一种适用于电机转子轴的加工方法与流程

1.本发明创造属于转子轴加工方法领域，尤其是涉及一种适用于电机转子轴的加工方法。


背景技术：

2.全球汽车未来发展的方向是新能源化，或者说是电动化。而中国的新能源汽车产业一直在增长，不断迈上新台阶。经过这几年的发展，新能源化这个不可逆的态势已基本形成。在新能源汽车中电机无疑是重要的驱动总成，电机转子轴作为电机中的核心部件长时间在高转速高负荷的状态下工作，该零部件的在制造过程中的尺寸精度与形位精度要求很高，这些元素的加工精度直接影响电机的试验结果和使用寿命。
3.在现有加工技术中，由于该电机转子轴结构原因，必须分别通过车序、铣序和插齿才能完成对其加工，通用加工工艺方法就是使用数控车对所有回转表面进行加工，再用加工中心对需要铣削成型的轮廓、螺旋槽、键槽进行加工，最后使用插齿机进行插齿加工，然而这种工艺中设备使用成本都比较高，同时需要多套夹具反复拆卸和装夹，对不同位置进行加工，不能保证定位轴径与轴向槽的平行度以及花键精度，生产效率也得不到保障。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明创造旨在提一种适用于电机转子轴的加工方法，以解决现有电机转子轴加工精度低的问题。
5.为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
6.一种适用于电机转子轴的加工方法，具体包括以下步骤：
7.s1、电机转子轴的毛坯具有m1轴和m2轴，且m1轴和m2轴之间设有台阶，在m2轴上设有d1盘，将电机转子轴的毛坯装夹在车铣复合设备卡盘上，车铣复合设备卡盘夹持m1轴径位置，将中心架夹持在m2端中心架支撑轴颈位置处；
8.s2、使用车铣复合设备的钻削功能对m2轴端面进行钻孔形成与m2轴同轴线的深孔，使用车铣复合设备的车削功能精加工深孔端倒角至所需要求；调用顶尖顶紧倒角位置并张开中心架后，对旋变传感器配合面、轴承位-1、转子铁心配合面、d1盘的外圆进行粗车及半精车，对旋变传感器配合面的短键槽进行铣削加工，形成电机转子轴半成品；
9.s3、取下步骤s2加工完的电机转子轴半成品，将车铣复合设备卡盘卡爪更换为铝制卡爪，将铝制卡爪车成旋变传感器配合面的随形阶梯孔；
10.s4、采用铝制卡爪夹持旋变传感器配合面，旋变传感器配合面右侧端面轴向定位，中心架夹持中心架支撑位置轴径进行辅助支撑；
11.s5、对m1轴端面进行钻孔形成与m1轴同轴线的中心孔，在中心孔上钻削与中心孔同轴的短孔，粗车减速器配对花键大径和轴承位-2的外圆，减速器配对花键进行插齿加工；
12.s6、卸掉卡盘铝制卡爪，更换车铣复合设备卡盘，车铣复合设备卡盘夹持顶尖，以两顶尖驱动精车转子轴的所有外圆直径和轴承位-2密封端面，铣削加工转子铁芯定位键
槽-1至转子铁芯定位键槽-4，至此完成电机转子轴的加工。
13.更进一步的，所述s1中，m1端夹持位置处为靠近m1轴左端处，m2端中心架支撑轴颈位置为在m2轴自右侧端面120mm至180mm位置处，m2端中心架支撑轴颈的直径为47mm。
14.更进一步的，所述s2中，用车铣复合钻削功能调用直径26钻头对深孔进行钻削，使用mcturn车削功能，调用内孔镗刀精加工深孔端倒角，保证ra1.6粗糙度和不大于0.005mm跳动；调用顶尖顶紧倒角位置并张开中心架，调用75度粗车刀对旋变传感器配合面，轴承位-1，转子铁心配合面，d1盘外圆进行粗车并留1mm的精车余量，调用93度精车刀对粗车后的外圆进行半精车，留精车余量0.5mm，保证加工外圆直径公差等级h7、圆柱度0.02mm精度要求；调用直径3mm立铣刀对旋变传感器配合面的短键槽进行铣削加工，保证键槽精度。
15.更进一步的，所述s3中，随形阶梯孔的孔径大于旋变传感器配合面轴径0.1mm，孔径跳动不大于0.01mm。
16.更进一步的，所述s4中，中心架支撑位置为m2轴上靠近d1盘的位置处。
