一种大型同步电动机转子轴人字形磁钢安装槽的加工方法与流程

本发明涉及一种大型同步电动机转子轴人字形磁钢安装槽的加工方法。

背景技术

大型同步电动机中，转子轴结构非常特殊，请参阅图1a和图1b，大型同步电动机转子轴结构主要由三部分组成，左侧非轴伸端空心轴101、中间空心磁轭102和右侧轴伸端空心轴103，左侧非轴伸端空心轴101和右侧轴伸端空心轴103的大端端面止口外圆和平面与中间空心磁轭102内圆上法兰的内圆和平面配合，配合面采用配加工销孔，使用强力销螺栓104将两端的轴与磁轭联接在一起。再通过车加工使两侧的轴承档与磁轭外圆保持同轴，磁轭部分是个筒体，在筒体外圆需加工56个斜平面，以轴向中间位置为分界线，两边各加工28个斜平面，呈人字形分布，每个斜平面上布置两条平行的磁钢安装槽(鸽尾槽)105，总共在磁轭外圆上需加工28组人字形的斜平面和安装磁钢用的鸽尾槽，圆周等分度、对称度、尺寸公差以及表面粗糙度要求相当高。

大型同步电动机转子轴的材料为q345钢，锻造而成，经调质热处理，机械切削性能良好。请参阅图2a和图2b，人字形磁钢安装槽的具体技术要求是：斜平面中心线与轴的轴向中心线夹角：3.13°；斜平面位置度：＜0.1mm；180°分布的两平面间距：2081(-0.2/-0.4)mm；180°分布的两平面对称度：＜0.1mm；斜平面的平面度:＜0.1mm；两鸽尾槽的位置度：≤0.02mm；鸽尾槽的深度：10.5(+0.3/+0.2)mm；鸽尾槽的槽口尺寸：25(+0.3/+0.1)mm；鸽尾槽的底部尺寸：32.6(+0.3/+0.1)mm；加工面的表面粗糙度：ra.3.2。

转子轴人字形磁钢安装槽加工需解决以下几个关键问题：轴向两侧槽的对称度要求比较高，否则易引起两侧电性能不一致，产生单侧轴向分力；磁钢安装槽圆周等分度；槽底到轴中心的距离控制；槽加工时基准的选择和确定。这些问题具体体现在：

a.28个斜平面圆周等分；

b.28个斜平面圆周微调；

c.斜平面到轴中心线的距离；；

d.180°分布的两平面对称度；

e.斜平面中心线与轴中心线夹角3.13°

f.刀具运行轨迹确认；

g.工件夹装固定和防振动处理；

h.加工设备；

i.加工刀具；

j.使用的工装；

k.加工的方法。

这些问题解决的难度非常大，需逐个解决，确定一套有效的加工工艺方案，并设计一套转轴旋转和固定的有效方法，才能实现转轴可连续平稳旋转、精确等分以及可靠定位，保证转轴等分度以及几何尺寸精度，完成转子人字形平面和磁钢安装槽加工。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种大型同步电动机转子轴人字形磁钢安装槽的加工方法，可以实现转子轴可连续平稳旋转、精确等分以及可靠定位，保证转子轴等分度以及几何尺寸精度，完成转子轴上人字形平面和磁钢安装槽的加工。

实现上述目的的技术方案是：一种大型同步电动机转子轴人字形磁钢安装槽的加工方法，所述转子轴包括从左至右依次连接的左侧非轴伸端空心轴、中间空心磁轭和右侧轴伸端空心轴，所述加工方法包括以下步骤：

s1，转子轴校调步骤：转子轴的轴向中心线与龙门铣床的x轴平行，通过调整转子轴两侧的轴承档外圆的上母线和侧母线来调整转子轴的轴向中心线与龙门铣床的x轴平行度，保证转子轴的轴向中心线与龙门铣床的x轴平行度≤0.02mm；

s2，旋转编码器安装步骤：在转子轴的左侧非轴伸端空心轴的左端面安装工装支架，所述工装支架与所述旋转编码器的轴连接在一起，所述旋转编码器的定子固定在垫块上，所述垫块固定在编码器安装底座上，所述编码器安装底座固定在工作平台上，所述旋转编码器用于转子轴圆周等分控制；

