风能发电机转子支架钻模设计及工艺

湘潭大学兴湘学院目 录前 言 .11 课题介绍 .32 风能发电机转子支架钻模的设计 .42.1、加工产品的介绍 .42.2、风能发电机转子支架钻模加工演示 .52.3 钻模简介及选择 .62.3.1、钻模的定义及优点 .62.3.2、钻模的类型及选择 .62.3.3、钻模板的类型及选择 .82.3.4、钻套的类型与选择 .112.4 钻模的设计 .132.4.1、定位方案 .132.4.2、夹紧方案 .142.4.3、钻套的设计 .152.4.4、钻模板的设计 .163、风能发电机转子支架钻模的工艺 .193.1 钻模板的工艺 .193.2、定向键的加工工艺 .22参考文献 .24总 结 .25致 谢 .26湘潭大学兴湘学院1前 言众 所 周 知 全 球 的 能 源 争 夺 战 已 经 进 入 白 热 化 阶 段 ， 随 着 人 类 社 会 的 进 步 ， 人 口的 增 长 ， 地 球 上 的 各 种 资 源 渐 渐 被 消 耗 枯 竭 ， 人 类 正 面 临 着 严 重 的 能 源 危 机 ， 我 们迫 切 的 寻 找 各 种 能 替 代 的 新 型 能 源 。世 界 能 源 危 机 是 人 为 造 成 的 能 源 短 缺 。 其 中 石 油 资 源 将 会 在 一 代 人 的 时 间 内 枯竭 。 它 的 蕴 藏 量 不 是 无 限 的 ， 容 易 开 采 和 利 用 的 储 量 已 经 不 多 ， 剩 余 储 量 的 开 发 难度 越 来 越 大 ， 到 一 定 限 度 就 会 失 去 继 续 开 采 的 价 值 。 在 世 界 能 源 消 费 以 石 油 为 主导 的 条 件 下 ， 如 果 能 源 消 费 结 构 不 改 变 ， 就 会 发 生 能 源 危 机 。 另 一 大 资 源 煤 炭 虽比 石 油 多 ， 但 也 不 是 取 之 不 尽 的 。 代 替 石 油 的 其 他 能 源 资 源 ， 除 了 煤 炭 之 外 ， 能 够大 规 模 利 用 的 还 很 少 。 人 类 已 经 估 计 到 ， 非 再 生 矿 物 能 源 资 源 枯 竭 可 能 带 来 的 危 机 ，从 而 将 注 意 力 转 移 到 新 的 能 源 结 构 上 ， 探 索 、 研 究 开 发 利 用 新 能 源 资 源 。现 在 已 经 开 发 的 新 型 能 源 有 燃 料 电 池 、 甲 醇 、 生 物 能 、 太 阳 能 、 潮 汐 能 和风 能 等 ， 但 是 迄 今 为 止 只 有 水 利 发 电 和 核 能 有 明 显 的 功 效 。 不 过 风 能 却 有 很 大 的研 究 价 值 和 发 展 潜 力 。风 能 是 太 阳 辐 射 下 流 动 所 形 成 的 。 风 能 与 其 他 能 源 相 比 ， 具 有 明 显 的 优 势 ， 它蕴 藏 量 大 ， 是 水 能 的 10 倍 ， 分 布 广 泛 ， 永 不 枯 竭 ， 对 交 通 不 便 、 远 离 主 干 电 网 的岛 屿 及 边 远 地 区 尤 为 重 要 。风 力 发 电 ， 是 当 代 人 利 用 风 能 最 常 见 的 形 式 ， 自19 世 纪 末 ， 丹 麦 研 制 成 风 力 发 电 机 以 来 ， 人 们 认 识到 石 油 等 能 源 会 枯 竭 ， 才 重 视 风 能 的 发 展 ， 利 用 风来 做 其 它 的 事 情 。