曹树强
广西玉柴机器股份有限公司 广西玉林市 537000
摘要:电机轴加工制造质量会对整个电机质量产生决定性的影响。传统的电机轴加工工艺存在工序多、工作效率低、质量较差、加工成本居高不下等问题。随着科学技术的进步与发展，通过智能制造对电机轴料加工工艺加以改进，可以降低加工成本，提升轴加工质量，从而加快推进我国电机智能制造的发展进程.
关键词:电机;智能制造;轴料加工;加工工艺
电机是机械制造的基础产品，在机械制造、节能环保等战略性产业中具有重要作用。我国是世界最大的电机生产、出口国，却非制造强国。欧洲知名电机制造商如西门子、ABB等，采用先进的智能化生产工艺和装备，已实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产方式。我国电机制造的核心加工设备、加工工艺以及智能化制造方面与国际先进水平仍存在较大差距，电机智能制造基本属于空白。为此，电机行业亟需开展集智能制造关键技术与装备研发、关键工艺模型研究和建设，并以此提升我国电机制造业整体水平。
电机的主要部件制造分轴、机座、端盖和定、转子铁心的制造等。其中电机轴在电机中担任着电能转变为机械能输出的任务，精度要求高，连接转子铁心和端盖、轴承，是电机中关键部件之一。电机轴的加工质量直接影响电机的质量，电机智能制造中轴加工工艺的改进尤为重要。
一、电机轴加工的传统工艺过程
电机的轴加工分如下几道工序：下料，铣削轴端面、打基准中心孔，粗车、精车，铣削键槽和风扇卡槽，磨轴承挡、轴伸挡、铁心挡(根据需要)。
1.1下料工序。由锯床将圆钢锯成需要的长度轴料毛坯，转入下一道工序。
1.2钻孔工序。要将轴料毛坯两端的毛面根据要求铣平，还要保证轴料的总长度；然后由锥形中心孔钻钻出锥度中心孔，作为金加工的基准。有部分电机按客户要求，轴伸端面需要打孔攻丝的，需要先加工端孔，再打锥度基准孔，以保证加工的基准不变。有的在平面中心孔机床上打好孔，再拿去钻床上钻端面孑L和攻丝；也有的在1台机床上实现，对机床要求高。
1.3车削工序。传统的轴车削工序，一般有普通车床或普通数控车床两端顶住轴毛料，先车削轴一端的台阶，再调头车另一端。一般分粗车和精车两道加工。为了提高效率，很多电机厂采用2台车床对面摆，1台车床车轴的一头，再换另1台车床车轴的另一头，以提高加工效率。或者3台车床呈三角形摆放，粗车完再精车，循环转运，也由一个人操作，利用车床加工的间隙，进行工件的转运和测量。
1.4铣削工序。将车好的轴固定在铣床工作台面上夹紧，防止在铣削加工中轴的滚动影响键槽的对称度。先铣削轴伸端键槽，再调头铣削风扇端的风扇卡槽。分立铣和卧铣两种工艺，对应加工出的键槽有闭口和开口之分。目前出口电机基本要求是立铣的闭口椭圆键槽。所用的铣床分卧铣床和立铣床，以对应所铣键槽的加工要求。
1.5磨削工序。顶针将电机轴顶住，磨削轴伸挡，再磨两端轴承档。根据各个厂加工工艺的不同，有时铁心档也需要磨削加工，以适应转子铁心内孔的粗糙度的配合。
按工艺和作业习惯的不同，有时先铣削加工后再磨削，有时先磨削加工后再铣削加工。两种工艺各有利弊。先铣再磨工艺，磨削时，因为轴伸端端键槽已铣好，在磨削中，键槽会对磨削砂轮造成冲击，影响磨削加工的精度和砂轮的质量。先磨后铣工艺，铣削时，因为轴承挡和轴伸挡已经过磨削加工，一旦发生磕碰，难免影响装备和整机的质量；再者，铣削加工后，键槽边口难免有毛刺，只能手工去毛刺，效率低，还存在轴伸端精加工面擦碰的可能。两种工艺加工管理和作业习惯不同，需要在薄弱环节加强管理，以保证质量。
