翟方彤,石煜琳,郭捷立,葉雅怡,譚詩(shī)語(yǔ),溫樹彬,楊勇
1.廣東技術(shù)師范大學(xué) 廣東廣州 510450
2.廣東省機(jī)械技師學(xué)院 廣東廣州 510450
盤式電動(dòng)機(jī)又稱碟式電動(dòng)機(jī),具有結(jié)構(gòu)緊湊、振動(dòng)噪聲小、功率和轉(zhuǎn)矩密度高等優(yōu)點(diǎn)。其基本結(jié)構(gòu)大致可分為沿軸向分布的轉(zhuǎn)子組件和定子組件,以及底座和殼體,其定子通常為線圈,轉(zhuǎn)子為附有永磁體的圓盤[1]。盤式電動(dòng)機(jī)外形扁平、軸向尺寸短,可以在局限的空間內(nèi)發(fā)揮作用[2],比如電動(dòng)自行車、智能家電及電動(dòng)發(fā)電機(jī)組等領(lǐng)域。盤式電動(dòng)機(jī)還可分為無(wú)鐵芯和有鐵芯兩種,其中盤式永磁電動(dòng)機(jī)推進(jìn)了軸向磁通電動(dòng)機(jī)的發(fā)展[3]。傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)往往體積較大,軸向尺寸也較大,同時(shí)耗能較高,較難達(dá)到工作精度要求,這些問(wèn)題極大地限制了電動(dòng)機(jī)的工作場(chǎng)合及性能[4]。與傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)相比,使用盤式電動(dòng)機(jī)可以極大程度地降低能源消耗,達(dá)到節(jié)能減排的效果,同時(shí)能提高電動(dòng)機(jī)的工作效率,大大發(fā)揮其工作性能和利用率[5]。
圖1為盤式電動(dòng)機(jī)殼體零件,作為盤式電動(dòng)機(jī)部件的安裝架,其在電動(dòng)機(jī)中起固定、散熱和隔音等作用,其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及加工精度都會(huì)影響到盤式電動(dòng)機(jī)的精度、質(zhì)量和工作性能。
圖1 盤式電動(dòng)機(jī)殼體零件
盤式電動(dòng)機(jī)殼體零件結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,機(jī)械加工技術(shù)要求不高。其中f21mm槽的表面粗糙度值Ra=1.6μm,f8mm通孔的表面粗糙度值Ra=1.6μm。依據(jù)表面粗糙度的不同,可以采用不同的加工方式。加工時(shí),定位基準(zhǔn)要選擇好,零件部分端面要進(jìn)行倒角。
鋁合金具有密度低、質(zhì)量輕和強(qiáng)度高等諸多優(yōu)點(diǎn),其中6061鋁合金品質(zhì)較高,是以鋁為基體添加一定量其他合金元素的鋁合金,由于其具有強(qiáng)度更高、加工成形后不易變形及抗氧化性能好等優(yōu)良性能,能夠滿足電動(dòng)機(jī)殼體所需性能,因此選用材料為6061鋁合金的毛坯。
為節(jié)省材料用量,在節(jié)約成本的同時(shí)保證加工質(zhì)量,加工前需選用合適尺寸的毛坯。根據(jù)盤式電動(dòng)機(jī)殼體零件圖樣可知,應(yīng)選擇圓柱體毛坯。徑向最大輪廓尺寸為凸臺(tái)與圓心的距離加上外圓半徑,即50.5+88/2=94.5(mm)。軸向最大輪廓尺寸為10.8mm。為保證毛坯有足夠的加工余量,同時(shí)盡可能節(jié)省材料,可選擇直徑為100mm、厚度為15mm的圓柱狀毛坯進(jìn)行加工。
盤式電動(dòng)機(jī)殼體為輪盤薄壁類零件,其加工分為粗加工、半精加工和精加工共3個(gè)階段。選擇f8mm孔為設(shè)計(jì)、測(cè)量和裝配基準(zhǔn)。以同一孔作為設(shè)計(jì)、裝夾和測(cè)量基準(zhǔn),可以避免因基準(zhǔn)不同導(dǎo)致的誤差,從而極大程度地滿足盤式電動(dòng)機(jī)殼體零件的加工精度要求[6]。在精加工時(shí),可使用已經(jīng)加工過(guò)的表面作為定位基準(zhǔn)。在粗銑和精銑內(nèi)孔時(shí),選擇外圓面為定位基準(zhǔn)。
殼體零件的需加工表面較多,有左右端面、通孔、錐形槽、凸臺(tái)及4個(gè)螺紋孔等。根據(jù)各個(gè)表面的形狀尺寸、表面粗糙度和加工精度等級(jí)要求的不同,所使用的加工方法也不同。通過(guò)查閱相關(guān)資料,同時(shí)根據(jù)經(jīng)驗(yàn),即可選擇出各表面所適用的加工方法[7]。
