第 1章　电机零部件的机械加工

在整个电机制造过程中，金属切削加工占有很重要的位置。由于电机的一些主要零部件——机座与定子、端盖、轴与转子的加工质量，直接影响电机的电气性能和安装尺寸，而且金属切削加工的工时在电机制造的总工时中占有相当的比重，因此，采用更先进的工艺、应用专用的工艺装备、提高机械化和自动化水平、提高产品及其零部件的加工质量、提高劳动生产率、缩短生产周期、降低成本等，是电机制造厂的经常性任务。

1.1　电机制造中机械加工的一般知识

1.1.1　零件的互换性1.1.2　尺寸公差的基本概念1.1.3　极限与配合1.1.4　形位公差1.1.5　表面粗糙度1.1.6　尺寸链基本概念

1.1.1　零件的互换性

任何机器 (包括电机 )都是由一定数量的零件组成和装配起来的，除了一些特殊的、专用的、大型的零件外，大部分零件都是成批地或大量地组织生产。这样生产出来的零件在装到部件或机器中去时，要求不经挑选和修配就能装上，并完全符合规定的技术要求。零件的这种性质，称为具有互换性。

1.1.2　尺寸公差的基本概念

图 1-1　公差配合的示意图

1.1.2　尺寸公差的基本概念

图 1-2　公差带

1.1.2　尺寸公差的基本概念

图 1-3　有间隙配合的示意图

1.1.2　尺寸公差的基本概念

图 1-4　过盈配合示意图

1.1.2　尺寸公差的基本概念

图 1-5　过渡配合示意图

1.1.3　极限与配合

图 1-6　基孔制和基轴制a)基孔制　 b)基轴制

1.1.3　极限与配合

图 1-7　基本偏差系列

1.1.3　极限与配合表 1-1　公差等级与加工方法的关系

1.1.4　形位公差表 1-2　形位公差符号

1.1.4　形位公差

图 1-8　形位公差的标注方法

1.1.5　表面粗糙度表 1-3　表面粗糙度数值及获得的加工方法

1.1.5　表面粗糙度表 1-4　 Y系列三相异步电动机主要零件公差配合、表面粗糙度及形位公差

1.1.5　表面粗糙度表 1-4　 Y系列三相异步电动机主要零件公差配合、表面粗糙度及形位公差

1.1.5　表面粗糙度表 1-4　 Y系列三相异步电动机主要零件公差配合、表面粗糙度及形位公差

1.1.6　尺寸链基本概念

任何机器 (包括电机 )都是由一定数量的零件组成和装配起来的，除了一些特殊的、专用的、大型的零件外，大部分零件都是成批地或大量地组织生产。这样生产出来的零件在装到部件或机器中去时，要求不经挑选和修配就能装上，并完全符合规定的技术要求。零件的这种性质，称为具有互换性。

1.1.6　尺寸链基本概念

图 1-9　小轴的长度尺寸及尺寸链简图

1.1.6　尺寸链基本概念

任何机器 (包括电机 )都是由一定数量的零件组成和装配起来的，除了一些特殊的、专用的、大型的零件外，大部分零件都是成批地或大量地组织生产。这样生产出来的零件在装到部件或机器中去时，要求不经挑选和修配就能装上，并完全符合规定的技术要求。零件的这种性质，称为具有互换性。

1.1.7 　电机的互换性

在成套的机器设备中，电机常被作为一个附件(或部件 )来使用，因此同样要有互换性。电机互换性要求规定统一的安装尺寸及其公差。不同的安装结构形式有不同的安装尺寸。小型异步电动机的基本安装结构形式如图 1-10所示。此外，在基本安装结构形式基础上，还有派生的安装结构形式。各种安装结构形式的安装尺寸及其公差均在相应的电机技术条件中规定。

1.1.7　电机的互换性

图 1-10　小型异步电动机的基本安装结构形式

1.2　电机同轴度及其工艺措施

1.2.1　电机的气隙及其均匀度1.2.2　气隙均匀度的影响因素1.2.3　定子同轴度是保证气隙均匀度的关键1.2.4　保证定子同轴度的工艺方案

1.2.1　电机的气隙及其均匀度表 1-5　 Y系列 (IP44)电动机气隙长度 (单位： mm)

