溪洛渡定子线圈模具的加工

溪洛渡定子线圈模具的加工
【摘要】本文主要对溪洛渡水轮发电机线圈模具数控加工工艺进行了详尽阐述，指出加工过程中遇到的难点及需要重点控制的问题。

同时从毛坯现状、加工要求、机床刀具选择、程序编制、程序校验及现场加工几方面进行介绍，解决了原有线圈加工中存在的形线一致性差的技术难题，为加工同类难加工件积累了实践经验，提升了我公司在数控加工技术方面的推广应用能力。

【关键词】水轮发电机；定子线圈；模具；数控加工；编程
引言
定子线圈是水轮发电机定子部件内起主要作用且制造难度较大的部分。

定子线圈模具的加工是定子线圈热压成型技术中较为重要的一环，它直接影响了线圈形线的一致性、吻合度及绝缘层厚度等重要性能。

我公司原有定子线圈热压模具加工工艺是：
刨床刨模具端胎锥体——划线——分段加工——分段弯形——整体组焊——抛光形面”。

大部分工作采用手工弯制打磨的方法，不仅工人劳动强度大、生产效率低，而且不易保证整个线圈形腔多个模具间的型线一致性。

为了满足水轮发电机定子线圈的工艺要求，缩短其模具生产周期，保证线圈的质量，我们采用数控加工定子线圈模具的制造。

1定子线圈模具数控加工数控加工工艺方案
为改进工艺方案，提高生产质量和生产效率，根据公司自身技术特点，研究并制定了如下定子线圈模具数控加工工艺方案.其加工工艺主体流程框图如图1为定子线圈模具数控加工编程流程框图。

2主要工艺方法
2.1建模特点
根据我公司现有技术资源，我们选择在UG软件平台上进行定子线圈模具原始模型的设计和加工程序的计算。

图1主体方案流程图
从结构上讲，我公司设计的线圈模具是由一个锥体和附着在其上的线圈实体组成。

锥体建模相对简单，只需按图纸尺寸，运用UG建模环境下的特征造型和平面切割，就可以准确地做出。

图2为锥体特征造型后的示意图。

2.2加工特点
2.2.1毛坯现状
锥体经焊割定侧，其底面和侧面出现较大变形，模具腔体部分为主要数控加工部位，由于腔体形状复杂在组焊时控制各部分余量均匀分布更为重要。

2.2.2加工要求
工作面即内腔侧面、底面的表面粗糙度要求较高其余12.5mm。

内腔截面尺寸允许公差要求也很高，其余尺寸皆属自由公差。

其他要求：保证形腔的一致性、渐开线部位与图纸的吻合度。

2.2.3机床选择
按照数控加工机床选择原则，根据线圈模具的实际加工情况，选用满足行程条件的五轴联动铣床。

2.2.4刀具选择
刀具选择是数控加工策略中非常重要的一个环节，它直接影响加工质量和加工效率。

为满足加工要求，提高加工效率，我先后选用了面铣刀、立铣刀、方肩铣刀、多齿立铣刀等。

刀具选用的难点在于，线圈模具内腔侧面深度较高，成型模深度较深，热压模相对成型模更深。

一般的直径Ф40或Ф50的立铣刀，其侧刃高度为50-80mm.而需达到加工要求只有选用刃长超过130mm的自制刀具，但其悬长较长，加工难度大。

2.3编程方法
2.3.1五轴联动面驱动
侧面为自由曲面，采用五轴联动方式进行粗精加工。

具体做法是：打开UG 加工环境选择多轴加工策略，选择对应加工刀具和加工坐标系，命名加工程序。

加工策略：首先采用五轴流线驱动方法，然后定义加工驱动面，设定顺逆铣混合的走刀方式，沿曲面流线方向走刀。

图2为计算完成后的刀位轨迹。

图2
2.3.2多轴外形轮廓铣
多轴外形轮廓铣这种加工方式是专门用于侧面驱动的刀位计算方法，特别适
合该线圈模具的内腔侧面加工。

为保证加工精度，内腔侧面分为粗加工、半精加工、精加工。

具体做法是：先进入UG加工环境，创建加工操作，选取多轴铣加工中的Contour-profile驱动方式，选取刀具，命名程序。

加工策略的设置：粗加工选用端铣刀，留一定余量分层切削，以保证加工效率；半精加工选用方肩铣刀，为最后精加工留少许余量分层切削；精加工选用精铣立铣刀，一次性不间断走刀完成。

这种方式生成的程序为刀具侧刃切削工件表面。

设置参数时应注意加工面的选取，加工面必须是有一侧壁的底面。

如果加工面不止一个，则应注意须依次选取连续的加工面，这样刀位才会比较规整，才能达到预期效果。

2.4程序效验
加工程序是直接指导加工，影响加工质量和效率的主要因素，因此进行程序校验很有必要。

目前我们主要以UG自带程序模拟和用Vericut仿真软件模拟检验机床在加工运行中是否与工件发生碰撞、干涉，同时调试程序所占用的机床加工时间，提高效率。

经校验无误后，选择与机床控制系统相对应的后置文件进行程序后置处理，得到机床能执行的代码文件及加工程序。

2.5加工中变形控制
加工线圈模具控制加工变形一直是重点和难点。

由于模具形腔毛坯余量不均，所以极易引起加工时切削力不均，造成切削振动，使工件发生加工变形。

精铣时，因加工深度较大，刀具悬伸较长，若切削深度过大就会产生让刀现象。

针对这种情况，我们采取了以下工艺改进方法：
2.5.1将粗加工刀具由立铣刀改为端铣刀，半精加工刀具由立铣刀改为方肩铣刀，这样刀具与工件表面的接触面减少了，钢性更好，从而减少了振动，保证了精加工余量。

2.5.2减少内腔面半精加工后的余量，即减少精加工的吃刀深度，使得精加工过程中刀具走刀更加平稳，较少刀具悬伸过长而引起的刀具颤动，保证了产品内腔表面的加工质量。

如图3
3模具的加工效果及检测
3.1对加工后的模腔进行自检处理
3.1.1利用三坐标测量臂对定子线圈模具形腔进行数据采集；
3.1.2利用Geomagic.Qualify[三维检测软件]对采集的数据进行分析。

3.2模具的加工效果，结束语
经检验模具形线内腔形线满足工艺要求，相关尺寸均达到图纸要求。

溪洛渡水轮发电机模具数控加工工艺方案的实施，缩短了线圈模具的生产周期，减少了手工作业的劳动强度，解决了原来定子线圈加工方式中形线吻合度较差的技术难题，保证了定子线圈模具的加工质量。

图4和图5为数据分析后的结果。