盤式電動(dòng)機(jī)殼體加工的工藝路線如下:首先對(duì)毛坯進(jìn)行上半部分的粗銑加工,銑削掉上表面的毛坯料,從而得到f88mm的外圓和寬度為30mm的凸臺(tái);然后銑削下殼上半部分的內(nèi)槽,在f88mm外圓上得到了寬度為0.95mm、高度為3mm、直徑為86.1mm的沿邊槽,并且粗銑和精銑得到直徑為72mm的凹槽,粗車和精車得到103°的錐面;接著對(duì)錐面內(nèi)的凹槽進(jìn)行粗銑和精銑,得到f21mm的槽和f8mm的通孔;最后銑去30mm凸臺(tái)的多余部分,從而得到外輪廓的凹槽。
轉(zhuǎn)換工件面,用與殼體相適應(yīng)的夾具進(jìn)行固定,銑削掉余量毛坯后,可以對(duì)f72mm凹槽輪廓4個(gè)孔位進(jìn)行粗銑和精銑;接著粗車、半精車和精車103°錐面;最后銑削掉剩余部分的毛坯,同時(shí)按照?qǐng)D樣尺寸分別在4個(gè)孔位鉆M3孔。之后對(duì)工件進(jìn)行后處理,加工完成。盤式電動(dòng)機(jī)殼體機(jī)械加工工序內(nèi)容及工藝參數(shù)見表1。
表1 盤式電動(dòng)機(jī)殼體機(jī)械加工工序內(nèi)容及工藝參數(shù)
盤式電動(dòng)機(jī)殼體上2個(gè)標(biāo)注公差的尺寸表面都需要在機(jī)床上進(jìn)行多次加工,從而達(dá)到其尺寸公差標(biāo)定的要求和一定的表面粗糙度。按照?qǐng)D樣所要求的參數(shù),通過(guò)正確的加減運(yùn)算可計(jì)算出每道工序的工序尺寸[8]。盤式電動(dòng)機(jī)端蓋標(biāo)注公差尺寸的表面的總加工余量、工序雙邊余量、工序尺寸及表面粗糙度具體數(shù)值見表2。
表2 加工余量、工序尺寸及表面粗糙度
在零件圖中盤式電動(dòng)機(jī)殼體的軸向尺寸公差暫未標(biāo)注,即說(shuō)明對(duì)于殼體的軸向尺寸精度要求較小,可以不用工藝尺寸鏈的計(jì)算方法得出該部分的公差及工序尺寸。在數(shù)控機(jī)床將毛坯兩面進(jìn)行加工時(shí),其車削的總加工車削余量為毛坯的長(zhǎng)度減去盤式電動(dòng)機(jī)殼體的軸向尺寸,得出總加工車削余量為15-10.8=4.2(mm),此余量分布到兩次毛坯面銑削的加工工序中,第一次切除1.5mm,第二次切除2.7mm??傻贸龅谝淮渭庸ず蟮氖S喑叽鐬?5-1.5=13.5(mm),第二次加工后的尺寸為13.5-2.7=10.8(mm)。
由零件圖樣可以看出,殼體f86.1+0.0250mm沿邊槽和f8+0.025+0mm通孔的尺寸精度要求都較高,需要采用粗銑、半精銑和精銑共3道工序進(jìn)行加工。
由于工件為非圓周對(duì)稱零件,為保證只使用一臺(tái)機(jī)床完成加工,減少換刀時(shí)間及安裝工件的次數(shù),從而提高生產(chǎn)效率,同時(shí)不浪費(fèi)機(jī)床能源消耗,因此使用車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工,可滿足工件車削、銑削工藝要求。它對(duì)于輪廓形狀不對(duì)稱的工件較為合適,能滿足工件的車削、鉆孔等要求,同時(shí)對(duì)于工藝裝夾和夾具的要求較為合適[9,10]。
加工前根據(jù)工件及其工藝選擇合適的刀具,粗銑f72mm凹槽時(shí)使用f10mm銑刀,精銑時(shí)使用f5mm銑刀。銑削f22mm凹槽時(shí)使用f2mm銑刀,銑削f8mm通孔使用f5mm銑刀。
在設(shè)備處于待加工的狀態(tài)下,工作人員準(zhǔn)備好所需工件,依照前述加工步驟和方法進(jìn)行加工。根據(jù)要求加工完成后,使用精度測(cè)量工具對(duì)工件尺寸及精度進(jìn)行檢測(cè),均合格。盤式電動(dòng)機(jī)殼體零件實(shí)物如圖2所示。
圖2 盤式電動(dòng)機(jī)殼體零件實(shí)物
本文對(duì)新型盤式電動(dòng)機(jī)殼體零件圖樣及其加工工藝進(jìn)行分析和說(shuō)明,根據(jù)其特點(diǎn)、尺寸和參數(shù)等選擇合適的毛坯材料及加工工序,同時(shí)選用合適的機(jī)床和刀具進(jìn)行加工,得到符合尺寸精度要求和使用要求的新型盤式電動(dòng)機(jī)殼體零件。工藝科學(xué)可行,工件精度合格,有助于新型節(jié)約資源、高工作效率盤式電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和投入使用,使電動(dòng)機(jī)真正實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能。