微電機(jī)電樞換向器的車削

李慶平(湖北石首市汽車配件二廠)

1引言

    微電機(jī)電樞換向器的車削是電樞制造的關(guān)鍵工序，換向器的表面粗糙度、換向器外圓與電樞軸的同軸度、換向器外表面的圓度等項(xiàng)精度直接影響電機(jī)的噪聲、壽命以及運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。我廠車削永磁直流電機(jī)電樞換向器，傳統(tǒng)工藝是在精密車床上加工，用軟爪夾持電樞軸一端的軸承位，另一端的軸承位由中心架支撐，刀具采用硬質(zhì)合金刀片，進(jìn)行換向器外圓面的車削，由于軟爪和中心架極易磨損，以及主軸回轉(zhuǎn)中心與電樞中心的不同軸度的影響，加之硬質(zhì)合金刀片也磨損很快，因此，很難保證大批量穩(wěn)定地車削電樞換向器。1989年我廠從美國環(huán)球公司引進(jìn)了5臺(tái)電樞制造關(guān)鍵設(shè)備，其中有一臺(tái)電樞換向器車床。這臺(tái)車床的投產(chǎn)，改變了我廠傳統(tǒng)的換向器加工方法，大大提高了換向器的車削質(zhì)量和生產(chǎn)效率。換向器外圓的表現(xiàn)粗糙度由Ral．6降低到Ra0．4，換向器外圓表面對電樞軸心線徑向的跳動(dòng)由O．01mm降低到O．002ram。本文介紹換向器車床及其刀具的特點(diǎn)，以及影響換向器車削的各種因素。

2換向器車床的特點(diǎn)

  美國環(huán)球公司DIA．一RS3型電樞換向器車床采用焊接結(jié)構(gòu)床身，具有足夠的質(zhì)量和良好的剮性，抗振性能很好。電機(jī)和油泵等旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，并且采用了硬橡膠墊隔振等措施，消除了車床內(nèi)部的振動(dòng)源。車床采用可編程控制器控制車床的工作循環(huán)，采用液壓傳動(dòng)控制進(jìn)、退刀和傳動(dòng)皮帶的升降，進(jìn)刀速度無級(jí)調(diào)節(jié)。

車床采用兩個(gè)V型塊支撐電樞軸的軸承位，由一無接頭的平皮帶壓在電樞鐵心外圓上，帶動(dòng)電樞高速旋轉(zhuǎn)，平皮帶與電樞中心線成一定角度，使電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生一軸向力。將電樞尾端緊靠定位檔塊(如圖1所示)。工件的這種裝卡定位方式與電樞裝配在電機(jī)中的方式一樣，因此，使電樞的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、加工基準(zhǔn)、檢驗(yàn)基準(zhǔn)和裝配定位基準(zhǔn)一致，減少了誤差，提高了精度。

    電樞傳動(dòng)皮帶由一專門的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)皮帶輪經(jīng)過仔細(xì)的平衡，外圓表面光滑，因此電樞支撐在V型塊上，由平皮帶驅(qū)動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，十分平穩(wěn)。

    床身上的兩個(gè)V型塊的工作面都鑲有硬質(zhì)合金，V型槽的底部有一潤滑油孔，工作時(shí)，油霧自動(dòng)從底部油孔噴出，潤滑V型塊的工作面，延長了V型塊的工作壽命，保證工作精度。

    車床足夠的剛性和工件合理的裝卡方式是高精度車削換向器的基礎(chǔ)，但光有這些還不夠，還應(yīng)與合適的刀具、合理的切削用量、正確的調(diào)整相結(jié)合，才能車削出高質(zhì)量的換向器。

3刀具、切削用量與調(diào)整

    換向器的車削是微量、斷續(xù)切削，其加工對象為無氧銅，通常選用金剛石作為車削換向器的刀片材料。

    金剛石是一種硬度高、剛度大的材料。它的硬度可達(dá)努氏KΠoop硬度8000～12000，維氏硬度HVl0000。它比其它材料的摩擦系數(shù)小，耐磨性比硬質(zhì)合金大50～100倍。作為精加工有色金屬的刀具材料，其性能比硬質(zhì)合金優(yōu)越得多。特別是進(jìn)行有色金屬的微量切前，硬質(zhì)合金是無法取代金剛石的。金剛石刀具雖然硬度很高，耐磨，但很脆，怕振動(dòng)。因此，作為精車換向器的金剛石刀具有其自身的特點(diǎn)。

最初使用金剛石刀具車削換向器時(shí)，刀具切削角大約90°，通常有負(fù)前角或者O°前角，前面有一大的刀尖圓弧。但在實(shí)際使用中，發(fā)現(xiàn)這個(gè)圓弧并沒有使刀具變得鋒利，切削換向器上柔軟的銅材并不輕快，往往在換向器槽內(nèi)留下毛刺。我廠目前使用的刀具效果較好(見圖2)。這種車刀有一非常鋒利的刀刃。刀尖圓弧由倒角代替。如果有必要，也可在刀尖上磨出R0．15～O．25mm的圓弧，以獲得較低的表面粗糙度。但圓弧不能太大，否則會(huì)增加切削力，使刀具切削困難，銅屑粘在換向器槽內(nèi)。合理選擇切削用量，是成功車削換向器的重要因素之一。金鋼石刀具在超精密加工中，切削銅和黃銅的切削速度500～600m／min，進(jìn)刀深度O．02～O．05mm，走刀量為0．05～0．2mm／r。但由予車削換向器是斷續(xù)切削，且機(jī)床和工件的振動(dòng)較之超精密車削大得多，毛坯的切削量也不均勻。推薦采用如下數(shù)值：切削速度不低于310m／min．；走刀量在保證表面粗糙度的情況下盡量大；

