微特电机论文：提高换向器表面加工质量的方法
2010年4月29日
在直流永磁电机、单相串激电机中，换向器是主要的零部件，对电机质量的影响很大。
为了降低电机的噪声，得到理想的换向效果，提高碳刷乃至整个电机的寿命。换向器表面加工的质量一直是电机制造厂家十分重视的指标之一。
常规的换向器表面加工粗糙度指标为，R=1.6～0. 8μm。片间跳动E≤0.003mm。由于指标要求较高，一般情况下很难保证。因此提高换向器表面加工的质量，保证达到加工精度要求，便成为亟须探讨的一个问题。
2换向器车削机
通常对换向器的表面加工，采用车削的方法加以完成。作为传统的车削加工，已有成熟的加工工艺，也有的在用机床车削换向器时，提出用改造机床精度、合理选择刀具几何参数、选用适当的切削速度等方法提高换向器表面质量a 3。
目前，由于专业化程度的提高，国外先进技术和设备的引入，国内厂家的仿制等，在电机制造行业中，已大量采用专用的换向器车削机。由于机床结构的改变，原先影响加工质量的原因已不相同，故有必要对车削机作一介绍。
虽然换向器车削机有多种规格型号，工位自动方式的不同，但其基本结构原理完全相同，如图1所示。
工作过程为，在V形支架上放上待加工电枢。由电机带动驱动皮带转动，而后将皮带靠近电枢，使皮带与电枢外圆产生压力摩擦实现转动。刀具的运行与传统方式不同，它的纵横向进刀是由二个配合的气缸（或伺服电机）驱动完成。
对车削机的主要要求有，机床的振动因素应该得到控制和消除，使振动降低到最小。V形支架要保证安装的同心度，两滑面坚固光滑，有定时加油润滑系统。驱动皮带轮与电枢外圆的磨擦应平行。驱动电机及走刀速度调节方便等。
同时工艺规定，当电枢放在V形支架上时，其支承面应在电机轴承安装的相同基准位置上。这样加工出来的电枢安装到电机上 的不圆面，如实测图2所示。
3车刀
即使在普通工件上车削，车刀的合理选用同样是保证加工精度和提高效益的重要环节。在换向器车削机上采用的是超硬材料切削车刀——天然金刚石或人造金刚石车刀，具有高耐磨和超硬性能，能长期保持锋利的刀刃。被加工零件的尺寸、精度稳定性好，加工表面粗糙度等级高，被国外称为 “21世纪刀具”，但也因为硬度太高，当调试不当，或换向器本身质量不佳，在车削过程中出现甩片时，极易导致车刀崩角，造成车刀报废。
合理调整切削角度、切削量、切削速度，对刀具的寿命和切削都有重大意义。列出某一全自动生产线上的实用工艺参数，以供参考。
换器器宜径：22. 64mm
粗车速度： 350r/min
走刀量：． 0. 12mm/r
精车速度： 350r/min
走刀量： 0. 05m m/r
4电枢轴
由于支承状况的改变，轴的关键性更显突出。影响换向器加工质量主要是轴的圆度和直线度。
电枢轴均经过磨削加工，应该有良好的圆度，但通过精密的测量，其结果是所有的轴都有棱角，理想的圆度只能接近，而无法达到。
由于磨削所带来的不圆度往往有对角直径不变现象，因此很难用于分足测量。而一般厂家又较少配置圆度仪。直接的后果是，当这样的轴在V形支承内转动时，其轴心也随之变动，加工出的换向器也形成一个基本相似。
另一个重要因素是轴的直线度。影响轴的直线度的有铣削、车削和压制叠片等。
当一根弯曲变形的电枢轴在V形支架上旋转时，由于弯轴的特殊性，与上述又有不同，参见图3。因为换向器中心点B与轴支承面中心点A非常接近，可以假设有相同的旋转轨迹，那么换向器的C点必须沿一扩大了的轨迹运转。这运转轨迹随换向器的切削长度和轴的弯曲程度而改变，致使车削得到的将是一个非圆形的换向器。
可见，在电枢轴的生产上应明确规定不圆度和直线度的公差，并在工艺上加以保证，在车削前就应对其进行检查并校正。
5电枢平衡
电眍的不平衡是影响电机质量的主要因素，同样影响到对换向器的车削加工。
电枢轴的弯曲变形，压制叠片时造成的不垂直，绕线过程中拉线张力的不一致或变形，均会造成电枢的不平衡，使电枢在旋转过程中生产振动，影响换向器加工圆度、片间跳动和表面的粗糙度。严重时会出现电枢车削不平衡面被抛出V形支架的现象，因此在精度要求较高的地方，应先进行有效的平衡，然后再进行车削。