表 1-6　 Y系列电动机的 ε/δ值

1.2.2　气隙均匀度的影响因素

图 1-11　偏心 e与 E的关系

1.2.2　气隙均匀度的影响因素

图 1-12　异步电动机的剖视1—机座　 2—定子铁心　 3—转子铁心　 4—端盖　 5—轴承内盖　 6—轴承　 7—轴　 8—轴承外

盖

1.2.3　定子同轴度是保证气隙均匀度的关键影响电机气隙均匀度有以下五种形位公差：J1——定子铁心内圆对定子两端止口公共基准线的径向圆跳动；J2——转子铁心外圆对两端轴承挡公共基准轴线的径向圆跳动；J3——端盖轴承孔对止口基准轴线的径向圆跳动；J4——滚动轴承内圈对外圈的径向圆跳动；Z1——机座两端止口端面对两端面止口公共基准轴线的端面圆跳动 (即垂直度 )。

1.2.3　定子同轴度是保证气隙均匀度的关键以上五种形位公差对电机气隙均匀度的影响程度是不同的，现分析如下：轴承是一种标准的精密零件，由专门的工厂生产。尽管轴承合格品的保证值公差 J4较小，但外购的轴承都能保证这个要求。J2 与 J3值在工艺上也是比较容易保证的( 在工艺上相应采取的措施在以后几节中分析 ) 。机座两端止口端面对两端止口公共基准轴线的端面圆跳动 Z1对于偏心影响如图 1-13所示。

1.2.3　定子同轴度是保证气隙均匀度的关键

图 1-13　对转子偏心的影响

1.2.4　保证定子同轴度的工艺方案

1)W方案——定子铁心以其内圆为基准精车铁心外圆，然后压入机座，不再进行任何补充的机械加工，称为“光外圆”方案。2)Z方案——定子铁心内外圆不进行机械加工，压入机座以后，以铁心内圆为基准精车机座止口，称为“光止口”方案。3)L方案——定子铁心内外圆不进行补充加工，压入机座后不再进行精加工止口，称为“两不光”方案。

1.3　转轴和转子的加工

1.3.1　技术要求1.3.2　结构要素选择1.3.3　工艺和工艺方案分析

1.3.1　技术要求

1)转轴各主要表面的加工尺寸精度及表面粗糙度，其要求见表 1-

4。2)转轴和转子的形位公差，以 Y180M—4为例有：①　转子外圆对两端轴承挡公共基准轴线的径向圆跳动(0.05mm)；②　转子轴伸外圆对两端轴承挡公共基准轴线的径向圆跳动(0.025mm)；③　转轴轴承挡的圆柱度 (0.019mm)；④　轴伸挡圆度 (0.008mm)；⑤　键槽对称度 (0.035mm)。

1.3.1　技术要求

图 1-14　轴和转子的典型结构

1.3.1　技术要求表 1-7　常用转轴的力学性能与相对价格

1.3.2　结构要素选择

1.中心孔2. 退刀槽3.键槽4. 倒角

1.中心孔

图 1-15　转轴中心孔a)A型不带护锥　 b)B型带护锥

轴和转子的加工工序，大都以中心孔作为定位基准。中心孔的质量对工件加工精度有直接的影响。常用中心孔有两种形式，如图 1-15所示。在电机轴中都采用 B型中心孔，即带护锥中心孔。

1.中心孔

表 1-8　中心孔尺寸 (单位： mm)

2.退刀槽

图 1-16　退刀槽尺寸

为了便于轴颈加工，使装配工艺可靠，应在台阶过渡处加工出退刀槽 (或称砂轮越程槽 )。

3.键槽

键和键槽尺寸按 GB/T 1096—2003选取，表 1-9列出了电机转轴采用的键和键槽尺寸。

3.键槽表 1-9　键和键槽尺寸 (单位： mm)

4.倒角

表 1-10　倒角尺寸 (单位： mm)

为了保证装配工作容易和安全，一般在车削加工结束前都需进行端面倒角，倒角尺寸按 JB/T 3—1982规定，见表 1-10。

1.3.3　工艺和工艺方案分析

1.平端面和钻中心孔工序2.车削工序3.转轴加工工序卡片4. 铣键槽和磨削工序

各类电机轴的基本加工过程有平端面和钻中心孔、车削、铣键槽和磨削等工序 (有关压轴、校平衡等工艺将在第 6 章中分析 )。

1.平端面和钻中心孔工序

图 1-17　中心钻

由锯床锯成的毛坯不能保证端面与轴线相垂直，对转轴全长精度也不易保证，因此必须留有余量，然后在车床或有关设备上平端面及钻中心孔。中心孔也称顶尖孔，是用作车削、磨削等一系列工序的定位基准。因此，中心孔在加工过程中自始至终应保持准确、清洁，并保留在轴上。

