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车床/数控车床 |
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微型电机转子车削新工艺及其设备 |
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作者：北京工商大学 胡亚平 贺炜 |
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一、转子新旧车削工艺比效
原车削工艺：转子毛坯→压配心轴(工位1)→粗车、精车(工位2)。
新车削工艺：转子毛坯→粗车(工位1)→压配心轴(工位2)→精车(工位3)。
原车削工艺是将心轴与转子毛坯压配后在同一个工位进行粗车和精车，由于粗车切削量较大，产生较大的切削力容易使心轴压弯，因此车削精度较新车削工艺低。生产率方面，原车削工艺在同一个工位上完成粗车、精车，与新工艺相比，其粗车切削量又较小。如果新工艺在两个工位上工件的搬运时间和装夹时间少于旧工艺中的对刀或换刀时间则新工艺效率更高。由于微型电机转子较小，批量搬运折合到每个工件上的时间很少，在精车工位能否采用快速装夹或无需装夹成了问题的关键。
二、专用车床工作原理
精车转子专用车床工作原理如图1所示。
1.液压缸 2.压臂 3.限位螺钉 4.平皮带 5.皮带轮 6.转子 7.刀架 8.车刀 9.小拖板 10.限位调节旋钮 11.大拖板 12.床身 13.轴承 14.紧固螺母 15.V型支架
图1 转子精车车床示意图
液压缸1推动压臂2向下摆动，使平皮带4压在由V型支架15上4个轴承13支承的转子6上，平皮带逆时针转动带动转子顺时针转动。当压臂到达下限位置时触动行程开关，启动另外两个液压缸分别推动小拖板9纵向进给和大拖板11横向走刀。小拖板纵向进给前点位置由调节旋钮10根据转子车削直径调节。大拖板横向走刀前点位置由行程开关根据转子长度调节。当触动行程开关后平皮带停转，压臂、大拖板和小拖板回到原始位置，完成了一个工作循环。
三、车床的特点和调节
从该类车床的结构可以看出，此类车床只适用车削直径φ30～φ125mm的电机转子和换向器，由于不需要装夹工件，效率高。加工时转子心轴自动定心且与转子安装回转中心相同，加工的同轴度高，其它几何精度也高，而机床的精度要求相对却不高。车床的压臂、大拖板、小拖板和V型支架的移动位置均由螺钉限位，并根据不同转子尺寸试车调定，此类车床适用于大批量生产。
1. 皮带的调节(见图1)
平皮带4需要有足够的抗拉强度和摩擦系数。其材料一般为牛皮，抗拉强度较高、弹性小及耐磨性好，但摩擦系数较低，对钅夕钢片组件允许的最大切削量为0.3mm，对铜件最大切削量为0.5mm。平皮带对转子的压力大小由平皮带的张紧程度和压臂的下限位置共同决定。平皮带的张紧程度由皮带轮5调节。太紧会使皮带轮轴承发热，太松皮带会碰到刀架7。压臂的下限位置由限位螺钉3调节。液压缸1提供平皮带压力5倍以上的推力，可以认为压臂是固定在它的下限位置上，然后通过平皮带的张紧力使转子定位在V型支架上并带动转子转动。若没有限位螺钉3，液压缸1直接提供平皮带对转子的压力，由于液压不稳定和平皮带的弹性会出现压臂低频振动，影响切削质量或压力太大使轴承发热或将皮带拉断。限位螺钉3起到稳定压臂的作用，根据每一批转子不同的直径，调节限位螺钉使平皮带对转子的压力恒定。
平皮带提供的压力和功率应该满足总切削力和切削功率的需要，根据文献1和刀具角度，并按切削量0.3mm和进给量0.3mm计算：
主切削力Fc＝2000×0.3×0.3＝180N
进给力Ff＝0.5Fc＝90N
背向力Fp＝0.6Fc＝108N
总切削力F=(Fc2+Ff2+Fp2)½
设切削速度V＝220m/min,
切削功率Pc=FcV/60 000=180×200/60 000=0.66N
