一种电机及其薄壁机座的制作方法和防变形装夹装置与流程

本发明涉及牵引电机制造技术领域，特别涉及一种电机及其薄壁机座的制作方法和防变形装夹装置。

背景技术：

轨道牵引电机逐步向高精度、新结构方向发展，机座是电机最重要的部件，机座的质量尤其是两端止口的同轴度，直接影响电机定转子的气隙。轨道牵引电机座有整体铸造式薄壁结构机座、内外水套式水冷结构机座、焊接拼装式机座等形式，目前对铸造式薄壁结构、水冷式薄壁结构机座需要较多。

球墨铸铁薄壁机座结构为整体铸造式，其结构特点是壁薄，材料可修补性差，精度要求较高，机座变形严重，防止机座止口变形是该类型机座制作方法难点。因此解决薄壁机座变形是工程技术人员需要攻克的难点。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种防变形装夹装置，。

本发明还提供了一种应用上述防变形装夹装置的薄壁机座制作方法。

本发明还提供了一种应用上述薄壁机座制作方法的电机。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种防变形装夹装置，其特征在于，包括：

用于跟薄壁机座同心装配的止口定位模；

压紧机构，所述压紧机构能够沿所述薄壁机座轴向压紧其内腔的加强筋，所述压紧机构能够固定连接于所述止口定位模。

优选的，所述压紧机构的数量为多个，沿所述薄壁机座的径面圆周方向均匀分布。

优选的，所述压紧机构包括支撑件、固定压板和锁紧件；

所述支撑件用于支撑所述加强筋靠近所述薄壁机座止口端的外端面；

所述固定压板用于压紧在所述加强筋远离所述薄壁机座止口端的内端面；

所述锁紧件能够将所述固定压板压紧在所述加强筋的内端面，并支撑所述固定压板的外端面。

优选的，所述支撑件和/或所述锁紧件高度可调节设置于所述止口定位模。

优选的，所述锁紧件包括固定螺杆和安装在其上的锁紧螺母和支撑螺母；

所述固定螺杆的一端固定连接于所述止口定位模，另一端穿过所述固定压板上的装配孔；

所述锁紧螺母压紧在所述固定压板的内端面，所述支撑螺母压紧在所述固定压板的外端面。

优选的，所述止口定位模与所述薄壁机座的止口间隙配合。

一种薄壁机座制作方法，其特征在于，在精加工时采用上述的防变形装夹装置装夹所述薄壁机座。

优选的，在粗加工后，还对所述薄壁机座实施去应力退火工艺。

优选的，在精车切削时综合考虑减小切削力和缩短加工时间选择加工参数。

一种电机，包括机座，所述机座采用上述的方法制作。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的防变形装夹装置，利用机座内腔的固有结构-加强筋，压紧机构沿轴向施加作用力，整个过程中机座不承受径向力，避免引起机座变形，特别适用但不限于薄壁机座的精加工步骤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的防变形装夹装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一组球墨铸铁薄壁机座去应力退火参数。

其中，1为止口定位模，2为支撑螺钉，3为固定压板，4为锁紧螺母，5为支撑螺母，6为固定螺杆6，7为薄壁机座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

现有机座的加工装夹方式，主要靠径向力夹紧，压紧力分布不均，因此会在装夹的同时引起机座的变形(如圆度)，形位公差难以控制。

本发明实施例提供的防变形装夹装置，其核心改进点在于，包括：

用于跟薄壁机座7同心装配的止口定位模1，其结构可以参照图1所示；其作用为定圆心，机座的中心与机床的回转中心线相统一，保证圆心在φ0.01以内，同时可以保证两端止口的同轴度的要求；

压紧机构，该压紧机构能够沿薄壁机座7轴向压紧其内腔的加强筋，压紧机构能够固定连接于止口定位模1；加强筋为机座的固有结构。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的防变形装夹装置，利用薄壁机座7内腔的固有结构-加强筋，压紧机构沿轴向施加作用力，整个过程中机座不承受径向力，避免引起机座变形，特别适用但不限于薄壁机座的精加工步骤。

加强筋通常为机座内腔在同一径面朝向圆心延伸的环形结构。为了进一步优化上述的技术方案，压紧机构的数量为多个，沿薄壁机座7的径面圆周方向均匀分布，保证装夹力均匀分布，从而避免机座变形。作为优选，压紧机构的数量为偶数个，沿薄壁机座7的径面圆周方向均匀分布，实现了压紧机构的间隔180°成对设置，防变形效果更好。具体的，压紧机构的数量可以为四个或者六个，牢靠装夹的同时结构不至于太复杂。

作为优选，压紧机构包括支撑件、固定压板3和锁紧件；

其中，支撑件用于支撑加强筋靠近薄壁机座7止口端的外端面；其结构可以参照图1所示，薄壁机座7的止口端即其底部与止口定位模1配合的开口端，加强筋的外端面即图中其下端面；该支撑件的作用是支撑机座的压紧位置(即前述加强筋)，使得压紧作用点在实体位置，而不是悬空位置，不会因压紧力导致薄壁机座7变形；

