1、第1章电机零部件的机械加工在整个电机制造过程中，金属切削加工占在整个电机制造过程中，金属切削加工占有很重要的位置。由于电机的一些主要零部有很重要的位置。由于电机的一些主要零部件件机座与定子、端盖、轴与转子的加工质机座与定子、端盖、轴与转子的加工质量，直接影响电机的电气性能和安装尺寸，而量，直接影响电机的电气性能和安装尺寸，而且金属切削加工的工时在电机制造的总工时中且金属切削加工的工时在电机制造的总工时中占有相当的比重，因此，采用更先进的工艺、占有相当的比重，因此，采用更先进的工艺、应用专用的工艺装备、提高机械化和自动化水应用专用的工艺装备、提高机械化和自动化水平、提高产品及其零部件的加工质量、
2、提高劳平、提高产品及其零部件的加工质量、提高劳动生产率、缩短生产周期、降低成本等，是电动生产率、缩短生产周期、降低成本等，是电机制造厂的机制造厂的经常性任务经常性任务。1.1电机制造中机械加工的一般知识1.1.11.1.1零件的互换性零件的互换性1.1.21.1.2尺寸公差的基本概念尺寸公差的基本概念1.1.31.1.3极限与配合极限与配合1.1.41.1.4形位公差形位公差1.1.51.1.5表面粗糙度表面粗糙度1.1.61.1.6尺寸链基本概念尺寸链基本概念1.1.1零件的互换性任何机器任何机器( (包括电机包括电机) )都是由一定数量的零件都是由一定数量的零件组成和装配起来的，除了一些特
3、殊的、专用的、组成和装配起来的，除了一些特殊的、专用的、大型的零件外，大部分零件都是成批地或大量大型的零件外，大部分零件都是成批地或大量地组织生产。这样生产出来的零件在装到部件地组织生产。这样生产出来的零件在装到部件或机器中去时，要求不经挑选和修配就能装上，或机器中去时，要求不经挑选和修配就能装上，并完全符合规定的技术要求。并完全符合规定的技术要求。零件的这种性质，零件的这种性质，称为具有互换性。称为具有互换性。1.1.2尺寸公差的基本概念图1-1公差配合的示意图1.1.3极限与配合图1-6基孔制和基轴制a)基孔制b)基轴制1.1.4形位公差图1-8形位公差的标注方法1.1.5表面粗糙度表1-
4、4Y系列三相异步电动机主要零件公差配合、表面粗糙度及形位公差1.1.6尺寸链基本概念任何机器任何机器(包括电机包括电机)都是由一定数量的零件组都是由一定数量的零件组成和装配起来的，除了一些特殊的、专用的、成和装配起来的，除了一些特殊的、专用的、大型的零件外，大部分零件都是成批地或大量大型的零件外，大部分零件都是成批地或大量地组织生产。这样生产出来的零件在装到部件地组织生产。这样生产出来的零件在装到部件或机器中去时，要求不经挑选和修配就能装上，或机器中去时，要求不经挑选和修配就能装上，并完全符合规定的技术要求。并完全符合规定的技术要求。零件的这种性质，零件的这种性质，称为具有互换性。称为具有互换
5、性。图1-9小轴的长度尺寸及尺寸链简图1.1.7电机的互换性在成套的机器设备中，电机常被作为一个附件在成套的机器设备中，电机常被作为一个附件(或部件或部件)来使用，因此同样要有互换性。来使用，因此同样要有互换性。电机电机互换性要求规定统一的安装尺寸及其公差。互换性要求规定统一的安装尺寸及其公差。不同的安装结构形式有不同的安装尺寸。小型不同的安装结构形式有不同的安装尺寸。小型异步电动机的基本安装结构形式如图异步电动机的基本安装结构形式如图1-10所示。所示。此外，在基本安装结构形式基础上，还有派生此外，在基本安装结构形式基础上，还有派生的安装结构形式。的安装结构形式。图1-10小型异步电动机的基
