QFRW15-2无刷励磁发电机转子机加工艺及工艺装备研究

摘 要:发电机转子是发电机的核心部件,结构复杂,精度要求高,其机加工艺的优劣直接影响发电机转子加工质量,进而影响发电机的性能。分析转子结构特点,结合设备加工能力,制定出优化的机工工艺和专业的工艺装备,制造出高质量的发电机转子。

关键词:发电机转子机加工艺工艺装备

中图分类号:TP31文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)07(a)-0045-02

引言

发电机“扫膛”(运行时发电机转子与定子间发生刮蹭的现象)、抱瓦、温升过高、震动、噪声甚至断轴等,一直是发电机制造的难题。这一问题的关键所在,就是发电机转子的加工是否达到机加工艺的技术要求。本文通过对QFRW15-2无刷励磁发电机转子结构分析,给出了确保发电机转子符合技术要求机械加工工艺,以及科学合理的机加工艺装备,为制造高可靠性、高稳定性发电机提供了技术保障。

1 QFRW15-2型无刷励磁发电机转子工艺性分析

1.1 结构工艺分析

如图1所示。

QFRW15-2无刷励磁发电机转子(结构简图如图1所示)长5822mm;轴承档直径200mm,长240mm,轴承档跨距4390mm,轴承档关于本体对称;本体直径mm,本体长2830mm;本体一端为励磁机端(简称励端),另一端为汽轮机端(简称汽端),励端轴伸1550mm,汽端轴伸1104mm;汽端与发电机的原动力——汽轮机联接,励端安装发电机本身的励磁机,且励端转子中空,内孔直径mm,内孔深2120mm。结构特殊,是典型的柔性轴——长颈比大且刚性差的轴,且本体重量大,旋转惯性矩大。

1.2 转子加工工艺分析

转子共有12个机械加工表面,其中,本体与两轴承档有同轴度要求,表面粗糙度分别为Ra3.2和Ra0.63,同轴度小于0.05;两轴承档同轴度小于0.02,现分述如下:

(1)两轴承档直径为mm,表面粗糙度为Ra0.63,圆度0.01,直线度0.015。

(2)汽端与汽轮机联接部锥形轴头锥度为1∶10,表面粗糙度为Ra0.8,与两轴承挡中心线跳动0.02。

(3)励磁机转子轴,表面粗糙度为Ra1.6,与两轴承挡中心线跳动0.02。

1.3 转子主要技术条件分析及技术关键问题

从发电机转子各加工表面之间关系及整体特征来分析:关键表面有位置精度要求,表面质量要求较高;汽端锥形轴端,不能直接装夹;励端精加工时内部安装导线,不能直接用顶尖定位,整体结构特殊,是典型细长轴,且本体重量大、转动惯性矩大,加工外圆时容易崩刀,造成形位误差。结合以上分析,发电机转子的技术关键问题是如何装夹、定位,为解决装夹定位问题,提出工艺卡头、弹性顶尖的概念;针对崩刀,采用机械式静压中心架,作为辅助支撑;发电机转子在单件小批量生产条件下,采用数控车磨组合机床,是较好的选择,避免了转序带来的精度误差。

2 机械加工工艺规程设计

2.1 基准的选择

基准选择是工艺规程设计中的重要工作之一,基准选择得正确合理,可以使加工质量得到保证,生产率得到提高。否则,加工过程中会问题百出,甚至造成零件报废,使生产无法正常进行。

(1)粗基准的选择

对于一般轴类零件而言,按照粗基准的选择原则。选取发电机转子外圆作为粗基准,粗加工转子外圆、各部端面;加工励端轴心深孔时,以按照互为基准原则,选择外圆为基准。综合上述分析及生产实际制定如下工艺规程:

工序10锻造;

工序20热处理;

工序30钻中心孔,选用工作台回转直径1800mm,长8000mm的车磨复合机床机床型号,以机床卡盘夹汽端工艺夹头,用中心架支励端,车端面,钻中心孔;

工序40粗车外圆,粗车外圆各部及端面,留余量10mm;本体到尺寸留余量10mm;

工序50深孔加工,以外圆为基准,加工励端导线孔;

工序60车中心孔,以机床卡盘夹汽端,用中心架支励端,用百分表找正,车中心孔;

工序70车外圆,以机床卡盘夹汽端工艺夹头,用顶尖顶励端锥面中心孔,车外圆各部留余量2mm,车精基准汽端外圆Φ278mm,夹励端,支汽端,以百分表找正,车精基准励端外圆Φ278mm;

工序80 磨外圆,用车磨床磨头,磨励端外圆Φ278mm至尺寸mm,以机床卡盘夹汽端,磨汽端外圆Φ278mm至尺寸 mm;

工序90检验;

工序100划线;

工序110铣转子嵌线槽,机床选择落地铣镗床,先铣花鼓(端环的支撑结构)工艺孔6-Φ25mm深50,以专门工装夹紧轴颈Φ278mm处,按线对刀找正,铣各嵌线槽,铣花鼓口,去除毛刺;

转子粗加工结束,转入非机加工序,转子线圈下线;热装转子端环。

转子的精加工,转子精加工选择外圆Φ278mm为精基准,机床卡盘夹紧工艺夹头,机械式静压中心架支撑励端轴颈Φ278mm,Ra1.6处,顶尖采用弹性顶尖,既起到定位的作用,又能够保护转子线圈引线,最关键的是在加工过程中,它能够吸收转子在惯性矩作用下向机床尾部方向产能的微小位移,从根源上减少了长轴径向变形,保证加工精度。

如图2所示。

工序120精车转子本体,至尺寸、表面质量要求;精车轴承档各部至尺寸,留余量0.3mm;精车励端励磁机轴各部至尺寸,留余量0.3mm;车汽端锥形轴头至尺寸,留余量0.3mm;

工序130 磨轴承档外圆至尺寸;磨励端励磁机轴颈至尺寸;磨锥形轴头至尺寸;

工序140 车汽端锥形轴头螺纹M130×4-6h;

工序150各边按要求倒角、去毛刺;

工序160 检验;

工序170铣锥形轴头键槽至尺寸,铣励磁机轴键槽至尺寸;

工序180 检验

工序190 去工艺夹头,去毛刺;

工序200 入库。

3工艺装备

科学合理的工艺设计是机械加工的先决条件,但是专业适用的工艺装备也是保证加工质量的必要因素,弹性顶尖(结构示意图见图3)、机械式静压中心架的应用,就是保证该型号部件加工质量的必要工艺装备。首先,顶尖是大多数轴类零件加工必要机床部件,但因为QFRW15-2型无刷励磁发电机转子结构的特殊性,顶尖不能直接作用于转子中心孔;转子本身是柔性轴,不能用刚性顶尖,弹性顶尖的应用恰到好处的解决了上述矛盾。其次,中心架的应用起到辅助支撑的作用,避免了柔性转子加工过程中出现“崩刀”,最终导致转子加工异形——中间粗两端细,选择机械式静压中心架,虽然调整起来不如液压式的方便,但可以保证稳定性,进而保证加工精度。

4 结语

本文通过对QFRW15-2型无刷励磁发电机常见故障分析入手,总结出问题的关键在于转子加工质量,从而认真分析转子结构特点、功能特性,制定科学合理的机加工艺,并配备专业的工装夹具。制造出符合技术要求、工况要求的发电机转子,最终解决了实际生产中的问题,为制造出高品质的产品取得技术性突破。但随着科技的进步,机械制造能力的提高,新工艺与新技术的开发,将制造出更高质量的产品服务生产,创造价值。

参考文献

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