祁美強(qiáng) 等
介紹了磁極壓板偏心車胎的設(shè)計(jì)過(guò)程。并基于SolidWorks三維仿真設(shè)計(jì)軟件,分析改進(jìn)了車胎的結(jié)構(gòu),增加減重孔使整個(gè)夾緊裝置系統(tǒng)重心(帶工件)與工裝回轉(zhuǎn)中心線同心,有效地保證了偏心磁極壓板的加工質(zhì)量。
關(guān)鍵詞:增安型同步電動(dòng)機(jī) 磁極壓板 偏心 車胎 SolidWorks
0 引言
增安型同步電動(dòng)機(jī)廣泛用于石油、化工、化肥、制冷等行業(yè)具有爆炸危險(xiǎn)氣體的場(chǎng)所,用來(lái)拖動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)[1]。增安型同步電動(dòng)機(jī)磁極壓板是極其重要的零部件,其制造質(zhì)量的好壞直接影響轉(zhuǎn)子磁極絕緣性能。而磁極壓板腰部圓弧面加工精度直接影響到磁極鐵芯與磁極線圈之間絕緣層的強(qiáng)度,進(jìn)而影響到整個(gè)設(shè)備的安全。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用軟件的發(fā)展[2],仿真設(shè)計(jì)已經(jīng)成為工業(yè)設(shè)計(jì)制造過(guò)程中的一個(gè)非常重要的輔助工具。借助于SolidWorks三維仿真[3]設(shè)計(jì)軟件的支持,可將其應(yīng)用于增安型同步電動(dòng)機(jī)偏心磁極壓板工裝夾具設(shè)計(jì)中,指導(dǎo)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)更加合理的偏心車胎。
1 磁極壓板結(jié)構(gòu)及工藝分析[4]
磁極壓板外形結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖一所示,材料為ZG270-500鑄鋼,結(jié)合零件的形體特征,確定該零件的工藝流程為:車底面→銑上平面→線切割→鉆鉸、鏜孔→車端部圓弧及槽→車腰部圓弧[4]。其中特別注意的是磁極壓板腰部?jī)蓚?cè)R83.1圓弧的圓心高出底面10mm,構(gòu)成向內(nèi)偏心結(jié)構(gòu)。
該零件是小批量、重復(fù)生產(chǎn)形式,為保證產(chǎn)品質(zhì)量,滿足設(shè)計(jì)及工藝要求,需設(shè)計(jì)專用工裝夾具進(jìn)行加工,如底面車胎、端部圓弧車胎、腰部圓弧偏心車胎等工裝。其中,腰部圓弧偏心車胎的設(shè)計(jì)成為滿足加工要求、提高加工效率,保證磁極壓板質(zhì)量的關(guān)鍵。2 車胎的設(shè)計(jì)
2.1 設(shè)計(jì)思路[4]。根據(jù)磁極壓板腰部為圓弧的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),設(shè)計(jì)一能帶動(dòng)磁極壓板繞腰部圓弧中心轉(zhuǎn)動(dòng)的車胎,在小型數(shù)控臥車上采用一卡一定的工藝進(jìn)行腰部外圓圓弧加工。
2.2 定位裝置的設(shè)計(jì)[4]。根據(jù)磁極壓板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工藝流程,我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)采用了“一面二孔”的定位結(jié)構(gòu)[5],即使用磁極壓板已加工底平面和端部?jī)勺枘峥走M(jìn)行定位。首先考慮設(shè)置底胎(圖三中項(xiàng)一),將磁極壓板已加工下底面平放在底胎平面上,面面接觸后可以限制X、、三個(gè)方向自由度;在底胎上設(shè)計(jì)與磁極壓板端部阻尼孔配合的定位銷(圖三中項(xiàng)三,可以限制Y、Z方向自由度;定位銷(圖三中項(xiàng)三)與削邊銷(圖三中項(xiàng)四)配合可以限制方向自由度,從而實(shí)現(xiàn)了工件的六點(diǎn)定位(見(jiàn)圖二)定了工件在工裝內(nèi)的裝夾工位[1],確保了工件在加工時(shí)腰部圓弧位置尺寸的一致性。
2.3 夾緊裝置的設(shè)計(jì)。夾緊裝置的設(shè)計(jì)或選用是否正確、合理,直接影響到加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本及工人的勞動(dòng)強(qiáng)度等[5]。因此,夾緊裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)符合以下基本要求:①夾緊時(shí)不能破壞工件定位后獲得的正確位置[5]。②夾緊力大小要合適,既要保證工件在加工過(guò)程中不產(chǎn)生松動(dòng)、振動(dòng),又不能使工件產(chǎn)生過(guò)大的夾緊變形和表面損傷[5]。③夾緊裝置應(yīng)結(jié)構(gòu)緊湊,且操作方便、安全、省力[5]。
因磁極壓板偏心車胎為小型專用工裝,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,夾緊可靠[5],所以我們選擇了螺栓夾緊機(jī)構(gòu)。如圖三所示,我們?cè)诘滋ド霞庸こ鏊膫€(gè)M20-6H的螺紋通孔,通過(guò)四個(gè)壓緊螺栓(圖三中項(xiàng)二)的螺旋運(yùn)動(dòng)將工件壓緊。這樣既不會(huì)使工件移動(dòng)又不會(huì)使工件變形,且操作簡(jiǎn)單方便。2.4 偏心結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。根據(jù)磁極樣板的結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖一),腰部?jī)蓚?cè)R83.1圓弧的圓心高出底面10mm,構(gòu)成向內(nèi)偏心結(jié)構(gòu),故車胎設(shè)計(jì)時(shí)不能采用2件工件對(duì)稱裝卡的方式進(jìn)行加工,只能設(shè)計(jì)偏心車胎單件裝卡進(jìn)行加工。