传统工艺中，不论是车削工艺，还是铣削和磨削工艺，都存在多次调头、多次夹装等问题。轴料在加工过程调头，重新装夹，存在基准偏差问题，存在给加工造成偏差的可能，影响加工精度和质量的一致性，质量保证难度高。像车床加工中，先车轴一端的台阶，车好后，取下毛轴，调头再车另一端，装、夹时很容易造成微小的偏差，影响轴加工的精度和同轴度。轴加工同一工序的调头的转运，小的轴料，人工取件上下料，大的轴料需借助吊装工具；工序间的转运，一般成批加工好再转至下一道工序，靠转运工具如铲车或行吊，效率低，转运慢，能耗高；有时还需专配搬运工，人力成本高。
在传统工艺中，基本上是一道工序一个人，尽管有一个人看2台或3台机床的情况，但人力成本高是电机厂的一大特点，也是电机成本高的原因之一。
二、智能制造背景下对电机轴加工工艺的改进
针对传统电机轴加工效率相对较低、速度相对较慢、工序相对较多、人工成本相对较高的问题，就必须要对电机轴加工工艺进行改进。尤其是在面对批量轴料加工时，更要利用智能制造进行工艺优化设计。可以从轴料加工涉及到的所有工序入手进行综合考量，构建一个电机轴自动化加工智能单元，以便于有效解决在传统电机轴加工过程中所面临的各种困难问题。其中智能双头车床主要是利用左右两个带动力的刀库，对车削工件的两端实现铣削工序。斜式数控车床则是负责对电机轴中间的铁心档进行车削。数控磨床负责磨削与加工已经完成的工件。自动上、下料仓由2个棒料仓组合而成。通过关节机器人能够完成毛料与半成品之间的交换与收集。
智能双动力头车床主要利用的是FANUG双通道GNG数控系统，对机床实施自动化控制。因为两个系统间是主从关系，即便在实际运行过程中，相互之间也不会产生干扰。主系统主要负责主轴驱动伺服电机的起停工作转速的设定工作双刀塔直线滑台插补控制等副系统主要负责十字滑台伺服电机在带动精密滑台实施加工过程中对直线双向进给插补动作。迪普马十二工位动力刀塔位于智能双头车床的左右，不仅可以进行粗、精车，还带有铣键槽功能，大大地方便了调节。另外，智能双头车床与斜式数控车床在进行组合上料、工件流转时，均是通过架式机器人得以实现的。
架式机器人使用的是气动片爪，从外部夹住工件的外圆，由机械手横梁伺服电机实现工件的上下料。根据电机轴的不同特点，在机械手模块的设计过程中，使其具有一定的柔性，在实际工作过程中，不仅能够实现自动化来回开关机床前门，还能够自动翻转工件，达到联机作业的根本目的。片瓜被设计为摆动旋转塔结构，使其具有一定的调整范围，能够按照工件规矩对夹持力度加以调整，保证了装料的可靠到位。
通过智能制造的工艺改进，将机械排成U形的加工单元，使得传统分散的电机轴加工工序集中在智能双头车床与斜式数控机床之上，进行集中化完成。整个加工过程中，只需要进行二次装夹，避免了多次装夹工作而带来的误差问题，大大地提高了电机轴加工精确度。并且通过对关节机器人的运用，避免了运转过程中在轴精加工工程时对表面可能造成的损害。整个加工单元也仅仅需要人进行值守，基本上不需要1人为干预，大大地降低了加工成本，提高了轴加工质量.可以说，智能制造轴加工工艺已经基本实现了无人化作业。
结语：
双头智能车床组合的使用使电机轴加工由毛坯到成品实行“一个流”加工，将传统多个机床多道工序加工的工艺在1个加工单元集中完成，工件在1台机床上完成一次装、夹即可实现多工序集中加工，大大减少由于多次装、夹可能带来的工件加工误差，减少了电机轴加工中的人为因素对质量的影响，减少了因为电机轴的加工带来的电机噪声和振动质量问题，提高了轴加工的质量和质量的一致性，产品不良率降低20％以上。
参考文献：
[1]黄国治，傅丰礼．Y2系列三相异步电动机技术手册[M]．北京：机械工业出版社，2020．
[2]胡志强．电机制造工艺学[M]．北京：机械工艺出版社，2019．
[3]徐君贤．电机与电器制造工艺学[M]．北京：机械工业出版社，2020．