孫 杰

（上海電氣集團(tuán)上海電機(jī)廠有限公司，上海 200240）

0 引言

隨著技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速要求越來(lái)越高，電機(jī)振動(dòng)要求越來(lái)越小，轉(zhuǎn)子圓周本體嵌線槽的傳統(tǒng)方法已不適應(yīng)現(xiàn)今電機(jī)的發(fā)展。因此需要研究一種等分精度更加高的轉(zhuǎn)子本體嵌線槽圓周加工的方法。在“西氣東輸”項(xiàng)目20MW級(jí)超高速防爆變頻調(diào)速同步電機(jī)的制造過(guò)程中，采用了劃線、旋轉(zhuǎn)角度編碼器新加工方法來(lái)加工轉(zhuǎn)子本體等分嵌線槽。

鍛鋼整體轉(zhuǎn)子，一般采用鍛件整體鍛出轉(zhuǎn)軸。轉(zhuǎn)軸精加工后，在本體按照規(guī)定的等分要求加工嵌線槽。一般有34，42，68等分要求。如此多的槽加工，等分精度直接影響轉(zhuǎn)軸質(zhì)量的均勻，以致間接影響到轉(zhuǎn)子平衡精度，最后關(guān)乎電機(jī)的振動(dòng)是否達(dá)標(biāo)。

1 加工對(duì)象

西氣東輸二線天然氣長(zhǎng)輸管道壓縮機(jī)組進(jìn)行配套20MW級(jí)超高速防爆變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速3 120～5 040r／min，振速≤2.3mm／s。轉(zhuǎn)子本體嵌線槽結(jié)構(gòu)為34等分槽，長(zhǎng)1 380mm。見(jiàn)圖1所示。

圖1 主機(jī)轉(zhuǎn)子本體嵌線槽示意圖

圖2 γ252專(zhuān)用開(kāi)槽機(jī)

2 加工設(shè)備

汽輪發(fā)電機(jī)類(lèi)型的轉(zhuǎn)子本體嵌線槽加工，一般采用大直徑盤(pán)銑刀加工。此次加工設(shè)備為γ252專(zhuān)用開(kāi)槽機(jī)如圖2所示。轉(zhuǎn)子擱在機(jī)床座式軸承座上，機(jī)床頭部動(dòng)力頭夾住轉(zhuǎn)子一端，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，大直徑盤(pán)銑刀根據(jù)嵌線槽深度開(kāi)槽加工。

3 等分開(kāi)槽加工方法的分析

汽輪發(fā)電機(jī)類(lèi)型的電機(jī)轉(zhuǎn)子嵌線槽加工可采用以下兩種方法：

1）傳統(tǒng)開(kāi)槽方法——?jiǎng)澗€、等分盤(pán)、插銷(xiāo)

2）新開(kāi)槽方法——?jiǎng)澗€、旋轉(zhuǎn)角度編碼器

3.1 傳統(tǒng)開(kāi)槽方法——?jiǎng)澗€、等分盤(pán)、插銷(xiāo)

傳統(tǒng)開(kāi)槽方法示意圖如圖3所示。

圖3 傳統(tǒng)開(kāi)槽方法示意圖

在劃線平板利用圓規(guī)、劃針劃出的等分線作參考，再借助等分盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)軸進(jìn)行嵌線槽圓周等分。這種方法采用插孔進(jìn)行控制，而孔與孔之間必然存在加工角度偏差，并且所有等分孔的各自尺寸也不同，會(huì)造成與插銷(xiāo)配合的誤差，而且插孔時(shí)會(huì)出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。所以，以等分盤(pán)為基準(zhǔn)等分銑槽，工裝自身的精度、等分盤(pán)與插銷(xiāo)配合精度決定了最后嵌線槽的等分精度。這就導(dǎo)致最后電機(jī)轉(zhuǎn)子嵌線槽等分精度不是很高。例如20MW級(jí)超高速防爆變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸外圓φ750，等分盤(pán)一個(gè)孔公差±0.025mm，34等分其中2個(gè)相鄰孔角度誤差在0.4583′，累計(jì)誤差15.5′（即等分盤(pán)自身等分誤差）。而且，插銷(xiāo)與等分盤(pán)孔間隙配合0.03～0.05mm。那么，當(dāng)?shù)确直P(pán)、插銷(xiāo)配合使用時(shí)，兩者誤差累加，等分精度遠(yuǎn)低于15.5′。

此種開(kāi)槽方式，適合等分要求較低，平衡要求較低的轉(zhuǎn)軸本體嵌線槽加工方法，但不適合本文的加工對(duì)象。

3.2 新開(kāi)槽方法——?jiǎng)澗€、旋轉(zhuǎn)角度編碼器

對(duì)于本文加工對(duì)象，由于比常規(guī)汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速要求高，平衡要求高，傳統(tǒng)開(kāi)槽方法不適用本文加工對(duì)象，必須尋找一種新的開(kāi)槽方法。

3.2.1 新開(kāi)槽方法啟發(fā)