现 在 风 能 的 利 用 也 渐 渐 的 被 推 广 ， 在 一 些 新 修 的马 路 边 上 ， 可 以 看 见 一 排 排 带 风 车 的 路 灯 。 那 些 风车 就 是 风 力 发 电 机 ， 只 要 有 风 ， 风 叶 便 能 带 动 发 电机 的 转 子 转 动 ， 产 生 的 电 流 ， 以 电 能 的 形 式 储 存 在蓄 电 池 里 ， 以 备 晚 上 路 灯 照 明 。2008 年 9 月 ， 德 国 Enercon 公 司 建 造 世 界 上最 大 的 风力发 电 机 。 该 风 力 发 电 机 旋 叶 的 直 径 约 有126 米 ， 重 量 超 过 120 吨 ， 发 电 机 巨 型 三 叶 转 子 距 离地 面 的 高 度 超 过 了 180 米 ， 其 中 定 子 重 量 就 有 140吨 ， 如 图 1 所 示 。湘潭大学兴湘学院2风 力 发 电 机 正 朝 着 大 功 率 、 大 型 号 的 方 向 发 展 ， 直 径 几 米 甚 至 十 几 米 的 发 电机 ， 其 转 子 与 定 子 的 型 号 也 跟 着 飙 升 。 这 带 来 了 很 多 新 问 题 ， 像 这 种 巨 型 的 转 子 和定 子 的 制 造 ， 要 使 用 专 门 的 机 床 ， 拟 定 新 的 工 艺 路 线 ， 特 别 是 巨 型 产 品 的 加 工 。 本 毕 业 设 计 就 是 与 风 能 发 电 机 的 定 子 有 关 ， 发 电 机 的 定 子 又 叫 转 子 支 架 。 本 文所 涉 及 的 风 能 发 电 机 是 大 型 风 电 场 所 用 的 ， 其 直 径 有 4 米 多 ， 转 子 支 架 有3596mm。 转 子 支 架 的 加 工 步 骤 大 体 分 四 步 ： 车 外 圆 、 铣 方 槽 、 钻 孔 、 攻 丝 。 其 中车 外 圆 可 以 使 用 大 型 的 立 车 ， 铣 方 槽 则 使 用 专 用 升 降 铣 床 ， 然 而 钻 孔 出 现 了 一 个 难以 解 决 的 问 题 ， 特 别 是 转 子 支 架 圆 柱 壁 上 的 螺 纹 孔 。现 在 不 是 在 钢 板 上 钻 孔 ， 而 是 在 圆 柱 面 上 钻 孔 ， 因 此 增 加 了 加 工 难 度 。本 毕 业 设 计 就 是 为 了 解 决 这 一 难 题 ， 像 这 种 特 殊 但 又 有 规 律 的 孔 ， 可 以 考 虑 使用 钻 模 ， 本 设 计 的 课 题 就 是 设 计 此 钻 模 ， 既 要 加 工 简 单 ， 又 要 保 证 孔 的 位 置 度 要 求和 精 度 ， 并 且 尽 量 降 低 加 工 成 本 低 。在 设 计 过 程 中 ， 指 导 老 师 文 美 纯 及 本 人 师 父 乐 喜 云 给 了 热 情 的 指 导 和 帮 助 ，在 此 表 示 衷 心 感 谢 。由 于 本 人 知 识 水 平 的 有 限 ， 设 计 中 定 有 不 少 的 缺 点 和 错 误 ， 希 望 各 位 评 审 老 师批 评 指 正 。设 计 者2010 年 5 月湘潭大学兴湘学院31 课题介绍本人现在在湘潭市江大机械制造有限公司实习，江大机械制造有限公司属于来料加工单位，专门为其他公司加工零部件。