转子内锥孔圆弧槽磨削设备研究

马建成 张旭 闫涛涛 刘杰 李浩 文广宇

【摘 要】随着我国铁路行业的迅速发展，中车集团对于铁路产品的安全性越来越重视，对于各类关键部件的制造把关愈加严格，企业面对铁路行业发展的大形势，为适应发展的需求，提升竞争力，多致力于研究专用设备，牵引电机制造企业尤其如此。本文主要介绍机车电机转子内锥孔去应力圆弧槽磨削加工设备的研究。

【关键词】转子 圆弧槽 专用设备

1 引言

为解决机车电机转子内锥孔去应力圆弧槽磨削加工过程中人工劳动强度大、生产效率低、质量稳定性差的问题，我们从改进装备及加工手段方面入手，改变原有砂轮成型模式，提升产品质量和生产效率，降低工人劳动强度。

2 研究背景

机车电机内锥孔去应力圆弧槽磨削原有工艺过程：在数控卧车上采用金刚石修磨笔按圆弧槽给定轨迹车削圆弧成型砂轮，然后将车削好圆弧成型砂轮安装在深孔内圆磨床主轴上，在规定的位置磨削去应力圆弧槽。由于在加工过程中，数控卧车车削磨砂轮基准与磨头主轴基准不同，造成砂轮外圆中心与磨头主轴旋转中心不一致，导致磨削时，砂轮单边严重，震动大， 成型砂轮的轮廓失真快，磨削完成后的去应力圆弧槽形状、粗糙度与一致性较差等问题；一个车削完成的成型砂轮最多只能完成一个产品的磨削，且必须保证完成一个产品；因为更换砂轮后极难找到原位置再磨一次，几乎不可重复，砂轮拆卸更换频繁，对准内孔磨削位置麻烦，导致操作者工作负荷强度大、辅助时间过长（排除天车使用的制约，整个工序联合作业时间60分钟）、质量不稳定，受人为因素影响大。拟用新工艺磨削，与传统工艺对比如表1所示。

序号

内容

传统加工工艺

拟采取的新工艺

1

加工设备

数控卧车+磨床

磨床

2

加工方式

数控修整+手动

仿形修整+

数显定位

3

质量控制

受人为因素影响

受机床精度影响

4

生产效率

60分钟/件

20分钟/件

5

适用性能

每件必须更换新的成型砂轮

就地仿形，无需更换

6

劳动强度

强度大

强度小

表1 拟采取工艺与传统工艺对比

3详细技术方案

3.1机床整体布局设计

如图1所示，在磨床合适位置安装成型砂轮修整装置，便于采用仿形样板修磨成型砂轮。在合适位置安装数显装置，用于显示磨头砂轮轴向所在的位置。

图1 机床整体结构示意图

3.1.1 设计思路与效果设想

设计制作一个仿形装置与数显装置，都安装在现有的深孔内圆磨床上，电机转子由机床左侧（图1）吊入，校正后固紧在卡盘与中心架上，砂轮安装在磨头主轴上，移动磨头、砂轮， 利用仿形装置就地进入仿形修磨工作点，完成砂轮成型，再将成型砂轮移动到内锥孔磨削工作点，完成去应力圆弧槽成型磨削，然后退出磨头；卸走磨好的工件，装新工件，再次移动砂轮进入仿形修磨工作点，砂轮再次就地完成成型修整，对新的转子进行磨削。

通过改造， 装卸产品工件时间仍为9分钟，希望实现砂轮仿形修整时间为4分钟，内锥孔圆弧槽磨削时间变成7分钟，整个联合工序时间变为20分钟；产品装卸仍是各1次，砂轮装卸变为只需初始装一次，用到极限报废时卸1次。