17.更进一步的，所述s5中，调用b5型号中心钻对短孔端中心孔进行钻削，保证中心孔ra1.6粗糙度、跳动不大于0.005mm；调用钻头加工短孔，调用75度粗车刀，粗加工减速器配对花键大径和轴承位-2的外圆，留量1mm；调用93
°
外圆精车刀对粗加工轴颈进行半精加工，留量0.5mm；精车减速器配对花键大径到尺寸，保证减速器配对花键大径同轴线跳动0.02mm；
18.使用车铣复合插齿功能，调用插齿刀对减速器配对花键进行插齿加工，保证减速器配对花键与转子铁心配合同轴度0.02mm，使用车削功能，调用35度尖刀对减速器配对花键右侧进行c1倒角并去毛刺处理，张开中心架，加工完毕，取下工件。
19.更进一步的，所述s6中，车铣复合设备卡盘夹持自制顶尖，对自制顶尖进行自车，保证顶尖与轴线跳动0.003mm，使用两顶尖装夹方式，卡盘端自制顶尖顶紧深孔倒角位置，启用车铣复合尾座顶尖，移动顶尖至短孔端中心孔并顶紧，使用车削功能，调用93度精车刀对s3和s5中半精加工后的各留量部位进行精车，保证外圆直径公差等级h7、圆柱度0.02mm精度，全跳动0.02mm要求；精车轴承位-2密封端面；使用铣削功能，调用直径1mm球形铣刀加工轴承位-2螺旋油槽；
20.调用直径6mm立铣刀分别加工转子铁心定位键槽-1、转子铁心定位键槽-3、转子铁心定位键槽-2和转子铁心定位键槽-4。
21.更进一步的，所述转子铁心定位键槽-1、转子铁心定位键槽-2、转子铁心定位键槽-3和转子铁心定位键槽-4均匀分布在转子轴的四周，且转子铁心定位键槽-1和转子铁心定位键槽-3正对布置，转子铁心定位键槽-2和转子铁心定位键槽-4正对布置。
22.更进一步的，所述s6中，四个转子铁芯定位键槽的具体加工方法为：
23.(1)从右至左对转子铁心定位键槽-1和转子铁心定位键槽-3槽底面进行精铣加工；
24.(2)从右至左对转子铁心定位键槽-2和转子铁心定位键槽-4槽底面进行精铣加工；
25.(3)从右至左采用顺铣方式对转子铁心定位键槽-1和转子铁心定位键槽-3的槽壁进行精铣加工；
26.(4)从右至左采用顺铣方式对转子铁心定位键槽-2和转子铁心定位键槽-4的槽壁
进行精铣加工；
27.从右至左是指车铣复合尾座顶尖方向至卡盘端自制顶尖方向。
28.更进一步的，s6中，精车轴承位-2密封端面时使用由内向外精车方向，保证车刀精车产生的螺旋线与电机轴使用时旋转方向反向，来控制油液在电机轴工作中流动方向。
29.与现有技术相比，本发明创造所述的一种适用于电机转子轴的加工方法的有益效果是：
30.(1)本发明创造利用车铣复合对电机转子轴进行加工，可以实现包括车、铣、钻、镗等多种工序在一台设备上加工完成，从而大大缩短产品制造工艺链，提高生产效率。
31.(2)本发明创造与一般的电机转子轴的加工工艺相比，由于利用车铣复合加工可以实现通过一次装夹完成全部或者大部分加工工序，从而减少了装夹次数，避免了由于定位基准转化导致的误差积累，提高了加工精度。
32.(3)本技术的加工方法控制了密封端面的加工方向，来获得更好的密封效果，制定了先加工花键，后加工键槽的加工工艺，保证了键槽和花键的精度；使用两顶尖摩擦力驱动的装夹方式，加工键槽和旋变传感器配合面、轴承位、转子铁心配合面、转子铁心定位键槽、减速器配对花键保证各位置全跳动要求；同时可以减少传统工艺所需的工装夹具的采购和制作，有效降低了生产成本。
附图说明
33.构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
34.图1为本发明创造实施例所述的一种适用于电机转子轴的加工方法的加工流程图；
35.图2为电机转子轴零件的结构示意图；
36.图3为本发明创造实施例所述的电机转子轴毛坯结构示意图；
37.图4为本发明创造实施例所述的工序s2的示意图；
38.图5为本发明创造实施例所述的工序s4和s5的示意图；
39.图6为本发明创造实施例所述的工序s6的两顶尖装夹的示意图；
40.图7为本发明创造实施例所述的一种适用于电机转子轴的四个转子铁心定位键槽的结构示意图。