现在湘潭市电机厂风能发电分厂在研制新型的风能发电机组，委托本公司加工风能发电机的定子转子支架。电机厂送来毛坯，要求我们车转子支架外圆、铣方槽、钻孔并攻丝。现在我所设计的钻模就是用在转子支架钻孔工艺中。转子支架是电机厂新研发的大型风能发电机的定子，直径 3596mm，长 1300mm，是一个大圆筒，如图 2 所示。现在所研究的是其外圆柱面上孔的加工，这些孔 是 径向 方 向 ， 垂 直 于 支 架 轴 线 ， 一 组 26 个 ，60 组 共 1560 个 均 匀 分 布 在 转 子 支 架 外 圆壁 上 。 如 果 展 开 转 子 支 架 ， 就 像 一 块 钢板 上 有 26x60 个 孔 。 加 工 这 些 孔 的 难 处在 于 不 是 在 钢 板 上 钻 孔 ， 而 是 在 圆 柱 面上 钻 孔 。如果是划线后钻孔，其工作量是多么的巨大，特别是产品尺寸大，孔的数量多,划线的精度都难保证，更不要说加工后的精度。而且在圆柱面钻孔，孔的位置度难保证。因此设计一个钻模，所有问题便迎面而解。 湘潭大学兴湘学院42 风能发电机转子支架钻模的设计 2.1、加工产品的介绍加工产品为湘潭市电机厂风能发电分厂新型研发的风能发电机组的定子-转子支架。其主要是 26x60=1596 个 M10 螺纹孔的加工。这些螺纹孔分布在圆柱面上，孔的位置如图 3、4 所示：螺纹孔加工应该是钻孔后，立即攻丝，使工件只要一次装夹，提高加工精度。但考虑到转子支架的螺纹孔数量多，钻孔后攻丝，换刀麻烦，降低了加工速度。因此等钻完所有孔后再攻丝，可以提高效率。在以钻好的孔内攻丝，所产生的误差较小，加之本厂使用的是为转子支架定做攻丝机，因此攻丝所产生的误差可以不计。现在要考虑的就是在转子支架圆柱面上钻孔，设计一钻模能很好的解决问题。湘潭大学兴湘学院52.2、风能发电机转子支架钻模加工演示转子支架的钻模有它的特点，此钻模设计为一平板，按转子支架尺寸在平板面设计钻套，加工时把钻模挂在转子支架上，只需要对准钻孔即可。一台钻床可以钻两组孔，为提高加工效率，两台钻床同时加工，钻床位置对称的在转子支架直径上。一台钻转子支架的上部分，一台钻下部分。如图 5 所示：万向摇臂钻床钻完一组孔后，转动转动架，用顶针固定转子支架，即可以钻另外一组孔。其实钻完两组孔，也只钻了 52 个孔，因为万向摇臂钻床的升降高度有限，一台钻床只钻上部分的孔，另一台只钻下部分的孔。钻完两组孔后，松顶针，拧松螺钉，两个钻模按相同的移动方向移动钻模（顺时针或逆时针） ，拧紧螺钉，固定钻模，最后转动转子支架，对好刀即可钻孔，如图 5 所示。从钻模的加工示意图 6，可以看出钻模加工时既要和转子支架回转转动，又要圆周移动，可以说转子支架的钻模是回转钻模与移动钻模的结合体。它取两者之长，很好的解决了在圆柱面上钻孔的难题。湘潭大学兴湘学院6特别是移动块的设计，是本钻模的一大亮点，它使装夹变的简单，省力。把钻模挂上转子支架，到加工完整个转子支架，其中的装夹只要转动钻模即可。2.3 钻模简介及选择2.3.1、钻模的定义及优点钻模的使用能省去了划线和其它测量与装夹的方法，使技术不熟练的工人在了解到工件可以准确定位，刀具也可以准确地引导，在正确安装的前提下，也可以快速而又自信地进行操作，从而使工作效率大大的提高。使孔的定位精度不靠操作者而是靠钻模保证。 