s3，转子轴旋转角度调整步骤：在所述中间空心磁轭的中间位置沿圆周均布开设若干组螺孔，每组螺孔均包括一一对应地位于所述中间空心磁轭的径向两侧的两个螺孔，所述中间空心磁轭的径向两侧的两个螺孔内一一对应地拧入两个螺栓，所述两个螺栓一一对应地由两个千斤顶顶住，使用所述千斤顶对所述转子轴的旋转角度进行微调；

s4，转子轴固定步骤：转子轴的旋转角度调整好以后，采用轴支撑装置和磁轭支撑装置对转子轴进行固定；

s5，刀具的选择和加工步骤：所述龙门铣床包括立柱、横梁和主轴，所述立柱由前立柱、上纵向柱和后立柱依次连接呈开口朝下的u形结构，所述前立柱的底端和后立柱的底端分别固定在地面上；所述工作平台位于所述前立柱和后立柱之间；所述横梁可上下移动地设置在所述立柱上，且所述横梁的前后端一一对应地与所述前立柱的右侧和后立柱的右侧相连；所述主轴可前后移动地设置在所述横梁上；所述主轴的输出轴朝下设置，且所述主轴的输出轴上设置有刀具；所述主轴位于所述中间空心磁轭的上方，通过主轴上的刀具依次加工转子轴的中间空心磁轭表面的28组人字形的斜平面和安装磁钢用的鸽尾槽，所述斜平面的两直角边是圆弧过渡；所述鸽尾槽是以所述斜平面为基准的，先加工所述28组人字形的斜平面，然后在每个所述斜平面上加工所述鸽尾槽；

s6，人字形磁钢安装槽的测量步骤：所述鸽尾槽加工好以后，分别采用三种测量卡板检验和磁钢来检验鸽尾槽的加工质量，所述三种测量卡板分别为槽形卡板、两个槽外侧间距尺寸卡板和两个槽内侧间距尺寸卡板，每种所述测量卡板都是止通卡板。

上述的一种大型同步电动机转子轴人字形磁钢安装槽的加工方法，所述步骤s1具体包括以下步骤：

s11，将百分表安装在龙门铣床的主轴上，百分表测量头抵在转子轴一侧的轴承档外圆的上母线上，读取百分表读数，并记录读数，百分表沿x轴由一侧轴承档移动到另一侧轴承档，保持y轴和z轴的坐标不变，读取百分表读数，比较两侧百分表读数，如差值＞0.02mm，则调整托架下面的垫片，直至两侧百分表读数差值≤0.02mm为止；

s12,百分表测量头抵在转子轴一侧的轴承档外圆的侧母线上，读取百分表读数，并记录读数，百分表沿x轴由一侧轴承档移动到另一侧轴承档，保持y轴和z轴的坐标不变，读取百分表读数，比较两侧百分表读数，如差值＞0.02mm，则调整托架前后位置，直至两侧百分表读数差值≤0.02mm为止，完成转子轴校调。

上述的一种大型同步电动机转子轴人字形磁钢安装槽的加工方法，所述步骤s4中，所述轴支撑装置包括左侧支撑机构和右侧支撑机构，所述左侧支撑机构和右侧支撑机构左右对称设置在所述工作平台上；所述左侧支撑机构和右侧支撑机构的结构相同，均包括第一方箱底座和滑动托架，所述滑动托架包括纵向设置的托板和开设在所述托板上的左右贯通的轴孔，所述托板固定在所述第一方箱底座的顶端，所述第一方箱底座的底端固定在所述工作平台上；

所述左侧支撑机构的滑动托架的轴孔的内径与所述左侧非轴伸端空心轴的外径相适配，所述左侧非轴伸端空心轴插接在所述左侧支撑机构的滑动托架的轴孔内；

所述右侧支撑机构的滑动托架的轴孔的内径与所述右侧轴伸端空心轴的外径相适配，所述右侧轴伸端空心轴插接在所述右侧支撑机构的滑动托架的轴孔内；

所述磁轭支撑装置包括前侧支撑机构和后侧支撑机构，所述前侧支撑机构和后侧支撑机构前后对称设置在所述工作平台上，所述前侧支撑机构和后侧支撑机构结构相同，均包括第二方箱底座、固定在其顶端的l形支撑板和固定在所述l形支撑板的竖向部上的纵向锁紧杆，所述第二方箱底座固定在所述工作平台上，所述前侧支撑机构的纵向锁紧杆和后侧支撑机构的纵向锁紧杆一一对应地压紧在所述中间空心磁轭的水平径向两侧。