1.平端面和钻中心孔工序

0118.TIF

1.平端面和钻中心孔工序

图 1-19　平端面钻中心孔专用机床

1.平端面和钻中心孔工序

图 1-20　上料、卸料动作原理a)加工状态　 b)卸料状态　 c)上料状态

1—液压缸　 2—机械手　 3—上料板　 4—卸料板

1.平端面和钻中心孔工序

图 1-21　复合刀头结构

为了保证转轴各表面相互位置的精度，要求在各道工序中采用统一的定位基准——中心孔，因此在车削工序中，普遍采用双顶尖定位装夹。这种定位装夹方法如图 1-22所示。在车床主轴上装有拨盘 1，通过拨杆 3 带动鸡心夹头 2，鸡心夹头通过方头螺钉与工件连在一起，也可以不用拨杆，把直尾鸡心夹头改成弯展的，同样能达到目的。

2.车削工序

2.车削工序

图 1-22　双顶尖定位装夹1—拨盘　 2—鸡心夹头　 3—拨杆

2.车削工序

图 1-23　轴的车削加工

2.车削工序表 1-11　电机轴的工序余量 (单位： mm)

2.车削工序

图 1-24　多刀切削的两种方法a)按阶梯加工　 b)按分配余量加工

2.车削工序

图 1-25　双刀架多刀切削

3.转轴加工工序卡片表 1-12　工序卡片

4.铣键槽和磨削工序电机轴上的轴伸挡和两端轴承挡的精度与形位公差要求都较高，都需要进行磨削加工。对于小容量电机，由于轴较细，当轴压入铁心内时，极易产生变形 ( 压弯 )，因此磨削加工都在转轴套入铁心后进行。当轴的直径较大时，上述工艺方法使劳动量大大增加，甚至一般外圆磨床都无法使用。

4.铣键槽和磨削工序

图 1-26　键槽的尺寸链

5.转子外圆加工工序

图 1-27　旋转圆盘车刀结构1—刀片　 2—刀体　 3—固定螺钉　 4—压板　 5—心轴　 6—刀体座

5.转子外圆加工工序

图 1-28　圆盘车刀加工转子外圆

1.3.4　小型电机转轴加工自动化概要

1) 实现单机自动。2) 实现自动流水生产线。

图 1-29　转轴自动加工流水线示意图

1.4　端盖的加工

1.4.1　结构与技术要求1.4.2　端盖加工工艺方案1.4.3　端盖加工工艺方法分析1.4.4　端盖加工工艺卡片

端盖是联接转子和机座的结构零件

中心高在 160mm以下

结构简单，加工容易、检修方便，采用外轴承盖以防止润滑脂外流

二、端盖

1、毛坯：分为焊接端盖与铸造端盖

铸造端盖： 可用铸铁、铸钢或铝合金铸造。 铸铁价格便宜，铸造和加工性能都比较好，且有足够的强度，中小型电动机中广泛采用。

无凸缘端盖 有凸缘端盖

2、图纸分析（有凸缘）

3、端盖加工的技术要求

3、端盖加工的加工技术要求：

1 ）止口的尺寸精度、圆度和表面粗糙度

2 ）轴承室的尺寸精度、圆柱度和表面粗糙度

3 ）端盖的深度（止口端面至轴承室端面的距离）

4 ）止口圆与轴承室内孔的同轴度、止口端面对轴心线的跳动盘

5 ）端盖固定孔和轴承盖固定孔的位置

4、工艺过程和工艺方案分析

端盖加工 车削、钻孔

薄壁特点

车削

易变形

夹紧力小切削用量降低

粗 车（精度较低车床）

精 车（精度较高车床）

钻孔 钻模加工

夹紧力大

夹紧力大

夹紧力小

（ 1 ）钻孔：都使用钻模• 小型端盖采用立式钻床，中大型端盖采用摇臂钻床钻孔。

• 好处：提高生产率和保证各孔的相对位置。

• 操作：钻完第一孔后应及时插入销钉，使钻模与端盖不致发生相对移动，然后再钻其它的孔。

立式钻床Z5125A

* 钻模设计钻模板材料一般选用 Q235 或 HT200 钻套用 T8 、 T10等，钻套孔用 F8钻套与钻模孔的配合用 H7/n6 （过渡配合）端盖止口与钻模止口用 H8/f8 （间隙配合）