數(shù)控車(chē)床的數(shù)控系統(tǒng)具有顯示轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的角度功能，而且能精確到0.001°。如此高精度的旋轉(zhuǎn)角度，是源于數(shù)控車(chē)床車(chē)頭有一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度編碼器，而且旋轉(zhuǎn)角度編碼器是通過(guò)電子脈沖來(lái)顯示等分，不存在機(jī)械等分裝置反向間隙的弊端。那么利用旋轉(zhuǎn)角度編碼器與加工對(duì)象直接連接，加工對(duì)象旋轉(zhuǎn)任意角度，同時(shí)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)角度編碼器，就能實(shí)時(shí)反映在旋轉(zhuǎn)角度編碼器顯示器上。

3.2.2 新開(kāi)槽方法

1）在劃線平板上用圓規(guī)、劃針劃出34等分嵌線槽中心線。等分嵌線槽示意圖如圖4所示。

2) WANG等[6]基于漂移物體的形狀搭建的漂移軌跡預(yù)測(cè)試驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)對(duì)漂移物體受風(fēng)、流和浪單獨(dú)影響和綜合影響多種場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立漂移軌跡預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)模型。

圖4 等分嵌線槽劃線示意圖

2）將電機(jī)轉(zhuǎn)子放置在開(kāi)槽機(jī)軸承座上。

3）將開(kāi)槽機(jī)的車(chē)頭連接在電機(jī)轉(zhuǎn)子的一端，電機(jī)轉(zhuǎn)子的另一端通過(guò)連接法蘭軸連接旋轉(zhuǎn)角度編碼器器的測(cè)頭，示意圖如圖5所示。

4）開(kāi)槽機(jī)按序加工嵌線槽。每加工完一個(gè)嵌線槽后，按等分角度旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子，并觀察旋轉(zhuǎn)角度編碼器的顯示器顯示的旋轉(zhuǎn)角度，到達(dá)預(yù)定的旋轉(zhuǎn)角度后，停止旋轉(zhuǎn)。

圖5 連接示意圖

5）每次旋轉(zhuǎn)后，用劃針檢驗(yàn)劃線的等分槽線。

3.2.3 新開(kāi)槽方法優(yōu)點(diǎn)

1）精度高

傳統(tǒng)開(kāi)槽方法：等分盤(pán)等分孔大小不同，等分誤差及與插銷(xiāo)配合誤差導(dǎo)致最后的加工誤差比較大。

新開(kāi)槽方法：排除一切外在因素誤差。電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，通過(guò)連接法蘭，同步帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)角度器測(cè)頭，同時(shí)顯示器顯示實(shí)時(shí)旋轉(zhuǎn)角度，精確到0.001°，直至所需的角度為止。圖6為20MW級(jí)超高速防爆變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)等分開(kāi)槽實(shí)際加工角度記錄表。

2）工裝少

傳統(tǒng)開(kāi)槽方法：根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)子嵌線槽槽數(shù)，需配不同等分的等分盤(pán)（即34等分，配34等分的等分盤(pán)；44等分，需配44等分的等分盤(pán)）。

新開(kāi)槽方法：連接法蘭中的法蘭盤(pán)根據(jù)不同電機(jī)轉(zhuǎn)子軸端外圓尺寸替換即可，其它部分無(wú)需替換。適用所有等分槽加工，只需計(jì)算出每個(gè)旋轉(zhuǎn)角度，旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子即可。

3）操作簡(jiǎn)便

圖6 加工角度記錄表

傳統(tǒng)開(kāi)槽方法：等分盤(pán)自身比較笨重。安裝時(shí)，需與專(zhuān)用開(kāi)槽機(jī)車(chē)頭同軸度對(duì)好，同時(shí)與插銷(xiāo)垂直度要好，否則插銷(xiāo)可能會(huì)發(fā)生插不進(jìn)等分盤(pán)的等分孔中。

新開(kāi)槽方法：不存在安裝問(wèn)題。只需擰緊連接法蘭上的螺栓，與電機(jī)轉(zhuǎn)軸連接即可。

4 結(jié)語(yǔ)

西氣東輸二線天然氣長(zhǎng)輸管道壓縮機(jī)組配套電機(jī)20MW級(jí)超高速防爆變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸嵌線槽開(kāi)槽工序已于2011年4月順利完成。8.4t轉(zhuǎn)子低速平衡良好。未加平衡塊前，兩頭不平衡量分別為347g和287g。電機(jī)轉(zhuǎn)子成功超速到5 545r／min，同時(shí)在工作轉(zhuǎn)速3 120～5 040r／min范圍內(nèi)，振速均≤2.3mm／s，符合設(shè)計(jì)要求。實(shí)踐證明，電機(jī)轉(zhuǎn)子本體嵌線槽圓周加工方法，大大提高了轉(zhuǎn)軸本體n個(gè)嵌線槽的等分精度，降低了轉(zhuǎn)子不平衡量，其加工方法是成功且可行的。在20MW級(jí)超高速防爆變頻調(diào)速同步電動(dòng)機(jī)嵌線槽加工中取得的成功經(jīng)驗(yàn)，對(duì)今后類(lèi)似汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸本體嵌線槽加工具推廣借鑒作用。