因磁極壓板為小批量、重復(fù)生產(chǎn)形式,故安排在小型數(shù)控臥車上采用“一卡一定”工藝進(jìn)行加工。車胎設(shè)計(jì)時(shí)在兩端設(shè)計(jì)了兩段同軸心帶中心孔的圓柱形夾頭,滿足臥車“一卡一定”加工要求(見(jiàn)圖四)。根據(jù)磁極壓板的工藝性,選擇以已加工面底面為基準(zhǔn)面,故車胎設(shè)計(jì)一平面為基準(zhǔn)面支撐平面(見(jiàn)圖四)。根據(jù)磁極壓板部圓弧中心線向底部平面內(nèi)部偏離10mm的結(jié)構(gòu),故車胎設(shè)計(jì)基準(zhǔn)面支撐平面與兩端夾頭中心軸線間距為10mm,使磁極壓板腰部圓弧中心線與車胎兩端夾頭軸線重合,加工時(shí)只需對(duì)兩端夾頭進(jìn)行找正即可定位出腰部圓弧中心線。
2.5 基于SolidWorks三維仿真[3]設(shè)計(jì)軟件,對(duì)整個(gè)夾緊裝置系統(tǒng)重心(帶工件)與工裝回轉(zhuǎn)中心線同心的設(shè)計(jì):
2.5.1 根據(jù)前面的設(shè)計(jì)理念,我們對(duì)整個(gè)夾緊裝置系統(tǒng)用SolidWorks三維軟件進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì),發(fā)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)質(zhì)量重心在Z軸方向上與工裝回轉(zhuǎn)中心偏離-2.17mm,即整個(gè)系統(tǒng)下半部分質(zhì)量較大,具體見(jiàn)圖五所示。
2.5.2 此增安型同步電動(dòng)機(jī)磁極壓板為小批量產(chǎn)品,在小型數(shù)控臥車上采用“一卡一定”工藝進(jìn)行重復(fù)生產(chǎn)。如數(shù)控臥車在整個(gè)夾緊裝置系統(tǒng)重心(帶工件)與工裝回轉(zhuǎn)中心線不同心的情況下高速旋轉(zhuǎn)重復(fù)生產(chǎn),必將對(duì)設(shè)備造成損傷。再加上系統(tǒng)重心偏心產(chǎn)生不平衡的因素,在高速旋轉(zhuǎn)加工磁極壓板腰部圓弧時(shí)會(huì)產(chǎn)生顫動(dòng),將嚴(yán)重影響金加工面的粗糙度甚至產(chǎn)生顫紋,影響產(chǎn)品質(zhì)量,也會(huì)大大的降低刀具使用壽命。2.5.3 鑒于上述情況,必須在偏心車胎底面胎體部位進(jìn)行去重,即在胎體上增加多個(gè)在與工裝回轉(zhuǎn)中心線對(duì)稱的去重孔。在傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)軟件下,基本上不可能讓整個(gè)夾緊裝置系統(tǒng)重心(帶工件)與工裝回轉(zhuǎn)中心線同心,故我們借用SolidWorks三維仿真設(shè)計(jì)軟件,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真設(shè)計(jì),模擬系統(tǒng)的真實(shí)狀況,在不影響車胎底胎強(qiáng)度的情況下逐步增加去重光孔的數(shù)量及大小(具體見(jiàn)圖六),最終確定合適的光孔數(shù)量及尺寸以滿足了整個(gè)夾緊裝置系統(tǒng)重心(帶工件)與工裝回轉(zhuǎn)中心線同心的要求,具體見(jiàn)圖七。3 結(jié)束語(yǔ)
磁極壓板偏心車胎的設(shè)計(jì)優(yōu)劣是影響磁極壓板加工質(zhì)量的一個(gè)重要因素[1],其加工質(zhì)量的好壞,將直接影響磁極的絕緣性能及轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡質(zhì)量,從而影響電機(jī)性能。此磁極壓板偏心車胎加工的磁極壓板,尺寸穩(wěn)定[4],金加工面粗糙度合格,兩側(cè)圓弧對(duì)稱度合格,外形美觀[4],非常理想的滿足了磁極壓板的小批量生產(chǎn)要求。實(shí)踐證明:SolidWorks三維仿真設(shè)計(jì)技術(shù)在工裝夾具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用是成功的,具有較高的準(zhǔn)確性和前瞻性,是新技術(shù)應(yīng)用于工裝設(shè)計(jì)的成功事例[2]。在計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用軟件不斷發(fā)展的今天,大力推廣該技術(shù)在工裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用是非常必要的[2]。
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作者簡(jiǎn)介:
祁美強(qiáng)(1983-),男,四川達(dá)州人,助理工程師,大學(xué)本科,2007年畢業(yè)于西南大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化,主要從事發(fā)電機(jī)產(chǎn)品工藝工作。