（ 2 ）小型电动机端盖车削加工

三爪自定心卡盘先加工工艺搭子外圆

（控制夹紧力和壁厚均匀度）

后夹紧工艺搭子车止口

1.4.2　端盖加工工艺方案

1) 将端盖装夹于机床卡爪上，校准中心和端面。2)粗车轴承室、轴承室的两端面、挡风板凸台平面，粗车止口。

3) 稍微回松卡爪，精车止口和端面。4)精车轴承室。5) 钻孔和攻螺纹。

端盖加工按照轴承室和止口加工时装夹次数的不同，可以分为以下两种加工方案。第一种加工方案：轴承室和止口是在一次装夹中加工出来的。工艺过程如下：

1.4.2　端盖加工工艺方案

1) 将端盖装夹于机床卡爪上，校准中心和端面。2)粗车轴承室、轴承室内端面、挡风板凸台平面。3)粗车和精车止口。4) 将端盖止口装在止口胎具上并压紧。5)精车轴承室和轴承室外端面。6) 钻孔和攻螺纹。

一次装夹加工方案的优点是由于止口和轴承室是在一次装夹中精车出来的，它们的同轴度较高，辅助工时较少。缺点是轴承室容易因夹持应力过大而产生变形。第二种加工方案：轴承室和止口是在两次装夹中精车出来的。工艺过程如下：

两次装夹的优点是夹持应力对精加工部位的变形影响小，夹持稳定可靠，切削速度可适当提高；缺点是止口与轴承室不是一次装夹中来精车，容易产生不同轴，同时两次装夹导致辅助工时增多。

1.4.3　端盖加工工艺方法分析

图 1-32　车轴承室外端面1—拉紧螺杆　 2—蝶形螺母

3—压板　 4—止口胎5—端盖　 6—车刀

1.4.3　端盖加工工艺方法分析

图 1-33　端盖粗车多刀切削

1.4.4　端盖加工工艺卡片表 1-13　工艺卡片

1.4.4　端盖加工工艺卡片表 1-13　工艺卡片

*5、小型电动机端盖自动加工多工位组合机床

1、工位 I为装卸工件；2、工位 II为粗加工；3、工位 III削轴承室内孔；4、工位 IV为精加工。

这台组合机床可加工的端盖规格约 80种。

回转工作台按照一定的节拍沿逆时针转动，多工位同时加工多个工作面，生产效率较高。

*6、小型电动机端盖自动加工数控机床进行加工

普通车床上：用多刀进行粗车数控车床上：精车止口和轴承室、轴承室外端面 止口和轴承室内孔是在精密机床上一次装夹下加工出来的，其同轴度高。

思考下图的各尺寸的检测器具

1、请简要描述端盖的工艺特点及加工方案。2、参考附录的端盖过程卡编写右图示端盖的工艺过程卡，并考虑绘制工艺附图。

作 业

练习

1.5　机座的加工

1.5.1　结构与技术要求1.5.2　机座加工的工艺方案1.5.3　机座加工方法分析1.5.4　机座加工自动流水线1.5.5　直流电机机座的加工特点

1.5.1　结构与技术要求

1)配合用表面的加工尺寸精度、形位公差和表面粗糙度，其要求见表 1-4。2)安装用表面的加工尺寸精度、形位公差和表面粗糙度，其要求见表 1-4。1)铁心挡内圆对两端止口公共基准线的径向圆跳动 (0.12)。2)机座止口两端面对两端止口公共基准轴线的端面圆跳动(0.08)。3)机座止口圆周面的圆度 (75 ％公差带，其平均值仍在公差带范围内 )。

1.5.1　结构与技术要求

4)机座内圆铁心接触面的圆度 (75 ％公差带，其平均值仍在公差范围内 )。5) 底脚平面的平面度 (100 0.04)∶ 。6) 底脚平面与机座两端止口公共基准轴线的平行度 (100 0.04)∶ 。