6、本安装结构形式1.2电机同轴度及其工艺措施1.2.11.2.1电机的气隙及其均匀度电机的气隙及其均匀度1.2.21.2.2气隙均匀度的影响因素气隙均匀度的影响因素1.2.31.2.3定子同轴度是保证气隙均匀度的关键定子同轴度是保证气隙均匀度的关键1.2.41.2.4保证定子同轴度的工艺方案保证定子同轴度的工艺方案1.2.1电机的气隙及其均匀度表1-5Y系列(IP44)电动机气隙长度(单位：mm)表1-6Y系列电动机的/值1.2.2气隙均匀度的影响因素图1-12异步电动机的剖视1机座2定子铁心3转子铁心4端盖5轴承内盖6轴承7轴8轴承外盖1.2.3定子同轴度是保证气隙均匀度的关键影响电机气隙均匀
7、度有以下五种形位公差：影响电机气隙均匀度有以下五种形位公差：J1定子铁心内圆对定子两端止口公共基定子铁心内圆对定子两端止口公共基准线的径向圆跳动；准线的径向圆跳动；J2转子铁心外圆对两端轴承挡公共基准转子铁心外圆对两端轴承挡公共基准轴线的径向圆跳动；轴线的径向圆跳动；J3端盖轴承孔对止口基准轴线的径向圆端盖轴承孔对止口基准轴线的径向圆跳动；跳动；J4滚动轴承内圈对外圈的径向圆跳动；滚动轴承内圈对外圈的径向圆跳动；Z1机座两端止口端面对两端面止口公机座两端止口端面对两端面止口公共基准轴线的端面圆跳动共基准轴线的端面圆跳动(即垂直度即垂直度)。1.2.3定子同轴度是保证气隙均匀度的关键以上五种形位
8、公差对电机气隙均匀度的影以上五种形位公差对电机气隙均匀度的影响程度是不同的，现分析如下：响程度是不同的，现分析如下：轴承是一种标准的精密零件，由专门的工轴承是一种标准的精密零件，由专门的工厂生产。尽管轴承合格品的保证值公差厂生产。尽管轴承合格品的保证值公差J4J4较小，但外购的轴承都能保证这个要求。较小，但外购的轴承都能保证这个要求。J2与与J3值在工艺上也是比较容易保证的值在工艺上也是比较容易保证的( (在在工艺上相应采取的措施在以后几节中分析工艺上相应采取的措施在以后几节中分析) )。1.2.3定子同轴度是保证气隙均匀度的关键图1-13对转子偏心的影响影响机座两端止口端面对两端止口公共基准
9、影响机座两端止口端面对两端止口公共基准轴线的端面圆跳动轴线的端面圆跳动Z1对于偏心对于偏心如图如图1-13所示。所示。1.2.4保证定子同轴度的工艺方案1)W方案方案定子铁心以其内圆为基准精车铁定子铁心以其内圆为基准精车铁心外圆，然后压入机座，不再进行任何补充的心外圆，然后压入机座，不再进行任何补充的机械加工，称为机械加工，称为“光外圆光外圆”方案。方案。2)Z方案方案定子铁心内外圆不进行机械加工，定子铁心内外圆不进行机械加工，压入机座以后，以铁心内圆为基准精车机座止压入机座以后，以铁心内圆为基准精车机座止口，称为口，称为“光止口光止口”方案。方案。3)L方案方案定子铁心内外圆不进行补充加工，
10、定子铁心内外圆不进行补充加工，压入机座后不再进行精加工止口，称为压入机座后不再进行精加工止口，称为“两不两不光光”方案。方案。1.3转轴和转子的加工1.3.1技术要求技术要求1.3.2结构要素选择结构要素选择1.3.3工艺和工艺方案分析工艺和工艺方案分析1.3.1技术要求1)转轴各主要表面的加工尺寸精度及表面粗糙转轴各主要表面的加工尺寸精度及表面粗糙度，其要求度，其要求见表1-4。2)转轴和转子的形位公差，以转轴和转子的形位公差，以Y180M4Y180M4为例有：为例有：转子外圆对两端轴承挡公共基准轴线的径转子外圆对两端轴承挡公共基准轴线的径向圆跳动向圆跳动(0.05mm)(0.05mm)；转
