集电环加工工艺改进*

2014-07-24刘丽霞崔秀福宋昊民

机械研究与应用 2014年4期

关键词：集电环车胎外圆

刘丽霞，崔秀福，宋昊民

(1.兰州电机股份有限公司，甘肃兰州 730050； 2.中国石油兰州石化分公司，甘肃兰州 730060)

集电环加工工艺改进*

刘丽霞1，崔秀福2，宋昊民2

(1.兰州电机股份有限公司，甘肃兰州 730050； 2.中国石油兰州石化分公司，甘肃兰州 730060)

通过分析和试验改进集电环的加工工艺，最终用工装车胎在立车上加工，解决了集电环内外圆不同轴及跳动超差、表面粗糙度问题。

集电环；跳动；同轴度；表面粗糙度；改进

Abstract: Through several time practice and improvements, using working frock on vertical lathe, solve non-coaxial of collector's inner ring and outer ring, out of jump tolerance and surface roughness etc.

Key words: collector; jump tolerance; coaxial; improve

0 引言

目前在水泥、钢铁、冶金和矿山等行业中，对大、中型高压绕线型三相异步电动机的需求量非常大。集电环在绕线型三相异步电动机中是一个很重要的零部件[1]。集电环制造要求具有足够的机械强度和刚度，要求有可靠的对地绝缘以及集电环加工后各环与孔的同轴度及表面粗糙度能达到图样要求。因此，集电环的加工尤为重要，在加工工艺上采用了各种方法，做了很多的偿试，但都存在不同的缺陷，不能很好的保证集电环的设计要求。集电环结构见图1。

图1 集电环结构图1.套筒 2.衬套 3.环氧玻璃布板与涤波绳 4.集电环

这种结构的集电环经过多年的生产和实践证明，所选用的材料有钢板、青铜、不锈钢等，均能满足机械强度和刚度的要求；集电环装配后进行浸漆绝缘处理，具有可靠的绝缘性能；其内孔直径、键槽尺寸、外圆直径和长度制造工艺均能满足设计图样要求。唯有集电环外圆与集电环内孔的同轴度、圆跳动及表面粗糙度一直是加工工艺的难点，为此针对集电环的加工工艺进行了探索及改进。

1 早期采用过的加工方法

集电环在电机中的装配位置为内置式时，可将集电环套入转轴后与转子在卧车上同加工，可以保证其同轴度及圆跳动。

但随着电机技术不断发展，电机结构的不断改进，集电环在电机中的装配位置也有所改变，由内置式变为外置式，并且对于直径较大、重量较大的转子，再采用与转子同加工的工艺方法已无法实现，因此必需考虑单件加工来保证其要求，这就是说需要新的加工工艺来完成集电环的加工。

基于集电环与转子同车能够保证同轴度的前提，首先考虑到用工艺芯轴，但这一工艺方法致命的弱点是：为了装卸集电环方便，两者配合不能太紧，且由于集电环内孔尺寸公差在上下偏差之间变化，造成集电环内孔与芯轴之间会有间隙产生，加上装夹找正的误差，导致加工后的集电环内、外圆不同轴，电机运行时集电环跳动超差，这种工艺方法很快被淘汰。

为了消除芯轴与集电环之间的间隙，又改为胀套式工艺芯轴[2]，用胀套式芯轴可以弥补非胀套式芯轴有间隙的问题，由于胀套的胀紧作用，配合面无间隙，这样可以消除由于间隙带来的不同心误差。这一工艺方法的缺点是胀套制作工艺非常复杂，工装成本高，而且由于胀紧力的不同，各胀套块会产生偏心，导致集电环内外圆偏心，再加上装夹找正的误差，也会导致加工后的集电环内、外圆不同轴，电机运行时集电环跳动仍然会超差。

2 改进的加工方法

通过以上采用的各种工艺方法，使加工后的集电环质量均不稳定，不能满足运行要求，经常需修配以满足运行要求，费工又费时，为此笔者有了初步的想法，将集电环加工改为立车加工[3]。集电环加工图见图2。

图2 集电环加工图

首先在集电环套筒非接线端端面加工工艺螺孔，将粗加工后的集电环用螺栓按图样所示与工装车胎拉紧，然后将车胎用立车卡爪夹紧，在车胎上找正工件，找正后使工件在同一装夹状态下一次完成内、外圆的精车加工工序，这种装夹、加工方式与现代加工理念相吻合，集电环在不受卡压力的状态下进行精加工，只受轴向拉紧力，因此就不会因受外力而产生变形而影响到精加工质量，同时内、外圆的同轴度也得到了很好的保证。虽然在同一装夹状态下完成了同车内、外圆的加工，也保证了内、外圆的同轴度要求，但立车加工，车削转速不能太高，使集电环的表面粗糙度达不到要求；为了解决这一问题，采用千叶轮对集电环外圆进行磨削加工。内、外圆车削后，将千叶轮装在风动工具上，再将风动工具与立车刀架联接固定，用动力压缩空气带动千叶轮进行磨削。集电环加工图例见图3。

图3 集电环加工图例

利用千叶轮的软磨削，磨削量非常小，对集电环内、外圆的形状尺寸精度都不会造成改变，通过磨削可以有效的提高集电环外圆表面粗糙度，而且采用千叶轮软磨削不需要冷却液，这样可以保证集电环绝缘不受潮。采用这种工艺方法加工的集电环，经过公司多年的使用验证，产品运行时，集电环跳动都不会超差，没有再出现返工修配的现象，而且互换性非常好。用户使用的集电环出现问题后需要更换，只需换上相同规格的集电环就能直接使用，电机运行时集电环跳动也不会超差，用户相当认可和满意。