微电机电枢换向器的车削

#/7微电机电枢换向器的车削微电机电枢换向器的车削李庆平（湖北石首市汽车配件二厂）1引言微电机电枢换向器的车削是电枢制造的关键工序，换向器的表面粗糙度、换向器外圆与电枢轴的同轴度、换向器外表面的圆度等项精度直接影响电机的噪声、寿命以及运转的可靠性。我厂车削永磁直流电机电枢换向器，传统工艺是在精密车床上加工，用软爪夹持电枢轴一端的轴承位，另一端的轴承位由中心架支撑，刀具采用硬质合金刀片，进行换向器外圆面的车削，由于软爪和中心架极易磨损，以及主轴回转中心与电枢中心的不同轴度的影响，加之硬质合金刀片也磨损很快，因此，很难保证大批量稳定地车削电枢换向器。1989年我厂从美国环球公司引进了5台电枢制造关键设备，其中有一台电枢换向器车床。这台车床的投产，改变了我厂传统的换向器加工方法，大大提高了换向器的车削质量和生产效率。换向器外圆的表现粗糙度由Rai.6降低到RaO.4,换向器外圆表面对电枢轴心线径向的跳动由0.01mm降低至IJ0.002ramo木文介绍换向器车床及其刀具的特点，以及影响换向器车削的各种因素。2换向器车床的特点美国环球公司DIA.一RS3型电枢换向器车床采用焊接结构床身，具有足够的质量和良好的刚性，抗振性能很好。电机和油泵等旋转机械装置运转平稳，并且采用了硬橡胶垫隔振等措施，消除了车床内部的振动源。车床采用可编程控制器控制车床的工作循环，采用液压传动控制进、退刀和传动皮带的升降，进刀速度无级调节。车床采用两个V型块支撑电枢轴的轴承位由一无接头的平皮带压在电枢铁心外圆上带动电枢高速旋转，平皮带与电枢中心线成一定角度使电枢旋转时产生一轴向力。将电枢尾端紧靠定位档块（如图1所示）。工件的这种装卡定位方式与电枢装配在电机中的方式一样，因此，使电枢的设计基准、加工基准、检验基准和装配定位基准一致，减少了误差，提高了精度。电枢传动皮带由一专门的电机驱动，驱动皮带轮经过仔细的平衡，外圆表面光滑，因此电枢支撑在V型块上，由平皮带驱动高速旋转时，十分平稳。床身上的两个V型块的工作面都镶有硬质合金，V型槽的底部有一润滑油孔，工作时，油雾自动从底部油孔喷出，润滑V型块的工作面，延长了V型块的工作寿命，保证工作精度。车床足够的刚性和工件合理的装卡方式是高精度车削换向器的基础但光有这些还不够，还应与合适的刀具、合理的切削用量、正确的调整相结合，才能车削出高质量的换向器。3刀具、切削用量与调整换向器的车削是微量、断续切削，其加工对象为无氧铜，通常选用金刚石作为车削换向器的刀片材料。金刚石是一种硬度高、刚度大的材料。它的硬度可达努氏Knoop硬度8000〜12000,维氏硬度HV10000。它比其它材料的摩擦系数小，耐磨性比硬质合金大50〜100倍。作为精加工有色金属的刀具材料，其性能比硬质合金优越得多。特别是进行有色金属的微量切前，硬质合金是无法取代金刚石的。金刚石刀具虽然硬度很高，耐磨，但很脆，怕振动。因此，作为精车换向器的金刚石刀具有其自身的特点。最初使用金刚石刀具车削换向器时，刀具切削角大约90。，通常有负前角或者0°前角，前面有一大的刀尖圆弧但在实际使用中，发现这个圆弧并没有使刀具变得锋利，切削换向器上柔软的铜材并不轻快，往往在换向器槽内留下毛刺。我厂目前使用的刀具效果较好（见图2）。这种车刀有一非常锋利的刀刃。刀尖圆弧由倒角代替。如果有必要，也可在刀尖上磨出R0.15-0.25mm的圆弧，以获得较低的表面粗糙度。