3.1.2 使用操作过程设想

内锥孔磨削砂轮装夹在磨头主轴上，砂轮高速旋转动力来自机床本身，砂轮成型圆弧修磨的单点金刚笔与整套主体安装在床身上，砂轮随砂轮主轴磨头一起靠近金刚笔尖合适位置后停止移动，进入仿形修磨工作点；砂轮圆弧修整装置开始工作，独立液压站启动，金刚笔在往复油缸的推动下，通过弹簧的压力与仿形指的共同作用，走出与仿形板的形状一致的轨迹，从而使得砂轮外圆周表面被金刚笔修整出符合产品特定圆弧槽所需要的形状要求，沿砂轮直径方向移动砂轮主轴，可再次修整砂轮外圆。砂轮圆弧成型修整位置与砂轮圆弧成型磨削位置依靠数显尺定位（工作点），记住工作点的数据，数显装置确保重复使用时完全一致，能回到原来的位置。

3.1.3 实现原理简述

根据图纸上去应力圆弧槽形状要求制作仿形板，单点金刚笔通过弹簧的压力与仿形指走出仿形板的形状，使得砂轮表面通过金刚笔修整达到需要的形状要求。当去应力圆弧槽形状设计要求有变化时，可以通过较方便的更换对应形状的仿形板，重新适应对应砂轮外轮廓的成型修整。

3.2 设计制造仿形装置

3.2.1仿形装置组成

砂轮仿形修整装置由基础座，直线运动机构、双V型钢质直线导轨、液压油缸、仿形机构与金刚笔安装支架等组成。如图2所示。

图2 仿形装置示意图

3.2.2仿形装置结构描述

砂轮修整装置安装在磨床床身上，主体部分安装在砂轮修整装置的基础座上，在基础底座上方安装一套直线运动装置，此直线运动装置采用双V型直线导轨，可预加一定的负荷，用于金刚笔修整砂轮时做往复运动；该往复运动的动力来自外置液压油缸的驱动，本装置需要一套液压站，用于油缸的驱动。

3.3设计制造仿形装置电器控制

电器控制主要由电源控制开关、接触器、继电器、行程开关、按钮盒及导线等组成。

主要作用控制液压站开停，通过接近开关控制仿形行程与往复。

3.4设计制造仿形装置动力源

动力源为液压站，主要提供油缸往复动力。

液压站主要由：油泵、电机、液压控制阀、油箱、油管等组成。

3.5 设计制造数显装置

数显装置主要由数显表、电源控制开关、光栅尺、光栅尺调整安装板等组成。数显装置主要显示磨头位置，动尺安装在磨头上，静尺安装床身上。

4 改造总结

图3 机床工作时外观

如图3所示，通过改造在原有深孔内圆磨床上加装这套仿形与数显装置，砂轮装卸次数由每个产品磨床装卸必需各一次，数控卧车每个产品装卸各一次，改变为磨床60至80个产品装卸才一次，数控卧车装卸对刀与成型车削彻底消除；磨床砂轮对位置时间由5分钟改变为0.5分钟； 因砂轮不需要拆卸，利用现有磨床条件，就地实现了砂轮成型修整，实现了砂轮外圆轮廓中心与砂轮主轴中心完全一致，砂轮单边磨削震动现象彻底消除，磨削效率与形状一致性提高很多；还实现了去应力圆弧槽表面粗糙度由Ra1.6提高到Ra0.8。实际测算当前联合工序时间在18-20分钟，生产效率提高3倍，确保磨削精度高，降低操作者的工作强度。正是因为研究储备了这一新技术，才使得我们新研制的电机轴内孔有了去应力圆弧槽磨削设备，对新制电机预防内锥孔局部特定位置出现浅层微细裂纹，防止电机轴断裂有了可靠措施，确保加工产品质量稳定，为公司增强同类产品的竞争力。

参考文献：

[1]机械设计手册，第3册.北京：机械工业出版社，1986.

[2]朱东华.樊智敏，机械设计基础.北京：机械工业出版社，2004.

[3]林艳华.机械制造技术基础.化学工业出版社，2010.