11、子轴伸外圆对两端轴承挡公共基准轴线转子轴伸外圆对两端轴承挡公共基准轴线的径向圆跳动的径向圆跳动(0.025mm)(0.025mm)；1.3.1技术要求图1-14轴和转子的典型结构转轴轴承挡的圆柱度转轴轴承挡的圆柱度(0.019mm)(0.019mm)；轴伸挡圆度轴伸挡圆度(0.008mm)(0.008mm)；键槽对称度键槽对称度(0.035mm)(0.035mm)。1.3.1技术要求表1-7常用转轴的力学性能与相对价格1.3.2结构要素选择1.中心孔中心孔2.退刀槽退刀槽3.键槽键槽4.倒角倒角1.中心孔图1-15转轴中心孔a)A型不带护锥b)B型带护锥轴和转子的加工工序，大都以轴和转子的加工
12、工序，大都以中心孔作为定位基准。中心孔的质量对工件加工精度。中心孔的质量对工件加工精度有直接的影响。常用中心孔有两种形式，有直接的影响。常用中心孔有两种形式，如图如图1-151-15所示。在电机轴中都采用所示。在电机轴中都采用B B型中心型中心孔，即带护锥中心孔。孔，即带护锥中心孔。1.中心孔表1-8中心孔尺寸(单位：mm)2.退刀槽图1-16退刀槽尺寸为了便于轴颈加工，使装配工艺可靠，应在台阶过渡处加工出退刀槽(或称砂轮越程槽)。3.键槽键和键槽尺寸按键和键槽尺寸按GB/T 10962003GB/T 10962003选取，表选取，表1-91-9列出了电机转轴采用的键和键槽尺寸。列出了电机转轴
13、采用的键和键槽尺寸。表1-9键和键槽尺寸(单位：mm)4.倒角表1-10倒角尺寸(单位：mm)为了保证装配工作容易和安全，一般在为了保证装配工作容易和安全，一般在车削加工结束前都需进行端面倒角，倒车削加工结束前都需进行端面倒角，倒角尺寸按角尺寸按JB/T 31982规定，规定，见表1-10。1.3.3工艺和工艺方案分析1.平端面和钻中心孔工序2.车削工序3.转轴加工工序卡片4.铣键槽和磨削工序各类电机轴的基本加工过程有平端面和钻中心孔、车削、铣键槽和磨削等工序(有关有关压轴、校平衡等工艺将在第压轴、校平衡等工艺将在第6章中分析章中分析)。1.平端面和钻中心孔工序图1-17中心钻由锯床锯成的毛坯
14、不能保证端面与轴线由锯床锯成的毛坯不能保证端面与轴线相垂直，对转轴全长精度也不易保证，相垂直，对转轴全长精度也不易保证，因此必须留有余量，然后在车床或有关因此必须留有余量，然后在车床或有关设备上平端面及钻中心孔。设备上平端面及钻中心孔。中心孔也称顶尖孔，是用作车削、磨，是用作车削、磨削等一系列工序的定位基准。因此，中削等一系列工序的定位基准。因此，中心孔在加工过程中自始至终应保持准确、心孔在加工过程中自始至终应保持准确、清洁，并保留在轴上。清洁，并保留在轴上。为了保证转轴各表面相互位置的精度，要求在各道为了保证转轴各表面相互位置的精度，要求在各道工序中采用统一的定位基准工序中采用统一的定位基准
15、中心孔，因此在车中心孔，因此在车削工序中，普遍采用双顶尖定位装夹。这种定位装削工序中，普遍采用双顶尖定位装夹。这种定位装夹方法夹方法如图如图1-22所示所示。在车床主轴上装有拨盘。在车床主轴上装有拨盘1 1，通过拨杆通过拨杆3 3带动鸡心夹头带动鸡心夹头2 2，鸡心夹头通过方头螺钉，鸡心夹头通过方头螺钉与工件连在一起，也可以不用拨杆，把直尾鸡心夹与工件连在一起，也可以不用拨杆，把直尾鸡心夹头改成弯展的，同样能达到目的。头改成弯展的，同样能达到目的。2.车削工序图1-22双顶尖定位装夹1拨盘2鸡心夹头3拨杆3.转轴加工工序卡片表1-12工序卡片4.铣键槽和磨削工序电机轴上的轴伸挡和两端轴电机轴上