固定压板3用于压紧在加强筋远离薄壁机座7止口端的内端面；加强筋的内端面即图中其上端面；该固定压板3的作用是压紧，保证机座在加工过程中不会产生相对移动，实现顶哪压哪；

锁紧件能够将固定压板3压紧在加强筋的内端面，并支撑固定压板3靠近薄壁机座7止口端的外端面；固定压板3的外端面即图中其下端面；锁紧件的作用是固定压紧，与固定压板3一起，保证机座在加工过程中不会产生相对移动，并在下面起到支撑压板的作用，实现顶哪压哪，使得固定压板3与机座压紧作用面(即前述加强筋)平行，固定压板3与加强筋是面接触而不是线接触。具体的，支撑件和锁紧件设置在薄壁机座7的同一半径上，以优化夹紧力，更好避免变形。

为了进一步优化上述的技术方案，支撑件和/或锁紧件高度可调节设置于止口定位模1，即它们与加强筋和固定压板3的作用部位与止口定位模1之间的距离能够调节，其结构可以参照图1所示。这样一来，就可以根据机座铸件特征上下调节支撑件和/或锁紧件的高度，保证它们与加强筋和固定压板3的有效支撑和压紧作用，使得压板与机座压紧作用面(即前述加强筋)平行，固定压板3与加强筋是面接触而不是线接触。作为优选，支撑件螺纹连接于止口定位模1；具体的，支撑件为支撑螺母2可以无级调节高度。当然，上述高度可调节还能够通过型面配合等方式实现，在此不再赘述。

在本方案提供的具体实施例中，锁紧件包括固定螺杆6和安装在其上的锁紧螺母4和支撑螺母5，其结构可以参照图1所示；

其中，固定螺杆6的一端螺纹连接于止口定位模1，另一端穿过固定压板3上的装配孔；固定螺杆6的作用：与锁紧螺母4、支撑螺母5和压板一起固定机座；固定螺杆6采用全螺纹结构，可以调节高低；

锁紧螺母4压紧在固定压板3远离薄壁机座7止口端的的内端面，支撑螺母5压紧在固定压板3的外端面；固定压板3的内端面即图中其上端面；锁紧螺母4和支撑螺母5的作用是固定压紧，与压板一起，保证机座在加工过程中不会产生相对移动，支撑螺母2在下面起到支撑压板的作用，支撑螺母2可以调节高度，使得固定压板3与机座压紧作用面(即前述加强筋)平行，固定压板3与加强筋是面接触而不是线接触。通过此结构做到顶压位置一致，避免悬空压紧，导致机座因压紧力引起变形。当然，锁紧件的结构并不仅仅局限于此，还可以采用卡扣等方式实现其功能。

可以理解的是，当压紧机构的数量为多个时，以上其具体组成结构是针对于单个压紧机构而言的。

作为优选，止口定位模1具有用于同薄壁机座7止口间隙配合的止口结构，使得受力均匀，避免机座变形。其结构可以参照图1所示，具体的，该止口模与机座止口通过小间隙配合，间隙为0-φ0.02。

下面结合具体实施例对本方案做进一步介绍：

精加工时设计合理的装夹装置，在薄壁机座7内腔处均匀分布多个支撑件和固定压板，做到顶压位置一致，避免悬空压紧，导致机座因压紧力引起变形，装夹装置优化示意见图1。

该薄壁机座精加工专用防变形装置(即前述的防变形装夹装置)主要由几下几部分组成：止口定位模1、支撑螺钉2、固定压板3、锁紧螺母4、支撑螺母5及固定螺杆6，其中7为薄壁机座。

该止口定位模1的作用是：定圆心，机座的中心与机床的回转中心线相统一，保证圆心在φ0.01以内，同时可以保证两端止口的同轴度的要求。该止口模与机座止口通过小间隙配合，间隙为0-φ0.02。

该支撑螺钉2的作用是：支撑机座的压紧位置(即其加强筋)，使得压紧作用点在实体位置，而不是悬空位置，不会因压紧力导致薄壁机座变形，同时支撑螺钉2均匀分布在机座的内部压紧位置，圆周方向共四处(或六处，具体数量在此并不做限定)，实现顶哪压哪，压紧力均匀分布。支撑螺钉可以根据机座铸件特征上下调节高度。

固定压板3的作用是：压紧作用，保证机座在加工过程中不会产生相对移动。压板与支撑钉2成对分布，圆周方向共四处(也可为六处，具体数量在此并不做限定)，实现顶哪压哪，压紧力均匀分布。

锁紧螺母4、支撑螺母5的作用是：固定压紧作用，与压板一起，保证机座在加工过程中不会产生相对移动，支撑螺母在下面起到支撑压板的作用，支撑螺母可以调节高度，使得压板与机座压紧作用面(即其加强筋)平行，压板与机座是面接触而不是线接触。