7)轴伸端左右底脚孔中心连线对其止口平面的平行度 (100 0.36)∶ ；一端左右底脚孔中心连线对另一端底脚孔中心连线的平行度 (1.0

5)。8)两端各一处端盖固定螺孔中心对其凸台中心线的对称度 (1.0)。

1.5.1　结构与技术要求

图 1-34　防护式电机机座结构

1.5.1　结构与技术要求

图 1-35　封闭式电机机座结构

1.5.1　结构与技术要求

图 1-36　止口形式a)内止口　 b)外止口1—机座　 2—端盖

图 1-37　机座底脚孔尺寸布置

1.5.2　机座加工的工艺方案

1)先加工底脚平面，再以底脚平面为基准加工止口和铁心挡内圆。2)先加工完机座止口和铁心挡内圆，再以止口或内圆定位加工底脚平面。

图 1-38　以底脚平面定位加工止口内圆

1.5.3　机座加工方法分析

1. 底脚平面加工2.止口和铁心挡内圆的加工3.各种固定孔的加工4.定子止口精车

1.底脚平面加工

图 1-39　机座底脚刨削加工

1.底脚平面加工

图 1-40　机座底脚铣削加工

1.底脚平面加工

图 1-41　机座中心高测量

1.底脚平面加工

1.底脚平面加工

2.止口和铁心挡内圆的加工

图 1-42　毛坯面定位加工机座

2.止口和铁心挡内圆的加工

图 1-43　止口胎定位加工机座

2.止口和铁心挡内圆的加工

图 1-44　在立式车床上装夹机座

2.止口和铁心挡内圆的加工

图 1-45　机座车削加工表面

3.各种固定孔的加工

图 1-46　机座底脚孔和端盖孔的加工a)内圆定位　 b)止口定位

3.各种固定孔的加工

图 1-47　中小型电机机座吊环螺孔

3.各种固定孔的加工

图 1-48　快换钻夹头结构

4.定子止口精车

图 1-49　精车止口夹具的典型结构1—螺母　 2—胀套　 3—心轴　 4、 5—防护罩

1.5.4　机座加工自动流水线

图 1-50　机座加工自动流水线示意图

1.5.5　直流电机机座的加工特点

1. 钢板焊接机座的加工特点2.分半机座的加工特点

1.钢板焊接机座的加工特点

1)内圆和外圆都经过车光，外表美观，而底脚是在车加工后焊上去。2)为保证电机的磁路对称，主磁极铁心与换向极铁心沿圆周的分布要求均匀，这就要求磁极孔的位置要很准确。3)由于机座是用钢板弯成圆形再焊接的，焊缝的导磁性能与钢板是有差异的，因此，机座的焊缝位置安排要防止引起主磁极磁路的不对称。

图 1-51　整体焊接机座

图 1-52　分半机座

2.分半机座的加工特点

1) 划上、下两半机座的并合面线。2) 镗 (或车 )上，下两半机座的并合面。3) 划上半机座每边并合面上的螺钉孔及销钉孔线。4) 钻上半机座每边并合面螺孔及销钉孔的预孔，并用上半机座配钻下半机座每边并合面螺孔的预孔及销钉孔的预孔。5)装配，并合上、下两半机座用螺栓固紧。

分半机座的并合面位置要着重考虑安装和维修的方便，通常将并合面设计在水平直线以上略高处。机座截面为槽形 ( 见图 1-52)，以增加机座刚度。其加工工艺过程如下：

6) 划校正线，将机壳卧放，且使并合面垂直于划线平台，沿外圆和两端面划垂直于并合面的线；再将机壳立放，且使并合面垂直于划线平台，沿外面划磁极孔的平分线。7)车，在立式车床上车两端面、内圆及止口。8) 划底脚平面线和侧面线。

9) 镗底脚平面和侧面。10) 划磁极孔线及底脚螺孔线。11) 镗工序孔 (即第 10) 道工序的孔。12) 钻每个端面孔的预孔并攻螺纹。

由以上工艺过程可以看出，直流电机分半机座的划线次数较多，几乎全都依靠划线进行机械加工，对划线质量要求较高，为严格控制并合面的加工，在距并合面加工线 5mm 处还应划出一条检查线。当并合面加工线被镗掉或车掉以后，依靠检查线能及时检查并合面的位置。加工并合面时，必须确实保证并合面与检查线之间的距离为 5mm。分半机座的加工特点如下：

1) 首先加工并合面，使上、下两个坯件组成完整的机壳，以便后续工序加工。2)为减少磁路的不对称，并合面要平整，接缝要紧密。3)为使分半机座加工时不错位及以后拆装方便，并合面处以销钉定位。4)加工端面、内圆、止口或底脚平面时，不能使用内圆胀胎，只能采用外圆装夹。 5)与整体机座相比，分半机座的刚度较差。6)加工工时较多。

1.6　电机制造工艺对电机质量的影响

电机制造当中工艺波动因素往往对电机的质量影响很大，一方面影响电机运行性能，另一方面影响电机的装配质量。电机制造工艺对电机性能指标影响比较复杂 ,常常电机的一项性能指标与几种工艺波动因素有关联，对于不同种类的电机又各有其不同的特点，必须根据具体情况进行分析。