上述的一种大型同步电动机转子轴人字形磁钢安装槽的加工方法，所述两个千斤顶一一对应地固定在所述前侧支撑机构的第二方箱底座和后侧支撑机构的第二方箱底座上。

上述的一种大型同步电动机转子轴人字形磁钢安装槽的加工方法，所述左侧非轴伸端空心轴可转动地插接在所述左侧支撑机构的滑动托架的轴孔内；所述右侧轴伸端空心轴可转动地插接在所述右侧支撑机构的滑动托架的轴孔内。

上述的一种大型同步电动机转子轴人字形磁钢安装槽的加工方法，所述l形支撑板的竖向部上开设有锁紧杆安装孔，所述纵向锁紧杆与锁紧杆安装孔螺纹连接。

上述的一种大型同步电动机转子轴人字形磁钢安装槽的加工方法，所述步骤s5具体包括以下步骤：

s51，采用直径为63mm的玉米铣刀以xy轴联动的方式加工人字形斜平面，再用直径为20mm的立铣刀加工人字形斜平面的两直角边的圆弧过渡，保证人字形斜面的两直角边的圆弧过渡半径为10mm，两边对称加工；

s52，斜平面到轴向中心线的距离和180°分布的两平面对称度是通过所述中间空心磁轭两端的工艺止口来实现的，所述工艺止口外圆是在转子轴车加工时同时加工的，所述工艺止口外圆与转子轴的轴向中心线的同轴度由转子轴车加工用的车床来保证的，所述工艺止口外圆直径尺寸等于180°分布的两斜平面的间距尺寸，只要控制好所述斜平面与工艺止口外圆相切，就能保证所述斜平面到轴向中心线的距离和180°分布的两平面对称度；

s53，在每个斜平面上加工两条鸽尾槽，先使用直径为25mm的立铣刀加工所述鸽尾槽的直槽，然后再使用成形铣刀加工所述鸽尾槽，所述成形铣刀与满足设计要求的鸽尾槽的尺寸相适配。

上述的一种大型同步电动机转子轴人字形磁钢安装槽的加工方法，所述步骤s6具体包括以下步骤：

s61，用所述槽形卡板测量单个鸽尾槽的尺寸公差；

s62，用所述两个槽外侧间距尺寸卡板测量相邻的两条鸽尾槽之间的槽外侧间距尺寸公差；

s63，用所述两个槽内侧间距尺寸卡板测量相邻的两条鸽尾槽之间的槽内侧间距尺寸公差；

s64，将所述磁钢放入所述鸽尾槽内，若磁钢能放入鸽尾槽则鸽尾槽的加工质量合格。

本发明的大型同步电动机转子轴人字形磁钢安装槽的加工方法，可以实现转子轴可连续平稳旋转、精确等分以及可靠定位，保证转子轴等分度以及几何尺寸精度，完成转子轴上人字形平面和磁钢安装槽的加工。

附图说明

图1a为大型同步电动机转子轴的主视图；

图1b为大型同步电动机转子轴的侧视图；

图2a为大型同步电动机转子轴上的磁钢安装槽的结构示意图；

图2b为图2a中a部分的局部放大图；

图3为本发明的大型同步电动机转子轴人字形磁钢安装槽的加工方法的流程图；

图4a为转子轴校调步骤的示意图(主视图)；

图4b为转子轴校调步骤的示意图(侧视图)；

图5为旋转编码器安装步骤的示意图；

图6a为转子轴旋转角度调整步骤的示意图(主视图)；

图6b为转子轴旋转角度调整步骤的示意图(侧视图)