具体实施方式
41.下面将结合附图对本发明创造的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明创造一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明创造中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明创造保护的范围。
42.在本发明创造的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定
的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
43.在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
44.此外，下面所描述的本发明创造不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
45.本技术加工的电机转子轴零件包括与转子铁心配合的转子铁心配合面和转子铁心定位键槽、与轴承配合的轴承位-1和轴承位-2，减速器配对花键及旋变传感器配合面，在转子铁心配合面内中轴线处开设有深孔，在减速器配对花键内中轴线上开设有短孔，在旋变传感器配合面上设有短键槽，在轴承位-2上设有轴承位-2旋油槽；
46.如图1-图7所示，一种适用于电机转子轴的加工方法，具体包括以下步骤：
47.s1、电机转子轴的毛坯具有m1轴和m2轴，且m1轴和m2轴之间设有台阶，在m2轴上设有d1盘，将电机转子轴的毛坯装夹在车铣复合设备卡盘上，车铣复合设备卡盘夹持m1轴径位置，将中心架夹持在m2端中心架支撑轴颈位置处；
48.s2、使用车铣复合设备的钻削功能对m2轴端面进行钻孔形成与m2轴同轴线的深孔，使用车铣复合设备的车削功能精加工深孔端倒角至所需要求；调用顶尖顶紧倒角位置并张开中心架后，对旋变传感器配合面、轴承位-1、转子铁心配合面、d1盘的外圆进行粗车及半精车，对旋变传感器配合面的短键槽进行铣削加工，形成电机转子轴半成品；
49.s3、取下步骤s2加工完的电机转子轴半成品，将车铣复合设备卡盘卡爪更换为铝制卡爪，将铝制卡爪车成旋变传感器配合面的随形阶梯孔；
50.s4、采用铝制卡爪夹持旋变传感器配合面，旋变传感器配合面右侧端面轴向定位，中心架夹持中心架支撑位置轴径进行辅助支撑；
51.s5、对m1轴端面进行钻孔形成与m1轴同轴线的中心孔，在中心孔上钻削与中心孔同轴的短孔，粗车减速器配对花键大径和轴承位-2的外圆，减速器配对花键进行插齿加工；
52.s6、卸掉卡盘铝制卡爪，更换车铣复合设备卡盘，车铣复合设备卡盘夹持顶尖，以两顶尖驱动精车转子轴的所有外圆直径和轴承位-2密封端面，铣削加工转子铁芯定位键槽-1至转子铁芯定位键槽-4，至此完成电机转子轴的加工。
53.s2中只精加工深孔端倒角保证倒角与轴线0.005mm跳动要求，作为后序精加工定位基准，其他外圆进行半精车留精车余量0.5mm，待加工二序的中心孔加工完成后，再进行精车，以保证各个外圆轴颈相对于轴线的全跳动要求；
54.s3中的铝质卡爪的硬度低于工件硬度，用铝制卡爪可以有效防止工件夹伤，破坏已加工表面和防止工件被夹持变形，加工卡爪尺寸，可以保证旋变传感器配合面轴径与深孔端倒角同轴精度，同时保证和本工序中加工的中心孔的同轴要求，为后续精加工保证各位置与轴线的全跳动要求，提供可使用基准；
55.s4中的中心架增加车削系统刚性，避免发生震动对尺寸和形位公差造成影响，同时使工件与轴线的全跳动保证在0.01mm以内，使本序加工的中心孔与轴线全跳动精度达到
要求，并作为后续精加工基准使用；
56.s5可以保证加工出的短孔端中心孔与轴线跳动0.005mm，自此两个定位基准(深孔端倒角和短空端中心孔)加工完成，与轴线跳动保证0.01mm精度，可以作为后序精加工基准使用；同时，保证了减速器配对花键与轴线跳动公差0.02mm的加工精度；