固定螺杆6的作用：与螺母、压板一起固定机座的作用，固定螺杆6采用全螺纹结构，可以调节高低。

本发明实施例提供的防变形装夹装置，保证装夹力均匀分布，并实现顶哪压哪，整个精加工过程中机座部不承受径向力

本发明实施例还提供了一种薄壁机座制作方法，其核心改进点在于，在精加工时采用上述的防变形装夹装置装夹薄壁机座7，整个精加工过程中机座不承受径向力，避免引起机座变形；通过优化装夹方式，实现薄壁机座精加工时，支撑点与压力点一致，并且装夹力均匀对称分布，避免装夹力不均引起机座变形。

球墨铸铁机座结构为整体铸造式，机座内部存在较大的铸造内应力和加工残余应力，易变性，采用常规的加工工艺，机座内径、止口圆度在0.5mm以上，两端止口同轴度在0.15mm左右，难以满足设计的要求。

有鉴于此，在粗加工后，还对薄壁机座7实施去应力退火工艺。通过增加去应力退火工艺，解决铸件铸造内应力和机械加工残余应力的问题，通过消除引起薄壁机座变形的内应力出发实现机座高精度的形位公差的要求。

具体通过下面的加工工艺进行保证，首先将铸件进行高温石墨化处理，要求球化率达到≥90％，石墨化等级7级；并对铸件内部进行超声波探伤检测和机械性能检测，均满足设计要求后进行铸件粗加工。粗加工时保证所有精加工位置保留2mm精加工余量，粗加工完成后，实施去应力退火工艺。此去应力退火工艺不仅消除铸件内应力，而且消除粗加工带来的残余应力。因此对退火工艺进行严格的要求，不仅规定了退火温度和保温时间，重点对升温速度、降温速度、随炉冷却温度进行规定如下：

1.升温速度：100-120℃/h；2.退火温度550-630℃(优选为580℃)；3.保温时间不小于4小时(优选为不小于5小时，越长越好)；4.随炉冷却最低温度200℃；5.冷却速度40-80℃/h(优选为60℃/h)；6.空冷温度：200℃。

该工艺参数对于同样材质不同结构机座同样适用，去应力效果明显。对于该球墨铸铁整体铸造式薄壁机座去应力退火工艺参数见图2。

采用常规的切削参数加工薄壁机座时存在“让刀”现象，加工出的机座变形较大，不能满足要求。

针对性的，本发明实施例提供的薄壁机座制作方法，在精车切削时综合考虑减小切削力和缩短加工时间选择加工参数。通过优化精加工时的切削参数，降低径向切削力的方法，避免切削力过大引起机座变形；同时兼顾效率。

作为优选，采用综合参考系数k＝fp*t来选择加工参数，其中fp为径向切削力的大小，t为加工时间的长短。在综合参考系数k的数值为理论最小或者多个方案(考虑实际情况)中较小的情况下，即为适宜的可选加工参数。

进一步的，在径向切削力fp足够小到临界值时，已经能够避免机座变形，此时再降低只能无谓增加延长加工时间，效率就会降低，显然是徒劳的。因此，在本制作方法中，在精车切削时根据前述切削力临界值选择加工参数。本领域技术人员能够根据实际情况得到该临界值，在此不再赘述。

具体的，从降低径向切削力方面思考，优化精加工时的切削参数根据工件材料、刀具材料，按照《机械加工工艺手册》推荐的精车切削参数进行选择设计，并根据车削时径向切削力fp＝2383ap^0.9f^0.6vc^-0.3kp公式，对于薄壁件采用较小的径向切削力，对切削参数进行优化验证，得出适合内径为φ500左右，壁厚在8-12mm结构的薄壁机座精加工参数为vc:60～75m/min，f:0.1mm/r，ap:0.05～0.15mm。

本发明的设计思路是：从影响球墨铸铁整体式铸造机座形位公差变形的因素进行思考，通过降低铸件内应力、减少装夹力、径向切削力等方面实施相应的工艺措施，制定详细的去应力退火工艺，设计机座精加工防止变形专用工装，严格控制装夹力，保证装夹力均匀分布，从降低径向切削力方面入手，优化切削三要素，摸索出适合薄壁机座精加工的切削参数，最终保证止口圆度、形位公差的要求，加工出满足设计参数要求的机座。

本发明实施例还提供了一种电机，包括机座，其核心改进点在于，机座采用上述的方法制作。

综上所述，本发明实施例公开了一种电机及其薄壁机座的制作方法和防变形装夹装置，主要通过增加去应力退火工艺，解决铸件铸造内应力和机械加工残余应力；通过优化装夹方式，实现薄壁机座精加工时，支撑点与压力点一致，并且装夹力均匀对称分布，避免装夹力不均引起机座变形；通过优化精加工时的切削参数，降低径向切削力的方法，避免切削力过大引起机座变形，通过以上三项优化措施，最终保证球墨铸铁机座止口圆度φ0.03，止口同轴度在φ0.05以内高精度要求。本方案解决了球墨铸铁薄壁机座加工变形的难题，实现薄壁机座高精度尺寸及形位公差要求，提高加工效率，大大提高产品合格率，本发明可以推广到球墨铸铁件其他结构机座的制作中。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。