而軸承又安裝于端蓋的軸承室內(nèi)，前、后端蓋最終裝入定子的兩側(cè)止口后再用螺釘鎖緊。由此可知，若定子兩端止口與其內(nèi)孔不同軸，將直接導(dǎo)致定、轉(zhuǎn)子間隙不均勻，甚至運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生相擦。

1.2 定子部件結(jié)構(gòu)工藝分析

圖3 為永磁低速同步電動(dòng)機(jī)的核心部件——定子。

圖3 定子裝配結(jié)構(gòu)示意圖

其中的定子鐵芯是由經(jīng)沖裁所得的定子沖片疊壓而成，嵌入定子繞組后作絕緣處理(浸絕緣漆);將絕緣處理后的帶繞組定子鐵芯置于內(nèi)外圓磨床上磨內(nèi)外圓至最終尺寸;以熱套法將帶繞組定子鐵芯3 過(guò)盈配合于機(jī)殼2 內(nèi)(此時(shí)機(jī)殼2 的兩端止口已粗車至φ122.5 mm，即留0.5 mm 的精車余量)。

2 定子止口的加工

顯然，在裝入定子鐵芯后再完成機(jī)殼止口的精車(0.5 mm 車削余量)，可消除因裝配而產(chǎn)生的誤差。由圖3 可知，定子的兩端止口φ1220-0.021mm 深5 mm，若用三爪卡盤裝夾，則勢(shì)必要掉頭車第二個(gè)止口，如此會(huì)產(chǎn)生較大的裝夾誤差，尤其在批量生產(chǎn)時(shí)是無(wú)法保證φ0.02 mm 的同軸度的。這就需要設(shè)計(jì)出一專用止口車夾具。

2.1 小錐度芯棒車夾具

如圖4 所示，它可以利用外圓左偏刀和右偏刀實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成兩個(gè)止口的精車。由于該芯棒的錐度僅為1∶1 000，因而裝入定子后既可保證定子的平直度，又具備較高的自鎖性，以確保車削時(shí)芯棒和定子之間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)。

圖4 小錐度芯棒車夾具

2.2 工藝特點(diǎn)

為減輕該夾具的重力，將錐度芯棒的內(nèi)部鉆空;為防止車削過(guò)程中錐度芯棒中心孔與頂尖發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，特增加帶轉(zhuǎn)軸3，以便借助卡爪可靠地帶動(dòng)錐度芯棒轉(zhuǎn)動(dòng);為克服機(jī)床主軸的跳動(dòng)誤差，左側(cè)頂尖采用現(xiàn)車工藝，即用經(jīng)調(diào)質(zhì)的45 鋼棒料，在上芯棒車止口前先車出左側(cè)頂尖的118°錐度，如圖4所示。

2.3 缺點(diǎn)

雖經(jīng)小錐度芯棒車夾具車削的定子鐵芯的尺寸精度完全符合圖紙要求，但由于芯棒錐面與定子鐵芯內(nèi)孔的強(qiáng)大自鎖力，以致于車削后取件較為困難，必須以芯棒的小端數(shù)次撞擊事先準(zhǔn)備好的木墩，以便芯棒與定子相脫離。這樣操作的后果極大增加了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，會(huì)出現(xiàn)更為嚴(yán)重的問(wèn)題是，由于被車定子已嵌入線圈繞組，在撞擊脫模的過(guò)程中時(shí)常會(huì)造成繞組斷線，從而導(dǎo)致整個(gè)定子報(bào)廢。

3 雙擴(kuò)張夾筒式車夾具原理

雙擴(kuò)張夾筒式車夾具可較圓滿地解決以上所述小錐度芯棒車夾具的缺點(diǎn)。該夾具使用與一般夾具一樣，卸下卡盤，換裝上該夾具，百分表校調(diào)后先鎖緊夾具，再以螺母16 將拉桿3 鎖緊在氣缸活塞15 的左端，如圖5 所示。需指出的是該氣缸為廠家自制，活塞的軸向移動(dòng)量?jī)H需控制在3～4 mm 即可。