57.s6，使用前期精车出的两个基准(深孔端倒角和短孔端的中心孔)，采用两顶尖顶紧，摩擦力驱动的装夹方式精车，能保证所有加工位置的位置精度和全跳动要求。
58.下面具体给出一种适用于电机转子轴的加工方法，具体包括以下步骤：
59.s1、将电机转子轴的毛坯装夹在车铣复合设备卡盘上，车铣复合设备卡盘夹持m1轴径位置，将中心架夹持在m2端中心架支撑轴颈位置处；其中，m1端夹持位置处为靠近m1轴左端处，m2端中心架支撑轴颈位置为在m2轴自右侧端面120mm至180mm位置处，m2端中心架支撑轴颈的直径为47mm；
60.s2、使用车铣复合钻削功能调用直径26钻头对深孔进行钻削，使用mcturn车削功能，调用内孔镗刀精加工深孔端倒角，保证ra1.6粗糙度和不大于0.005mm跳动；调用顶尖顶紧倒角位置并张开中心架，调用75度粗车刀对旋变传感器配合面，轴承位-1，转子铁心配合面，d1盘外圆进行粗车并留1mm的精车余量，调用93度精车刀对粗车后的外圆进行半精车，留精车余量0.5mm，保证加工外圆直径公差等级h7、圆柱度0.02mm精度要求；调用直径3mm立铣刀对旋变传感器配合面的短键槽进行铣削加工，保证键槽精度；
61.s3、取下步骤s2加工完的电机转子轴半成品，将车铣复合设备卡盘卡爪更换为铝制卡爪，将铝制卡爪车成旋变传感器配合面的随形阶梯孔；随形阶梯孔的孔径大于旋变传感器配合面轴径0.1mm，孔径跳动不大于0.01mm。
62.s4、采用铝制卡爪夹持旋变传感器配合面，旋变传感器配合面右侧端面轴向定位，中心架夹持中心架支撑位置轴径进行辅助支撑，中心架支撑位置为m2轴上靠近d1盘的位置处；
63.s5、调用b5型号中心钻对短孔端中心孔进行钻削，保证中心孔ra1.6粗糙度、跳动不大于0.005mm；调用钻头加工短孔，调用75度粗车刀，粗加工减速器配对花键大径和轴承位-2的外圆，留量1mm；调用93
°
外圆精车刀对粗加工轴颈进行半精加工，留量0.5mm；精车减速器配对花键大径到尺寸，保证减速器配对花键大径同轴线跳动0.02mm；
64.使用车铣复合插齿功能，调用插齿刀对减速器配对花键进行插齿加工，保证减速器配对花键与转子铁心配合同轴度0.02mm，使用mcturn车削功能，调用35度尖刀对减速器配对花键右侧进行c1倒角并去毛刺处理，张开中心架，加工完毕，取下工件；
65.s6、卸掉卡盘铝制卡爪，更换车铣复合设备卡盘，车铣复合设备卡盘夹持自制顶尖，对自制顶尖进行自车，保证顶尖与轴线跳动0.003mm，使用两顶尖装夹方式，卡盘端自制顶尖顶紧深孔倒角位置，启用车铣复合尾座顶尖，移动顶尖至短孔端中心孔并顶紧，使用mcturn车削功能，调用93度精车刀对s3和s5中半精加工后的各留量部位进行精车，保证外圆直径公差等级h7、圆柱度0.02mm精度，全跳动0.02mm要求；
66.由于轴承位-2密封端面用密封圈配合，精车很难保证密封精度，在转子轴工作过程中经常产生漏油现象，除靠精车参数调整表面粗糙度ra0.8外，精车轴承位-2密封端面时使用由内向外精车方向，保证车刀精车产生的螺旋线与电机轴使用时旋转方向反向，来控制油液在电机轴工作中流动方向，达到电机轴要求的密封效果；
67.使用铣削功能，调用直径1mm球形铣刀加工轴承位-2螺旋油槽；
68.调用直径6mm立铣刀分别加工转子铁心定位键槽-1、转子铁心定位键槽-3、转子铁心定位键槽-2和转子铁心定位键槽-4，所述转子铁心定位键槽-1、转子铁心定位键槽-2、转子铁心定位键槽-3和转子铁心定位键槽-4均匀分布在转子轴的四周，且转子铁心定位键槽-1和转子铁心定位键槽-3正对布置，转子铁心定位键槽-2和转子铁心定位键槽-4正对布置；
69.加工过程中分开粗精加工，尤其对直槽进行精加工时，采用镜像加工的策略进行精加工，四个转子铁芯定位键槽的具体加工方法为：
70.(1)从右至左对转子铁心定位键槽-1和转子铁心定位键槽-3槽底面进行精铣加工；