16、的轴伸挡和两端轴承挡的精度与形位公差要求承挡的精度与形位公差要求都较高，都需要进行磨削加都较高，都需要进行磨削加工。对于小容量电机，由于工。对于小容量电机，由于轴较细，当轴压入铁心内时，轴较细，当轴压入铁心内时，极易产生变形极易产生变形( (压弯压弯) )，因此，因此磨削加工都在转轴套入铁心磨削加工都在转轴套入铁心后进行。当轴的直径较大时，后进行。当轴的直径较大时，上述工艺方法使劳动量大大上述工艺方法使劳动量大大增加，甚至一般外圆磨床都增加，甚至一般外圆磨床都无法使用。无法使用。图1-26键槽的尺寸链5.转子外圆加工工序图1-27旋转圆盘车刀结构1刀片2刀体3固定螺钉4压板5心轴6刀体座1.3
17、.4小型电机转轴加工自动化概要1)实现单机自动。2)实现自动流水生产线。图1-29转轴自动加工流水线示意图1.4端盖的加工1.4.1结构与技术要求1.4.2端盖加工工艺方案1.4.3端盖加工工艺方法分析1.4.4端盖加工工艺卡片1.4.1结构与技术要求1.端盖的各表面的加工尺寸精度及表面粗糙度端盖的各表面的加工尺寸精度及表面粗糙度2.端盖的形位公差端盖的形位公差1.端盖的各表面的加工尺寸精度及表面粗糙度其要求见表其要求见表1-4。图1-30小型电机端盖的典型结构2.端盖的形位公差1)止口平面对轴承室轴线的止口平面对轴承室轴线的端面圆跳动端面圆跳动(0.12mm)(0.12mm)。2)轴承室内圆
18、的圆度轴承室内圆的圆度(0.01m(0.01mm)m)。3)轴承室内径对止口基准轴轴承室内径对止口基准轴线的圆跳动线的圆跳动(0.04mm)(0.04mm)。4)轴承室内外侧面对轴承室轴承室内外侧面对轴承室轴线的端面圆跳动轴线的端面圆跳动(0.10mm)(0.10mm)。5)端盖固定孔对标称位置的端盖固定孔对标称位置的位置度位置度(0.80mm)(0.80mm)；轴承盖固；轴承盖固定孔位置度定孔位置度(0.80mm)(0.80mm)。图1-31端盖铸件图及加工余量1.4.2端盖加工工艺方案1)将端盖装夹于机床卡爪上，校准中心和端将端盖装夹于机床卡爪上，校准中心和端面。面。2)粗车轴承室、轴承室
19、的两端面、挡风板凸粗车轴承室、轴承室的两端面、挡风板凸台平面，粗车止口。台平面，粗车止口。3)稍微回松卡爪，精车止口和端面。稍微回松卡爪，精车止口和端面。4)精车轴承室。精车轴承室。5)钻孔和攻螺纹。钻孔和攻螺纹。端盖加工按照轴承室和止口加工时装夹次数的不同，端盖加工按照轴承室和止口加工时装夹次数的不同，可以分为以下两种加工方案。可以分为以下两种加工方案。第一种加工方案：轴承室和止口是在一次装夹中加第一种加工方案：轴承室和止口是在一次装夹中加工出来的。工出来的。工艺过程如下：工艺过程如下：1.4.3端盖加工工艺方法分析图1-32车轴承室外端面1拉紧螺杆2蝶形螺母3压板4止口胎5端盖6车刀两次装
20、夹的优点是夹持两次装夹的优点是夹持应力对精加工部位的变应力对精加工部位的变形影响小，夹持稳定可形影响小，夹持稳定可靠，切削速度可适当提靠，切削速度可适当提高；缺点是止口与轴承高；缺点是止口与轴承室不是一次装夹中来精室不是一次装夹中来精车，容易产生不同轴，车，容易产生不同轴，同时两次装夹导致辅助同时两次装夹导致辅助工时增多。工时增多。1.4.4端盖加工工艺卡片表1-13工艺卡片1.5机座的加工1.5.11.5.1结构与技术要求结构与技术要求1.5.21.5.2机座加工的工艺方案机座加工的工艺方案1.5.31.5.3机座加工方法分析机座加工方法分析1.5.41.5.4机座加工自动流水线机座加工自动