设平皮带对转子的摩擦系数为0.25，平皮带对转子的压力F1＝180/0.25＝720N
2. 反车
该类车床的车削方向都是反车，反车的目的一是防止切屑向上飞溅到V型支架上研磨心轴和影响车削精度，二是由转子定位形式决定的。由转子车削受力模型(图2)看出，若是正车，主切削力Fc方向向上，此力通过转子作用在平皮带上，由于平皮带的弹性使定位不牢靠，转子容易产生跳动和加工误差。而反车使主切削力通过转子作用在V型支架上，由于是刚性支承使转子定位更加牢靠。图中：Fp——背向力；Fc——主切削力；F1——皮带压力；F2——皮带搓力；T1、T2——V型架支承力。
图2 转子车削受力图
3. V型支架的调节
V型支架起到支承定位转子的作用，它与平皮带一起形成转子的定位中心。按V形支架的结构分类有滑动式和滚动式。
滑动式为一钢块上开有100°左右的V型槽，转子心轴在V型槽中转动。V型槽材料一般采用耐磨的钨钢，V型槽底部有喷油孔。滑动式结构简单、耐用、定位精度高，且支承夹角不随心轴直径大小改变，但钨钢材料较贵，喷油润滑使床面较脏。滚动式为两边各两个轴承支承心轴，摩擦力较小，但支承定位精度受轴承精度影响，为保证车削精度，使用一定时间后需要更换轴承。
为保证平皮带压在转子长度方向的中间位置，可以松开螺母14整体移动V型支架15。为适应不同长度的转子，两边V型支架之间的距离可以调节，使支承心轴的部位尽量靠近转子两侧以防心轴压弯。由于V型支架的高低不能调节，为使切深负载在转子中心线上，需要垫刀杆实现。
设计V型支架应使V型槽两壁或两轴承受力相等。根据图2，在平衡状态下有：Fp＋T1sinA－T2sinB－F1sin20°＋F2cos20°＝0 (1)
Fc－T1cosA－T2cosB＋F1cos20°＋F2sin20°＝0 (2)
将前面计算的Fc、Fp和F1值代入式(1)、式(2)，并有Fc＝F2，设两支承力相等T1＝T2，得：T1(sinA－sinB)＋30.75＝0 (3)
－T1(cosA＋cosB)＋918.14＝0 (4)
式(3)、式(4)合并整理：(sinA-sinB)/(cosA+cosB)=-0.0335
利用三角函数和差化积公式有：
tan[(A-B)/2]=-0.035或A-B=-3.8°
两支承夹角满足上式可保证两支承受力相等。设B＝50°，那么A＝46.2°≈46°
4. 转子轴向定位(见图3)
1.顶杆架 2.顶杆 3.铜头 4.转子 5.V型支架 6.心轴
图3 转子轴向定位示意图
车削时作用在转子上的轴向力会使转子轴向移动，其轴向定位由顶杆确定。顶杆的中心线与转子心轴的中心线几乎在同一条直线上，当它顶住心轴时就限制了转子向走刀方向的移动，并且可以根据心轴的长短调节顶杆的左、右位置，使转子刚好位于左、右V型支架的中间位置。为减少顶杆与心轴之间的摩擦力，顶杆头部套有铜头。
5. 动力
平皮带的动力由一台0.8kW、转速1400r/min电机提供。压臂和大、小拖板的动力由一台0.8kW液压泵提供。为降低机床成本，有一些车床自身没有液压系统，而是利用工厂的动力气源，上述三个机构采用气缸。由于气体的可压缩性影响走刀平稳性，需要在大拖板与床身之间安装液力可调速阻尼杆。阻尼杆与气液缸或气液转换装置相比，液体不受气源污染，使用时间长，并且液体中不含气，走刀平稳。
微型电机转子车削新工艺比旧车削工艺提高效率10%～30%，并且精度有很大提高。与其相应的设备——转子精车车床具有自动化程度高、效率高、操作方便、不需装夹工件以及机床制造精度要求不高等特点。它应是微型电机转子车削工艺的必然趋势。(end)
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(12/14/2006) |
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