图7a为转子轴固定步骤的示意图(主视图)；

图7b为转子轴固定步骤的示意图(侧视图)；

图8a为转子轴在龙门铣床上的安装示意图(侧视图)；

图8b为转子轴在龙门铣床上的安装示意图(俯视图)。

具体实施方式

为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对其具体实施方式进行详细地说明：

请参阅图1a，转子轴包括从左至右依次连接的左侧非轴伸端空心轴101、中间空心磁轭102和右侧轴伸端空心轴103。

请参阅图3至图8b，本发明的最佳实施例，一种大型同步电动机转子轴人字形磁钢安装槽的加工方法，包括以下步骤：

s1，转子轴校调步骤：转子轴的轴向中心线与龙门铣床的x轴平行，通过调整转子轴两侧的轴承档外圆的上母线和侧母线来调整转子轴的轴向中心线与龙门铣床的x轴平行度，保证转子轴的轴向中心线与龙门铣床的x轴平行度≤0.02mm；请参阅图4a和图4b，步骤s1具体包括以下步骤：

s11，将百分表60安装在龙门铣床的主轴50上，百分表60测量头抵在转子轴一侧的轴承档107外圆的上母线上，读取百分表读数，并记录读数，百分表沿x轴由一侧轴承档107移动到另一侧轴承档，保持y轴和z轴的坐标不变，读取百分表读数，比较两侧百分表读数，如差值＞0.02mm，则调整托架下面的垫片，直至两侧百分表读数差值≤0.02mm为止；

s12,百分表60测量头抵在转子轴一侧的轴承档外圆的侧母线上，读取百分表读数，并记录读数，百分表60沿x轴由一侧轴承档移动到另一侧轴承档，保持y轴和z轴的坐标不变，读取百分表读数，比较两侧百分表读数，如差值＞0.02mm，则调整托架前后位置，直至两侧百分表读数差值≤0.02mm为止，完成转子轴校调。

s2，旋转编码器安装步骤：请参阅图5，在转子轴的左侧非轴伸端空心轴101的左端面安装工装支架51，工装支架51与旋转编码器52的轴连接在一起，旋转编码器52的定子固定在垫块53上，垫块53固定在编码器安装底座54上，编码器安装底座54固定在工作平台20上，旋转编码器52用于转子轴圆周等分控制；旋转编码器52采用1.8万线的旋转编码器，编码器安装底座54采用方箱形结构。安装时，可通过调节旋转编码器52的定子外侧的固定支架的调节装置来调节旋转编码器的轴与转子轴的同轴度，旋转编码器52精度可达到1/1000°，等分精度满足技术要求。

s3，转子轴旋转角度调整步骤：请参阅图6a和图6b，在中间空心磁轭102的中间位置沿圆周均布开设若干组螺孔，每组螺孔均包括一一对应地位于中间空心磁轭103的径向两侧的两个螺孔，中间空心磁轭103的径向两侧的两个螺孔内一一对应地拧入两个螺栓62，两个螺栓62一一对应地由两个千斤顶61顶住，使用千斤顶61对转子轴的旋转角度进行微调；通过千斤顶61顶起螺栓62，进而带动转子轴运动，对转子轴的旋转角度进行微调。

s4，转子轴固定步骤：转子轴的旋转角度调整好以后，采用轴支撑装置和磁轭支撑装置对转子轴进行固定；请参阅图7a和图7b，轴支撑装置包括左侧支撑机构1和右侧支撑机构2，左侧支撑机构1和右侧支撑机构2左右对称设置在工作平台20上；左侧支撑机构1和右侧支撑机构2的结构相同，均包括第一方箱底座11和滑动托架12，滑动托架12包括纵向设置的托板121和开设在托板12上的左右贯通的轴孔122，托板121固定在第一方箱底座11的顶端，第一方箱底座11的底端固定在工作平台20上；左侧支撑机构1的滑动托架的轴孔的内径与左侧非轴伸端空心轴101的外径相适配，左侧非轴伸端空心轴101可转动地插接在左侧支撑机构1的滑动托架的轴孔内；右侧支撑机构2的滑动托架的轴孔的内径与右侧轴伸端空心轴103的外径相适配，右侧轴伸端空心轴103可转动地插接在右侧支撑机构2的滑动托架的轴孔内。

