电动机定子止口双扩张夹筒式车夹具的设计

2014-11-18黄晓华

机床与液压 2014年20期

黄晓华

(苏州工业职业技术学院精密制造工程系，江苏苏州 215104)

永磁低速同步电机是一种无减速齿轮装置、由电机直接得到低转速的新型同步电机。该电动机定、转子间间隙要求高，需控制在0.05 mm 内，为此在加工时必须保证其核心部件——带绕组定子两端止口精车时的同轴度。传统的小锥度芯棒车夹具脱模困难、报废率高。为此研发了一种集定位、夹紧于一体的双扩张夹筒式车夹具，实现变轴向拉力为径向扩张力，从而极大地提高了生产效率。

1 永磁低速同步电动机及定子部件的结构分析

永磁低速同步电动机无需齿轮减速装置便可获得低转速 (60 r/min)、高扭矩(7 500 mN·m)，具有较好的自锁能力，且能瞬间启动、倒转和停机。它虽属步进电机系列，但无需特殊电源，仅以220 V 普通交流电源供电即可，因而在矿山、化工、石油管道和火力发电行业的阀门控制中具有不可替代的作用。图1 为130 机座号的永磁低速同步电动机。

图1 永磁低速同步电动机照片

1.1 永磁低速同步电动机结构分析

图2 为永磁低速同步电动机结构图。

图2 永磁低速同步电动机结构示意图

该电动机之所以能获得如此大的扭矩，除转子采用了高磁能积的钕铁硼(稀土)永磁体外，机械方面的根本保证在于定、转子间的间隙必须控制在0.05 mm 以内，这不仅仅是装配工艺的保证，更重要的在于如何保证定子内孔与两端止口的同轴度φ0.02 mm (如图3 所示)，这是因为转子支承于定子两端的轴承孔内，而轴承又安装于端盖的轴承室内，前、后端盖最终装入定子的两侧止口后再用螺钉锁紧。由此可知，若定子两端止口与其内孔不同轴，将直接导致定、转子间隙不均匀，甚至运转时发生相擦。

1.2 定子部件结构工艺分析

图3 为永磁低速同步电动机的核心部件——定子。

图3 定子装配结构示意图

其中的定子铁芯是由经冲裁所得的定子冲片叠压而成，嵌入定子绕组后作绝缘处理(浸绝缘漆);将绝缘处理后的带绕组定子铁芯置于内外圆磨床上磨内外圆至最终尺寸;以热套法将带绕组定子铁芯3 过盈配合于机壳2 内(此时机壳2 的两端止口已粗车至φ122.5 mm，即留0.5 mm 的精车余量)。

2 定子止口的加工

显然，在装入定子铁芯后再完成机壳止口的精车(0.5 mm 车削余量)，可消除因装配而产生的误差。由图3 可知，定子的两端止口φ1220-0.021mm 深5 mm，若用三爪卡盘装夹，则势必要掉头车第二个止口，如此会产生较大的装夹误差，尤其在批量生产时是无法保证φ0.02 mm 的同轴度的。这就需要设计出一专用止口车夹具。

2.1 小锥度芯棒车夹具

如图4 所示，它可以利用外圆左偏刀和右偏刀实现一次装夹完成两个止口的精车。由于该芯棒的锥度仅为1∶1 000，因而装入定子后既可保证定子的平直度，又具备较高的自锁性，以确保车削时芯棒和定子之间无相对滑动。

图4 小锥度芯棒车夹具

2.2 工艺特点

为减轻该夹具的重力，将锥度芯棒的内部钻空;为防止车削过程中锥度芯棒中心孔与顶尖发生相对滑动，特增加带转轴3，以便借助卡爪可靠地带动锥度芯棒转动;为克服机床主轴的跳动误差，左侧顶尖采用现车工艺，即用经调质的45 钢棒料，在上芯棒车止口前先车出左侧顶尖的118°锥度，如图4所示。

2.3 缺点

虽经小锥度芯棒车夹具车削的定子铁芯的尺寸精度完全符合图纸要求，但由于芯棒锥面与定子铁芯内孔的强大自锁力，以致于车削后取件较为困难，必须以芯棒的小端数次撞击事先准备好的木墩，以便芯棒与定子相脱离。这样操作的后果极大增加了操作者的劳动强度，会出现更为严重的问题是，由于被车定子已嵌入线圈绕组，在撞击脱模的过程中时常会造成绕组断线，从而导致整个定子报废。

3 双扩张夹筒式车夹具原理

双扩张夹筒式车夹具可较圆满地解决以上所述小锥度芯棒车夹具的缺点。该夹具使用与一般夹具一样，卸下卡盘，换装上该夹具，百分表校调后先锁紧夹具，再以螺母16 将拉杆3 锁紧在气缸活塞15 的左端，如图5 所示。需指出的是该气缸为厂家自制，活塞的轴向移动量仅需控制在3～4 mm 即可。

图5 双扩张夹筒式车夹具及安装示意图

3.1 工作原理

(1)被车件的定位与夹紧。将所要车削的定子装配5 的内孔套入弹性双扩张夹筒4 (如图6 所示)的外圆周面(为间隙配合)直至限位台阶;按下气缸控制按钮，使气缸体14 右侧腔体进气，活塞15 左移，由此带动气缸拉杆3 及与其刚性连接的活动锥度芯轴8 (如图7 所示)左移。活动锥度芯轴8 的左移会产生两个效果:①橡皮圈7 轴向受压后借助φ42 台阶推动弹性双扩张夹筒4 左移，受固定锥套2 (如图8 所示)的作用，双扩张夹筒4 左端的4 瓣开口同时扩张，从而将定子装配5 的左半侧牢牢锁住;②与此同时，活动锥度芯轴8 的锥面迫使双扩张夹筒4 右端的4 瓣开口同时扩张，从而将定子装配5 的右半侧亦牢牢锁住。

图6 弹性双扩张夹筒

图7 活动锥度芯轴

图8 固定锥套

(2)支承与精车

车削前应以尾座活动顶尖顶紧活动锥度芯轴8 的中心孔，以防因处于悬臂梁状态的工件在受到切削力时可能产生偏移而影响同轴度。刀架上同时安装左偏刀和右偏刀，这样只需一次装夹即可完成两端止口的车削，若是安排在数控车床上车削，质量和效率将会更高，如图5 所示。

(3)脱模取件

再次按下气缸控制按钮，使气缸体14 左侧腔体进气，活塞15 右移，由此带动气缸拉杆3 及与其刚性连接的活动锥度芯轴8 右移，复位橡皮圈6 在回复过程中亦推动弹性双扩张夹筒4 右移，至此，弹性双扩张夹筒4 的两侧锥面与相配固定锥套2 彻底分离，被车件内孔的夹紧力随之消失，并恢复至与弹性双扩张夹筒4 原先的间隙配合状态，向右退出定子，由此完成一次车削过程。