钻模使零件的装配变得容易。因为所有零件在小的极限范围内都视为相同，而且零件试装和锉削操作都可省去。它使零件具有互换性。如果产品大范围销售的话，备用零件的问题就可以得到简化。下面我们来了解下钻模：钻模的定义钻模是引导刀具在工件上钻孔或铰孔用的机床夹具。钻模的结构特点是除有工件的定位、夹紧装置外，还有根据被加工孔的位置分布而设置的钻套和钻模板，用以确定刀具的位置，并防止刀具在加工过程中倾斜，从而保证被加工孔的位置精度。常用的钻模有固定式、回转式、翻转式和盖板式 4 种。此外，还有移动式、滑柱式等钻模。2.3.2、钻模的类型及选择1、钻模的类型钻模从结构上可以分了两种：一种是整体钻模；一种是可分离钻模。区别在与整体钻模没有钻套，而可分离钻模是由钻模扳与钻套组成。根据加工的产品可以确定钻模的大小，钻模的尺寸至少要 L=1300mm，不可能选择整体钻模，因为如果磨损就只能重新制造，它只能用于制造小型的钻模。所以选用可分离钻模，这样的话如果磨损，只要更换钻套即可，可以很大程度的节约成本。下面分别介绍几种可分离钻模 湘潭大学兴湘学院71）固定式钻模 固定式钻模特点是加工中，钻模固定不动，用于立式钻床上加工单孔或摇壁钻床上加工位于同一方向上平行孔素。如图 7 所示，钻模板 3 用若干个螺钉 2 和两个圆柱定位销 1 固连夹具体 4 上，钻模板可装配时调整位置。除用上述螺钉、销连接外、还可以采用焊接结构或直接铸造成一体。固定式钻模板结构简单，制造方便，定位精度高，但装卸工件不便。2）回转式钻模 回转式钻模用于加工工件上围绕某一轴线公布轴向或径向孔系。如图 8 所示，为加工套筒上三圈径向孔回转式钻木木模。工件以内孔和一个端面定位轴 3 和公度盘 2端面 A 上定位，用螺母 4 夹紧工件。钻完一排孔后，将分度销 5 拉出，松开螺母 1，即可转动分度盘 2 另一位置，再插入公度销，拧紧螺母 1 和 4 后，即查行另一排孔加工。3）翻转式钻模 加工中，翻转式钻模一般用手进行翻转。夹具和工件一起总重量不能太重，一般不超过 100N 为宜，翻转式钻模主要用于加工小型工件分布不同表面上孔。它可以减少安装次数，提高各被加工孔间位置精度。其加工批量不宜过大。4）盖板式钻模 湘潭大学兴湘学院8盖板式钻模无夹具体，其定位元件和夹紧装置直接安装钻模板上。它主要特点是钻模工件上定位，夹具结构简单，轻便，易清除切屑。盖板式钻模适合体积大而笨重工件上小孔加工。中小批量生产，凡需钻铰后立即进行倒角、锪孔、攻螺纹等工序时，采用盖板工钻模也极为方便。，盖板式钻模每次需从工件上装卸，比较费时，故钻模重量一般不宜超过 100N。图 9 所示为盖板式钻模。5）移动式钻模 移动式钻模用立式钻床上，先后钻削工件同一表面上多个孔，属于小型夹具。移动方式有两种：一种是自由移动，另一种是定向移动，用专门设计导轨和定程机构来控制移动方向和距离。6）滑柱式钻模 滑柱式钻模是带有升降钻模板通用可调夹具。它由钻模板、滑柱、夹具体和齿轮齿条传动、锁紧机构组成。这几总分结构已经标准化，具有不同系列，钻模板也有不同结构形式，且可以预先制好备用。滑柱式钻模具有结构简单、操作方便和动作迅速、制造周期短优点，生产中应用广泛，但难于保证更高精度。2、钻模的选择根据转子支架孔分布的特点，沿着轴线分布，完全符合回转式钻模的要求。但又有个很现实的问