磁轭支撑装置包括前侧支撑机构3和后侧支撑机构4，前侧支撑机构3和后侧支撑机构4前后对称设置在工作平台20上，前侧支撑机构3和后侧支撑机构4结构相同，均包括第二方箱底座31、固定在其顶端的l形支撑板32和固定在l形支撑板32的竖向部上的纵向锁紧杆33，第二方箱底座31固定在工作平台20上，前侧支撑机构3的纵向锁紧杆和后侧支撑机4构的纵向锁紧杆一一对应地压紧在中间空心磁轭102的水平径向两侧，具体地，l形支撑板32的竖向部上开设有锁紧杆安装孔，纵向锁紧杆33与锁紧杆安装孔螺纹连接，纵向锁紧杆33拧入在锁紧杆安装孔内并压紧在中间空心磁轭102的外圆周面上，从而将中间空心磁轭102进行支撑。两个千斤顶61一一对应地固定在前侧支撑机构3的第二方箱底座31和后侧支撑机构4的第二方箱底座31上。

转子轴的圆周角度经过步骤s3调整好以后，需要把转子轴固定好才能进行机加工。首先将滑动托架12用螺栓固定在相应的轴承档上，由于滑动托架12的锁紧能力有限，就此固定，在加工斜平面和鸽尾槽的过程中转子轴容易旋转移位，因此，为防止此种情况发生，在采用轴旋转角度微调机构将转子轴旋转角度调整好以后，千斤顶61不拿走，而且，在转子轴的中间空心磁轭102的径向两侧各放一个千斤顶61顶住螺栓，避免在加工时轴左右摇晃。由于中间空心磁轭102是个筒体，壁薄，加工时磁轭会发生振动，刀具易损坏，加工面的尺寸精度和表面粗糙度难以控制。因此，在中间空心磁轭102的前后侧一一对应地增加了前侧支撑机构3和后侧支撑机构4。

s5，刀具的选择和加工步骤：请参阅图8a和图8b，龙门铣床包括立柱30、横梁40和主轴50，立柱30由前立柱301、上纵向柱302和后立柱303依次连接呈开口朝下的u形结构，前立柱301的底端和后立柱303的底端分别固定在地面200上；工作平台20位于前立柱301和后立柱303之间；横梁40可上下移动地设置在立柱30上，横梁10纵向设置，且横梁40的前后端一一对应地与前立柱301的右侧和后立柱303的右侧相连；主轴50可前后移动地设置在横梁40上；主轴50的输出轴朝下设置，且主轴50的输出轴上设置有刀具。主轴50位于中间空心磁轭102的上方。

通过主轴50上的刀具依次加工转子轴的中间空心磁轭表面的28组人字形的斜平面和安装磁钢用的鸽尾槽，斜平面的两直角边是圆弧过渡，不能用一般的平面铣刀加工，鸽尾槽是以斜平面为基准的，先加工28组人字形的斜平面，然后在每个斜平面上加工鸽尾槽。

步骤s5具体包括以下步骤：

s51，采用直径为63mm的玉米铣刀以xy轴联动的方式加工人字形斜平面，再用直径为20mm的立铣刀加工人字形斜平面的两直角边的圆弧过渡，保证人字形斜面的两直角边的圆弧过渡半径为10mm，两边对称加工；

s52，斜平面到轴向中心线的距离和180°分布的两平面对称度是通过所述中间空心磁轭两端的工艺止口来实现的，所述工艺止口外圆是在转子轴车加工时同时加工的，所述工艺止口外圆与转子轴的轴向中心线的同轴度由转子轴车加工用的车床来保证的，所述工艺止口外圆直径尺寸等于180°分布的两斜平面的间距尺寸，只要控制好所述斜平面与工艺止口外圆相切，就能保证所述斜平面到轴向中心线的距离和180°分布的两平面对称度；

s53，在每个斜平面上加工两条鸽尾槽，先使用直径为25mm的立铣刀加工所述鸽尾槽的直槽，然后再使用成形铣刀加工所述鸽尾槽，所述成形铣刀与满足设计要求的鸽尾槽的尺寸相适配。采用成形铣刀加工鸽尾槽的好处一可以提高加工质量，二可以提高工作效率，三可以降低劳动强度。