使用天然金鋼石刀片時(shí)，進(jìn)刀深度至少應(yīng)為O.05ram，使用人工合成聚晶金鋼石刀片時(shí)，進(jìn)刀深度至少為O．12mm。用金鋼石刀具車削換向器時(shí)，從換向器上切下來的切屑的橫截面形狀會(huì)影響切削。切屑厚度足夠．切屑越寬，切屑就干凈利落。如果兩個(gè)方向的尺寸都太小，切屑就會(huì)撕襲，這樣既影響表面粗糙度，又會(huì)在槽內(nèi)留下毛刺。因此，可通過觀察換向器表面的加工狀況調(diào)整切削用量和刀具安裝角度，以獲得滿意的表面粗糙度。

    合適調(diào)整金鋼石刀具對刀具壽命和正常切削兩者都是非常重要的。如果刀具的切削刃相對于電樞中心過高或過低，刀具都不能正常切削。刀具壽命也會(huì)縮短。刀尖低子電樞中心線O。08～O．15mm都可獲得較佳的結(jié)果(如圖3所示)。當(dāng)?shù)都飧叱鲋行奶�多時(shí)，切削刃下面存在的壓力將使刀具損壞，甚至在刀具損壞之前就可看到換向器槽內(nèi)擠滿了碎屑，因?yàn)榇藭r(shí)切削刃沒有參加切削，是由車刀后面把材料擦下來的。金鋼石車刀刀尖低于中心過多時(shí)，雖然比高于中心的好，但仍然會(huì)縮短刀具壽命。因?yàn)榇藭r(shí)后角增大，前角減小，導(dǎo)致垂直方向切削力增大，有可能引起刀具損壞。合適的刀具安裝高度會(huì)使刀具切削輕快。

4影響換向器車削的其它因素

    除了車床刀具系統(tǒng)外，電樞本身的各種缺陷也會(huì)影響換向器的車削質(zhì)量。

4．1電樞軸的圓度

電樞軸是電樞部件中最關(guān)鍵的零件之一，電樞軸軸承位的軸頸的磨削質(zhì)量非常重要。由于許多因素的影響，磨削的軸頸很容易產(chǎn)生棱形，這一點(diǎn)在采用無芯磨削電樞軸時(shí)，更加明顯。調(diào)整不適當(dāng)?shù)臒o芯磨會(huì)產(chǎn)生奇數(shù)的棱形，棱形的對徑尺寸保持一致(見圖4)。這種形狀用千分尺無法檢查，但可用圓度儀測量。

當(dāng)多棱形軸在V型塊上旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸的中心隨著軸的旋轉(zhuǎn)而移動(dòng)(見圖5)。因此引起車削的換向器失圓，從測試報(bào)告可看出，軸失圓的形狀會(huì)直接轉(zhuǎn)移到換向器表現(xiàn)上，換向器的橫截面形狀與軸的橫截面形狀十分一致(見圖6、圖7)。

 4．2電樞軸軸心線的直線度

電樞軸軸心線的直線度對換器的車削影響也很大。一根彎軸頸支承的作用與一個(gè)橢圓形的軸十分相似(見圖8)。電樞軸旋轉(zhuǎn)時(shí)交替支承在V形塊的邊緣，導(dǎo)致V型支承塊邊緣的軸心A如圖9所示路線移動(dòng)，那么換向器中心B和C也會(huì)按相似形狀的路線移動(dòng)(見圖10)，導(dǎo)致車削的換向器失圓。

此外，彎軸還會(huì)引起不平衡，當(dāng)皮帶驅(qū)動(dòng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，引起振動(dòng)，從而影響正常的車削。因此，****在車削換向器之前將電樞軸校直。

4.3電樞的平衡

    電樞鐵心疊片歪斜和繞線張力不穩(wěn)定，都會(huì)引起電樞的不平衡。電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，不平衡力使電樞總是在V型塊內(nèi)移動(dòng)。產(chǎn)生的振動(dòng)對換向器的圓度韶表面粗糙度都有影響，影響的程度與不平衡量成比側(cè)。這種影響有時(shí)可忽略，但有時(shí)則應(yīng)引起注意。不平衡量較大時(shí)，車刀一接觸挨向器就可能引起“扎刀”而將電樞拋出V形塊，甚至損壞刀具。

    在換向器精度要求很高時(shí)，必須在車削換菇器之前平衡電樞。

4。4換向器的質(zhì)量和換向片銅材的硬度

在車削換向器時(shí)，每一塊換向片都必須具有足夠的剛性。在車削過程中，換向片移動(dòng)導(dǎo)致刀具損壞以及零件報(bào)廢的情況極少發(fā)生。一般是在車削過程中，換向片發(fā)生微小位移。在這種情況下，電樞轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，翹高的換向片通過電刷，增加了電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪聲(見圖11)。

    換向片松動(dòng)的原因是，換向片銅材太薄，車削后剛性不夠；換向片的嵌塑設(shè)計(jì)不合理；嵌住換向片的酚醛塑料固化不當(dāng);熔接漆包線時(shí)，換向器過熱。這可通過換向器的合理設(shè)計(jì)、調(diào)整嵌塑及點(diǎn)焊工藝參數(shù)解決。