圖5 雙擴(kuò)張夾筒式車夾具及安裝示意圖

3.1 工作原理

(1)被車件的定位與夾緊。將所要車削的定子裝配5 的內(nèi)孔套入彈性雙擴(kuò)張夾筒4 (如圖6 所示)的外圓周面(為間隙配合)直至限位臺(tái)階;按下氣缸控制按鈕，使氣缸體14 右側(cè)腔體進(jìn)氣，活塞15 左移，由此帶動(dòng)氣缸拉桿3 及與其剛性連接的活動(dòng)錐度芯軸8 (如圖7 所示)左移?；顒?dòng)錐度芯軸8 的左移會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)效果:①橡皮圈7 軸向受壓后借助φ42 臺(tái)階推動(dòng)彈性雙擴(kuò)張夾筒4 左移，受固定錐套2 (如圖8 所示)的作用，雙擴(kuò)張夾筒4 左端的4 瓣開口同時(shí)擴(kuò)張，從而將定子裝配5 的左半側(cè)牢牢鎖住;②與此同時(shí)，活動(dòng)錐度芯軸8 的錐面迫使雙擴(kuò)張夾筒4 右端的4 瓣開口同時(shí)擴(kuò)張，從而將定子裝配5 的右半側(cè)亦牢牢鎖住。

圖6 彈性雙擴(kuò)張夾筒

圖7 活動(dòng)錐度芯軸

圖8 固定錐套

(2)支承與精車

車削前應(yīng)以尾座活動(dòng)頂尖頂緊活動(dòng)錐度芯軸8 的中心孔，以防因處于懸臂梁狀態(tài)的工件在受到切削力時(shí)可能產(chǎn)生偏移而影響同軸度。刀架上同時(shí)安裝左偏刀和右偏刀，這樣只需一次裝夾即可完成兩端止口的車削，若是安排在數(shù)控車床上車削，質(zhì)量和效率將會(huì)更高，如圖5 所示。

(3)脫模取件

再次按下氣缸控制按鈕，使氣缸體14 左側(cè)腔體進(jìn)氣，活塞15 右移，由此帶動(dòng)氣缸拉桿3 及與其剛性連接的活動(dòng)錐度芯軸8 右移，復(fù)位橡皮圈6 在回復(fù)過(guò)程中亦推動(dòng)彈性雙擴(kuò)張夾筒4 右移，至此，彈性雙擴(kuò)張夾筒4 的兩側(cè)錐面與相配固定錐套2 徹底分離，被車件內(nèi)孔的夾緊力隨之消失，并恢復(fù)至與彈性雙擴(kuò)張夾筒4 原先的間隙配合狀態(tài)，向右退出定子，由此完成一次車削過(guò)程。

3.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1)該夾具采用氣動(dòng)力而非傳統(tǒng)的手動(dòng)螺旋鎖緊，不僅可通過(guò)調(diào)整氣壓來(lái)獲得所需的夾緊力，還可防止因螺旋夾緊力過(guò)小而出現(xiàn)車削過(guò)程中被車工件打滑或螺旋夾緊力過(guò)大導(dǎo)致完成車削后脫模困難。值得注意的是裝夾前，氣缸拉桿必須處于松弛狀態(tài)。

(2)彈性雙擴(kuò)張夾筒(圖6 所示)集定位和夾緊于一身，是整個(gè)夾具的核心零件，采用合金彈簧鋼60CrMnMoA，精磨內(nèi)外圓前淬火至HRC 50～55，以便獲得回復(fù)剛性;精磨內(nèi)外圓后兩端以線切割分別各割出等分的4 條73 mm ×1 mm 的縫隙，以便在夾筒的全長(zhǎng)度上均能獲得良好的擴(kuò)張和回復(fù)彈性。

(3)活動(dòng)錐度芯軸(圖7)和固定錐套(圖8)在φ40 mm 外圓面處采用H7/g6 的間隙配合，以保證受到尾座頂尖支承時(shí)，夾具的中心線不會(huì)偏斜。實(shí)踐表明:活動(dòng)錐度芯軸在裝配中，其內(nèi)外錐采用10°配合較有利于獲得夾緊和松弛的良好效果。

4 結(jié)束語(yǔ)

雙擴(kuò)張夾筒式車夾具與小錐度芯棒車夾具相比，具有操作方便、報(bào)廢率明顯下降的優(yōu)點(diǎn)，且?jiàn)A具使用壽命較長(zhǎng)，尤其是將氣缸作為車夾具鎖緊的動(dòng)力源，從而極大提高了生產(chǎn)效率，是套類零件切削加工所用夾具結(jié)構(gòu)的理想選擇。

［1］趙如福.金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)［M］.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1983.

［2］非標(biāo)準(zhǔn)工模設(shè)計(jì)修訂組.非標(biāo)準(zhǔn)工模設(shè)計(jì)［M］.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1983.

［3］鄭修本.機(jī)械制造工藝學(xué)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.