21、流水线1.5.51.5.5直流电机机座的加工特点直流电机机座的加工特点1.5.1结构与技术要求1)铁心挡内圆对两端止口公共基准线的径向圆铁心挡内圆对两端止口公共基准线的径向圆跳动跳动(0.12)(0.12)。2)机座止口两端面对两端止口公共基准轴线的机座止口两端面对两端止口公共基准轴线的端面圆跳动端面圆跳动(0.08)(0.08)。图1-34防护式电机机座结构图1-35封闭式电机机座结构3)机座止口圆周面机座止口圆周面的圆度的圆度(75(75公差公差带，其平均值仍在带，其平均值仍在公差带范围内公差带范围内) )。4)机座内圆铁心接机座内圆铁心接触面的圆度触面的圆度(75(75公公差带，其平均值
22、仍差带，其平均值仍在公差范围内在公差范围内) )。图1-36止口形式a)内止口b)外止口1机座2端盖5)底脚平面的平面度底脚平面的平面度(1000.04)(1000.04)。6)底脚平面与机座两端止口公共基准轴线的底脚平面与机座两端止口公共基准轴线的平行度平行度(1000.04)(1000.04)。图1-37机座底脚孔尺寸布置7)轴伸端左右底脚孔中轴伸端左右底脚孔中心连线对其止口平面的心连线对其止口平面的平行度平行度(1000.36)(1000.36)；一；一端左右底脚孔中心连线端左右底脚孔中心连线对另一端底脚孔中心连对另一端底脚孔中心连线的平行度线的平行度(1.05)(1.05)。8)两端各
23、一处端盖固定两端各一处端盖固定螺孔中心对其凸台中心螺孔中心对其凸台中心线的对称度线的对称度(1.0)(1.0)。1.5.2机座加工的工艺方案1)先加工底脚平面，再以底脚平面为基准加工先加工底脚平面，再以底脚平面为基准加工止口和铁心挡内圆。止口和铁心挡内圆。2)先加工完机座止口和铁心挡内圆，再以止口先加工完机座止口和铁心挡内圆，再以止口或内圆定位加工底脚平面。或内圆定位加工底脚平面。图1-38以底脚平面定位加工止口内圆1.5.3机座加工方法分析1. 1.底脚平面加工底脚平面加工2. 2.止口和铁心挡内圆的加工止口和铁心挡内圆的加工3. 3.各种固定孔的加工各种固定孔的加工4. 4.定子止口精车定
24、子止口精车1.底脚平面加工图1-39机座底脚刨削加工2.止口和铁心挡内圆的加工图1-44在立式车床上装夹机座3.各种固定孔的加工图1-48快换钻夹头结构4.定子止口精车图1-49精车止口夹具的典型结构1螺母2胀套3心轴4、5防护罩1.5.4机座加工自动流水线图1-50机座加工自动流水线示意图1.5.5直流电机机座的加工特点1.钢板焊接机座的加工特点钢板焊接机座的加工特点2.分半机座的加工特点分半机座的加工特点1.钢板焊接机座的加工特点1)内圆和外圆都经过车光，外表美观，而底脚内圆和外圆都经过车光，外表美观，而底脚是在车加工后焊上去。是在车加工后焊上去。2)为保证电机的磁路对称，主磁极铁心与换向
25、为保证电机的磁路对称，主磁极铁心与换向极铁心沿圆周的分布要求均匀，这就要求磁极极铁心沿圆周的分布要求均匀，这就要求磁极孔的位置要很准确。孔的位置要很准确。图1-51整体焊接机座图1-52分半机座3)由于机座是用钢由于机座是用钢板弯成圆形再焊接板弯成圆形再焊接的，焊缝的导磁性的，焊缝的导磁性能与钢板是有差异能与钢板是有差异的，因此，机座的的，因此，机座的焊缝位置安排要防焊缝位置安排要防止引起主磁极磁路止引起主磁极磁路的不对称。的不对称。2.分半机座的加工特点1)划上、下两半机座的并合面线。划上、下两半机座的并合面线。2)镗镗(或车或车)上，下两半机座的并合面。上，下两半机座的并合面。3)划上半机