6换向器
换向器质量的好坏，对表面加工质量影响更大，这一点务必引起换向器和电机生产厂家的极大注意。在车削方面对换向器有如下的要求：
a．换向器片的钢材料对切削至关重要。一般，当其成分有细微的变化时，将会带来完全不同的加工结果。
在正常情况下，较理想的车削效果除了换向器表面粗糙度较好以外，用普通放大镜检查，在片与片之间可看到整齐的槽沿。当铜质改变时，会出现挤压撕裂现象，在片与片之间留下凹凸不平的毛刺。这样的结果，无法用毛刷加以清除，极易造成片间短路、跳火和碳刷的早期磨损。
用普通放大镜检查换向器的表面质量，不失为一种简单有效的方法，能及时发现工艺参数和换向器材质的改变。
b．换向器的填充材料影响铜片的牢固性，换向器片必需牢固。在加工过程中，换向器片的松动是造成车刀报废的主要原因。同时将严生片间跳动，超过公差允许范围。
c．点焊给换向器带来的影响是最容易忽略的一个因素。
点焊是利用电极将换向器勾压到一定高度，然后通以一股强大的电流，在极短的时间内，使换向器勾加热到熔融状犬态。这时包裹在勾内的漆包线在高温作用下，使漆膜瞬间解聚液化，在焊机压力的再次作用下，漆包线和换向器勾良好连接。
点焊的过程实际上是加热的过程，焊点所需的温度远远超过铜金属退火的温度。因此当点焊参数调节不当时，过量的电流会引起换向器片的大范围发热。发热越多，退火程度越大。退火面积也越大。当车削这种换向器时．运离勾未退火部分会得到较好的车削效果，接近勾，精度将明显下降。这样不规则的换向器将引起碳刷的不规则磨损，降低电机的使用寿命。
7结语
随着加工条件的改变，将产生新的影响质量的因素，并不是说一引进国外先进设备、加工方法，便能生产出高质量的产品。只有在新的条件下，研究新问题，并加以解决，进行严格的检查控制，才能保证换向器表面加工的质量。
微特电机论文：提高换向器表面加工质量的方法
2010年4月29日
在直流永磁电机、单相串激电机中，换向器是主要的零部件，对电机质量的影响很大。
为了降低电机的噪声，得到理想的换向效果，提高碳刷乃至整个电机的寿命。换向器表面加工的质量一直是电机制造厂家十分重视的指标之一。
常规的换向器表面加工粗糙度指标为，R=1.6～0. 8μm。片间跳动E≤0.003mm。由于指标要求较高，一般情况下很难保证。因此提高换向器表面加工的质量，保证达到加工精度要求，便成为亟须探讨的一个问题。
2换向器车削机
通常对换向器的表面加工，采用车削的方法加以完成。作为传统的车削加工，已有成熟的加工工艺，也有的在用机床车削换向器时，提出用改造机床精度、合理选择刀具几何参数、选用适当的切削速度等方法提高换向器表面质量a 3。
目前，由于专业化程度的提高，国外先进技术和设备的引入，国内厂家的仿制等，在电机制造行业中，已大量采用专用的换向器车削机。由于机床结构的改变，原先影响加工质量的原因已不相同，故有必要对车削机作一介绍。
虽然换向器车削机有多种规格型号，工位自动方式的不同，但其基本结构原理完全相同，如图1所示。
工作过程为，在V形支架上放上待加工电枢。由电机带动驱动皮带转动，而后将皮带靠近电枢，使皮带与电枢外圆产生压力摩擦实现转动。刀具的运行与传统方式不同，它的纵横向进刀是由二个配合的气缸（或伺服电机）驱动完成。
对车削机的主要要求有，机床的振动因素应该得到控制和消除，使振动降低到最小。V形支架要保证安装的同心度，两滑面坚固光滑，有定时加油润滑系统。驱动皮带轮与电枢外圆的磨擦应平行。驱动电机及走刀速度调节方便等。
同时工艺规定，当电枢放在V形支架上时，其支承面应在电机轴承安装的相同基准位置上。这样加工出来的电枢安装到电机上 的不圆面，如实测图2所示。
3车刀