71.(2)从右至左对转子铁心定位键槽-2和转子铁心定位键槽-4槽底面进行精铣加工；
72.(3)从右至左采用顺铣方式对转子铁心定位键槽-1和转子铁心定位键槽-3的槽壁进行精铣加工；
73.(4)从右至左采用顺铣方式对转子铁心定位键槽-2和转子铁心定位键槽-4的槽壁进行精铣加工；
74.从右至左是指车铣复合尾座顶尖方向至卡盘端自制顶尖方向。
75.本技术的一种适用于转子轴的加工方法具有的效果如下：
76.(1)工艺方面：在步骤s5中，减速器配对花键的加工，必须要s6中转子铁心定位键槽的精加工之前，如工艺集中后先加工键槽，会导致机床中心架支撑无位置。因键槽是四个，采用三爪装夹又不可行，采用四爪很难保证花键和后续加工的长键槽与轴线的全跳动要求。所以制定先花键后键槽的工艺方案。
77.(2)在步骤s2中，只精加工深孔端倒角保证倒角保证倒角与轴线0.005mm跳动要求，作为后序精加工定位基准，其他外圆进行半精车留精车余量0.5mm，待另一端中心孔加工完成后，再进行精车，以保证各个外圆轴颈相对于轴线的全跳动要求。
78.(3)在步骤s3中，采用铝制卡爪替代标准硬爪，铝质卡爪的硬度低于工件硬度，用铝制卡爪可以有效防止工件夹伤，破坏已加工表面和防止工件被夹持变形，加工卡爪尺寸，可以保证旋变传感器配合面轴径与深孔端倒角同轴精度，同时保证和本工序中加工的中心孔的同轴要求，为后续精加工保证各位置与轴线的全跳动要求提供可使用基准。
79.(4)在步骤s4中，采用中心架增加车削系统刚性，避免发生震动对尺寸和形位公差造成影响，同时保证工件与轴线的全跳动精度，为本序加工中心孔保证中心孔与轴线跳动要求，并作为后续精加工基准使用。
80.(5)在步骤s5中，保证加工出的短孔端中心孔与轴线跳动0.005mm，自此两个定位基准(深孔端倒角和短空端中心孔)加工完成，与轴线跳动保证0.01mm精度，可以作为后序精加工基准使用。同时，保证了减速器配对花键与轴线跳动公差0.02mm的加工精度。
81.(6)在步骤s6中，使用前期精车出的两个基准(深孔端倒角和短孔端的中心孔)，采用两顶尖顶紧，摩擦力驱动的装夹方式精车，能保证所有加工位置的位置精度和全跳动要求。
82.(7)在步骤s6中，转子铁心定位键槽的传统加工工艺采用顺序加工，既按顺序对转
子铁心定位键槽-1、转子铁心定位键槽-2、转子铁心定位键槽-3、转子铁心定位键槽-4的槽底、槽壁进行精加工，在加工过程中刀具产生一定磨损，采用顺序加工容易造成转子铁心定位键槽-1与转子铁心定位键槽-4精度存在较大精度差异，同时造成累计误差过大，对电机转子轴动平衡造成影响。采用本发明中的加工顺序进行加工可以保证精加工后的转子铁心定位键槽尺寸具有对称性，加工时切削力平衡，能有效的减小累计误差。同时，保证减速器配对花键和转子铁心定位键槽-1,转子铁心定位键槽-2,转子铁心定位键槽-3,转子铁心定位键槽-4，深孔,短孔，转子铁心配合面,轴承位轴颈的相对轴线的全跳动0.02mm公差要求，达到最佳的动平衡状态。
83.(8)在步骤s6中，加工转子铁心定位键槽时采用从右至左的加工方向，是刀具从尾座顶尖端向卡盘方向进行加工，工件受力方向为垂直卡盘方向，由于本序的装夹方式为两顶尖顶紧，没有夹紧力驱动，只是靠摩擦力驱动。所以从右至左的加工放向所产生的力可以可以使摩擦力加大，驱动更可靠稳定。
84.(9)在步骤s6中，精车轴承位-2螺旋油槽时使用由内向外精车方向，保证车刀精车产生的螺旋线与电机轴使用时旋转方向反向，控制油液在电机轴工作中流动方向，达到电机轴要求的密封效果。
85.以上公开的本发明创造实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明创造仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明创造的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明创造。