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Ral．6降低到Ra0．4，换向器外圆表面对电枢轴心线径向的跳动由O．01mm降低到O．002ram。本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剐性，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KΠoop硬度8000～12000，维氏硬度HVl0000。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O°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～O．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O．02～O．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O.05ram，使用人工合成聚晶金钢石刀片时，进刀深度至少为O．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O。08～O．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。

4．1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)。

4．2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大。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。

4.3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。

4。4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。一般是在车削过程中，换向片发生微小位移。在这种情况下，电枢转动时，翘高的换向片通过电刷，增加了电机运转时的噪声(见图11)。

换向片松动的原因是，换向片铜材太薄，车削后刚性不够；换向片的嵌塑设计不合理；嵌住换向片的酚醛塑料固化不当;熔接漆包线时，换向器过热。这可通过换向器的合理設计、调整嵌塑及点焊工艺参数解决。