即使在普通工件上车削，车刀的合理选用同样是保证加工精度和提高效益的重要环节。在换向器车削机上采用的是超硬材料切削车刀——天然金刚石或人造金刚石车刀，具有高耐磨和超硬性能，能长期保持锋利的刀刃。被加工零件的尺寸、精度稳定性好，加工表面粗糙度等级高，被国外称为 “21世纪刀具”，但也因为硬度太高，当调试不当，或换向器本身质量不佳，在车削过程中出现甩片时，极易导致车刀崩角，造成车刀报废。
合理调整切削角度、切削量、切削速度，对刀具的寿命和切削都有重大意义。列出某一全自动生产线上的实用工艺参数，以供参考。
换器器宜径：22. 64mm
粗车速度： 350r/min
走刀量：． 0. 12mm/r
精车速度： 350r/min
走刀量： 0. 05m m/r
4电枢轴
由于支承状况的改变，轴的关键性更显突出。影响换向器加工质量主要是轴的圆度和直线度。
电枢轴均经过磨削加工，应该有良好的圆度，但通过精密的测量，其结果是所有的轴都有棱角，理想的圆度只能接近，而无法达到。
由于磨削所带来的不圆度往往有对角直径不变现象，因此很难用于分足测量。而一般厂家又较少配置圆度仪。直接的后果是，当这样的轴在V形支承内转动时，其轴心也随之变动，加工出的换向器也形成一个基本相似。
另一个重要因素是轴的直线度。影响轴的直线度的有铣削、车削和压制叠片等。
当一根弯曲变形的电枢轴在V形支架上旋转时，由于弯轴的特殊性，与上述又有不同，参见图3。因为换向器中心点B与轴支承面中心点A非常接近，可以假设有相同的旋转轨迹，那么换向器的C点必须沿一扩大了的轨迹运转。这运转轨迹随换向器的切削长度和轴的弯曲程度而改变，致使车削得到的将是一个非圆形的换向器。
可见，在电枢轴的生产上应明确规定不圆度和直线度的公差，并在工艺上加以保证，在车削前就应对其进行检查并校正。
5电枢平衡
电眍的不平衡是影响电机质量的主要因素，同样影响到对换向器的车削加工。
电枢轴的弯曲变形，压制叠片时造成的不垂直，绕线过程中拉线张力的不一致或变形，均会造成电枢的不平衡，使电枢在旋转过程中生产振动，影响换向器加工圆度、片间跳动和表面的粗糙度。严重时会出现电枢车削不平衡面被抛出V形支架的现象，因此在精度要求较高的地方，应先进行有效的平衡，然后再进行车削。
6换向器
换向器质量的好坏，对表面加工质量影响更大，这一点务必引起换向器和电机生产厂家的极大注意。在车削方面对换向器有如下的要求：
a．换向器片的钢材料对切削至关重要。一般，当其成分有细微的变化时，将会带来完全不同的加工结果。
在正常情况下，较理想的车削效果除了换向器表面粗糙度较好以外，用普通放大镜检查，在片与片之间可看到整齐的槽沿。当铜质改变时，会出现挤压撕裂现象，在片与片之间留下凹凸不平的毛刺。这样的结果，无法用毛刷加以清除，极易造成片间短路、跳火和碳刷的早期磨损。
用普通放大镜检查换向器的表面质量，不失为一种简单有效的方法，能及时发现工艺参数和换向器材质的改变。
b．换向器的填充材料影响铜片的牢固性，换向器片必需牢固。在加工过程中，换向器片的松动是造成车刀报废的主要原因。同时将严生片间跳动，超过公差允许范围。
c．点焊给换向器带来的影响是最容易忽略的一个因素。
点焊是利用电极将换向器勾压到一定高度，然后通以一股强大的电流，在极短的时间内，使换向器勾加热到熔融状犬态。这时包裹在勾内的漆包线在高温作用下，使漆膜瞬间解聚液化，在焊机压力的再次作用下，漆包线和换向器勾良好连接。
点焊的过程实际上是加热的过程，焊点所需的温度远远超过铜金属退火的温度。因此当点焊参数调节不当时，过量的电流会引起换向器片的大范围发热。发热越多，退火程度越大。退火面积也越大。当车削这种换向器时．运离勾未退火部分会得到较好的车削效果，接近勾，精度将明显下降。这样不规则的换向器将引起碳刷的不规则磨损，降低电机的使用寿命。
7结语
随着加工条件的改变，将产生新的影响质量的因素，并不是说一引进国外先进设备、加工方法，便能生产出高质量的产品。只有在新的条件下，研究新问题，并加以解决，进行严格的检查控制，才能保证换向器表面加工的质量。