s6，人字形磁钢安装槽的测量步骤：鸽尾槽加工好以后，分别采用三种测量卡板检验和磁钢来检验鸽尾槽的加工质量，三种测量卡板分别为槽形卡板、两个槽外侧间距尺寸卡板和两个槽内侧间距尺寸卡板，每种测量卡板都是止通卡板。步骤s6具体包括以下步骤：

s61，用槽形卡板测量单个鸽尾槽的尺寸公差；

s62，用两个槽外侧间距尺寸卡板测量相邻的两条鸽尾槽之间的槽外侧间距尺寸公差；

s63，用两个槽内侧间距尺寸卡板测量相邻的两条鸽尾槽之间的槽内侧间距尺寸公差；

s64，因斜平面上的两条鸽尾槽是用来安装磁钢的，因此，光用卡板检验还不够，还需用磁钢来检验鸽尾槽的加工质量，将磁钢放入鸽尾槽内，若磁钢能放入鸽尾槽则鸽尾槽的加工质量合格。

请参阅图8b，本发明的大型同步电动机转子轴人字形磁钢安装槽的加工方法，在加工时，加工轨迹的确认：当转子轴的轴向中心线与龙门铣床的x轴平行，这个轴的安放状态我们定义为轴直放。转子轴上的斜平面的中心线与轴的轴向中心线的夹角为3.13°，此时，转子轴两侧斜平面的中心线分别与龙门铣床的x轴夹角为3.13°，那么，加工斜平面和磁钢安装槽时，刀具必须沿x、y轴走斜线轨迹才能完成斜平面和槽的加工，这种加工方法必须使用龙门铣床x、y轴联动加工，这种加工方法的优点：装夹简单；校调方便；一次装夹加工；操作相对比较容易；加工精度高；加工周期短。这种加工方法的缺点：需使用数控机床；程序编制复杂；加工走刀轨迹复杂；操作难度大。

本发明的大型同步电动机转子轴人字形磁钢安装槽的加工方法，龙门铣床在磁轭的顶部加工人字形平面和槽，在中间空心磁轭102的径向两侧(两侧对称位置)增加磁轭支撑装置，提高磁轭的强度，避免磁轭加工时发生振动，这样加工时类似于落地镗铣床顶部加工人字形平面和鸽尾槽。由于龙门铣床的主轴50安装在横梁40上，横梁40可以灵活地上下移动，同样主轴50也能灵活地在横梁40上前后移动，主轴50伸出长度可以根据需要任意调整，主轴50的刚性良好，刀具不易损坏，尺寸公差和加工面的粗糙度能得到保证。因此，磁轭的顶部加工人字形平面和槽方案能够有效地使用，这个方案的缺点是加工面离工作台面比较高，操作人员的劳动强度比加大，但能有效解决金加工问题。转子轴在旋转分度时，转子轴的左侧非轴伸端空心轴101只能在左侧支撑机构1的滑动托架的轴孔内转动，右侧轴伸端空心轴103只能在右侧支撑机构2的滑动托架的轴孔内转动，这样，可以减小并限制整个转子轴的偏离量，而且，不容易磨损转子轴的外表面，使加工的转子轴成品符合使用要求。

转子轴的磁轭上加工28组人字形斜平面和磁钢安装槽，是整个轴加工的关键技术，斜平面和磁钢安装槽加工的质量高，为后期的磁钢顺利安装创造有利条件，本发明的大型同步电动机转子轴人字形磁钢安装槽的加工方法，既能解决人字形斜平面和磁钢安装槽加工问题和降低加工成本，又能缩短生产周期，提高工作效率，这次根据预定的工艺方案加工的斜平面和槽，实际加工效果非常好，圆满完成转子人字形斜平面和磁钢安装槽的加工任务。

综上所述，本发明的大型同步电动机转子轴人字形磁钢安装槽的加工方法，可以实现转子轴可连续平稳旋转、精确等分以及可靠定位，保证转子轴等分度以及几何尺寸精度，完成转子轴上人字形平面和磁钢安装槽的加工。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。