26、座每边并合面上的螺钉孔及销钉划上半机座每边并合面上的螺钉孔及销钉孔线。孔线。4)钻上半机座每边并合面螺孔及销钉孔的预钻上半机座每边并合面螺孔及销钉孔的预孔，并用上半机座配钻下半机座每边并合面孔，并用上半机座配钻下半机座每边并合面螺孔的预孔及销钉孔的预孔。螺孔的预孔及销钉孔的预孔。5)装配，并合上、下两半机座用螺栓固紧。装配，并合上、下两半机座用螺栓固紧。分半机座的并合面位置要着重考虑安装和维分半机座的并合面位置要着重考虑安装和维修的方便，通常将并合面设计在水平直线以修的方便，通常将并合面设计在水平直线以上略高处。其加工工艺过程如下：上略高处。其加工工艺过程如下：6)划校正线，将机壳卧放，且使并
27、合面垂直于划校正线，将机壳卧放，且使并合面垂直于划线平台，沿外圆和两端面划垂直于并合面的划线平台，沿外圆和两端面划垂直于并合面的线；再将机壳立放，且使并合面垂直于划线平线；再将机壳立放，且使并合面垂直于划线平台，沿外面划磁极孔的平分线。台，沿外面划磁极孔的平分线。7)车，在立式车床上车两端面、内圆及止口。车，在立式车床上车两端面、内圆及止口。8)划底脚平面线和侧面线。划底脚平面线和侧面线。 9)镗底脚平面和侧面。镗底脚平面和侧面。10)划磁极孔线及底脚螺孔线。划磁极孔线及底脚螺孔线。11)镗工序孔镗工序孔(即第即第10)道工序的孔。道工序的孔。12)钻每个端面孔的预孔并攻螺纹。钻每个端面孔的预
28、孔并攻螺纹。由以上工艺过程可以看出，直流电机分半机座由以上工艺过程可以看出，直流电机分半机座的划线次数较多，几乎全都依靠划线进行机械的划线次数较多，几乎全都依靠划线进行机械加工，对划线质量要求较高，为严格控制并合加工，对划线质量要求较高，为严格控制并合面的加工，在距并合面加工线面的加工，在距并合面加工线5mm处还应划出处还应划出一条检查线。当并合面加工线被镗掉或车掉以一条检查线。当并合面加工线被镗掉或车掉以后，依靠检查线能及时检查并合面的位置。加后，依靠检查线能及时检查并合面的位置。加工并合面时，必须确实保证并合面与检查线之工并合面时，必须确实保证并合面与检查线之间的距离为间的距离为5mm。分
29、半机座的加工特点如下：分半机座的加工特点如下：1)首先加工并合面，使上、下两个坯件组成完首先加工并合面，使上、下两个坯件组成完整的机壳，以便后续工序加工。整的机壳，以便后续工序加工。2)为减少磁路的不对称，并合面要平整，接缝为减少磁路的不对称，并合面要平整，接缝要紧密。要紧密。3)为使分半机座加工时不错位及以后拆装方便，为使分半机座加工时不错位及以后拆装方便，并合面处以销钉定位。并合面处以销钉定位。4)加工端面、内圆、止口或底脚平面时，不能加工端面、内圆、止口或底脚平面时，不能使用内圆胀胎，只能采用外圆装夹。使用内圆胀胎，只能采用外圆装夹。 5)与整体机座相比，分半机座的刚度较差。与整体机座相比，分半机座的刚度较差。6)加工工时较多。加工工时较多。1.6电机制造工艺对电机质量的影响电机制造当中工艺波动因素往往对电机的质量电机制造当中工艺波动因素往往对电机的质量影响很大，影响很大，一方面影响电机运行性能，另一方一方面影响电机运行性能，另一方面影响电机的装配质量面影响电机的装配质量。电机制造工艺对电机。电机制造工艺对电机性能指标影响比较复杂性能指标影响比较复杂,常常电机的一项性能指常常电机的一项性能指标与几种工艺波动因素有关联，对于不同种类标与几种工艺波动因素有关联，对于不同种类的电机又各有其不同的特点，必须根据具体情的电机又各有其不同的特点，必须根据具体情况进行分析。况进行分析。