但圆弧不能太大，否则会增加切削力，使刀具切削困难，铜屑粘在换向器槽内。合理选择切削用量，是成功车削换向器的重要因素之一。金钢石刀具在超精密加工中，切削铜和黄铜的切削速度500~600m/min,进刀深度0.02〜0.05mm,走刀量为0.05〜0.2mm/r。但由予车削换向器是断续切削，且机床和工件的振动较之超精密车削大得多，毛坯的切削量也不均匀。推荐采用如下数值：切削速度不低于310m/min.；走刀量在保证表面粗糙度的情况下尽量大；使用天然金钢石刀片时，进刀深度至少应为0.05ram,使用人工合成聚晶金钢石刀片时，进刀深度至少为0.12mm。用金钢石刀具车削换向器时，从换向器上切下来的切屑的横截面形状会影响切削。切屑厚度足够,切屑越宽，切屑就干净利落。如果两个方向的尺寸都太小，切屑就会撕袭，这样既影响表面粗糙度，又会在槽内留下毛刺。因此，可通过观察换向器表面的加工状况调整切削用量和刀具安装角度，以获得满意的表面粗糙度。合适调整金钢石刀具对刀具寿命和正常切削两者都是非常重要的如果刀具的切削刃相对于电枢中心过高或过低，刀具都不能正常切削。刀具寿命也会缩短。刀尖低子电枢中心线0。08〜0.15mm都可获得较佳的结果（如图3所示）。当刀尖高出中心太多时，切削刃下面存在的压力将使刀具损坏，甚至在刀具损坏之前就可看到换向器槽内挤满了碎屑，因为此时切削刃没有参加切削，是由车刀后面把材料擦下来的。金钢石车刀刀尖低于中心过多时，虽然比高于中心的好，但仍然会缩短刀具寿命。因为此时后角增大，前角减小，导致垂直方向切削力增大，有可能引起刀具损坏。合适的刀具安装高度会使刀具切削轻快。4影响换向器车削的其它因素除了车床刀具系统外，电枢本身的各种缺陷也会影响换向器的车削质量。1电枢轴的圆度电枢轴是电枢部件中最关键的零件之一，电枢轴轴承位的轴颈的磨削质量非常重要。由于许多因素的影响，磨削的轴颈很容易产生棱形，这一点在采用无芯磨削电枢轴时，更加明显。调整不适当的无芯磨会产生奇数的棱形，棱形的对径尺寸保持一致（见图4）。这种形状用千分尺无法检查，但可用圆度仪测量。当多棱形轴在V型块上旋转时，轴的中心随着轴的旋转而移动（见图5）。因此引起车削的换向器失圆，从测试报告可看出，轴失圆的形状会直接转移到换向器表现上，换向器的横截面形状与轴的横截面形状十分一致（见图6、图7）。.2电枢轴轴心线的直线度电枢轴轴心线的直线度对换器的车削影响也很尢一根弯轴颈支承的作用与一个椭圆形的轴十分相似（见图8）。电枢轴旋转时交替支承在V形块的边缘，导致V型支承块边缘的轴心A如图9所示路线移动那么换向器中心B和C也会按相似形状的路线移动（见图10）,导致车削的换向器失圆。此外，弯轴还会引起不平衡，当皮带驱动电枢旋转时，引起振动，从而影响正常的车削。因此，最好在车削换向器之前将电枢轴校直。.3电枢的平衡电枢铁心叠片歪斜和绕线张力不稳定，都会引起电枢的不平衡。电枢旋转时，不平衡力使电枢总是在V型块内移动。产生的振动对换向器的圆度韶表面粗糙度都有影响，影响的程度与不平衡量成比侧。这种影响有时可忽略，但有时则应引起注意。不平衡量较大时，车刀一接触挨向器就可能引起“扎刀”而将电枢抛出V形块，甚至损坏刀具。在换向器精度要求很高时，必须在车削换菇器之前平衡电枢。4O4换向器的质量和换向片铜材的硬度在车削换向器时，每一块换向片都必须具有足够的刚性。在车削过程中，换向片移动导致刀具损坏以及零件报废的情况极少发生。一般是在