Способ изготовления витых торцовых магнитопроводов

 

Изобретение относится к технологии изготовления витых магнитопроводов, используемых, например, в электромашиностроении. Сущность изобретения решает задачу повышения производительности процесса изготовления витого магнитопровода торцового типа при одновременном значительном сокращении отходов электротехнической стали, а также расширения технологических возможностей изготовления зубцовой зоны магнитопровода и повышения степени автоматизации производственного процесса и его гибкости. Для этого продольное разделение ленты на части с взаимно вложенными в пазы зубцами производят программно-управляемым режущим инструментом, например, лучом лазера, по зигзагообразному контуру при непрерывном плавном движении ленты, а изменение шага резки осуществляют дискретно для каждого очередного, подлежащего намотке витка. При этом режущий инструмент перемещают в соответствии с заданной программой по замкнутой траектории, состоящей из двух продольных и двух наклонных к направлению движения ленты участков, благодаря чему за счет сложения движений инструмента и продольно разрезаемой ленты, скорости которых связаны определенной зависимостью, получают требуемую форму зубца (паза) формируемого магнитопровода. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к технологии изготовления витых магнитопроводов и может быть использовано в электротехнической промышленности, в частности при создании электрических машин торцового типа.

Известен способ изготовления витых торцовых магнитопроводов электрических машин [1] включающий штамповку просечек в ленте электротехнической стали, навивку ленты в пакет и формирование зубцовой зоны путем отгибания участков ленты, образованных просечками, наружу от оси пакета.

Недостатками известного способа являются конусная форма наружной и внутренней поверхностей зубцовой зоны получаемого магнитопровода, приводящая к увеличению габаритов последнего, а следовательно и материалоемкости проектируемой электрической машины, а также использование в технологическом процессе оборудования ударного действия, что обуславливает дискретный характер движения ленты и снижает производительность процесса изготовления магнитопровода.

Известен также способ изготовления магнитопровода электрической машины [2] предусматривающий раздельное изготовление ярма и зубцов с их последующим скреплением.

Недостатками этого способа является невысокая производительность технологического процесса и его повышенная трудоемкость, связанная с отдельным изготовлением зубцов и необходимостью последующего их крепления к ярму, что требует дополнительных технологических операций, а само крепление может оказаться недостаточно надежным, причем возможность автоматизации технологического процесса затруднена.

Наиболее близким к изобретению является способ изготовления магнитопровода электрической машины [3] Согласно этому способу ленту продольно разделяют по крайней мере на три части, причем ширина средней части ленты равна удвоенной сумме ширины ярма и зубцовой зоны, так что при ее продольном перегибании до совмещения зубцов образуется двухслойная лента. Две крайние части после продольного разделения ленты складывают путем совмещения зубцов и также образуют двухслойную ленту после их сварки между собой. Образованные таким способом двухслойные ленты по отдельности поступают в намоточный станок, где их изгибают на ребро и сворачивают в спираль, образуя два магнитопровода цилиндрического типа. Продольное разделение ленты на части производят с постоянным шагом между зубцами (пазами) по всей длине ленты; причем так, чтобы зубцы одной части ленты оказываются вложенными в соответствующие им пазы другой ее части и наоборот.

Недостатками способа являются невысокая производительность технологического процесса, что связано с применением оборудования ударного действия и как следствие этого, с дискретным характером движения ленты, а также ограниченные возможности технологии в части изготовления магнитопроводов с пазами сложной формы и переменной глубины, трудоемкость процесса переналадки технологической оснастки при переходе к изготовлению магнитопровода иного типоразмера.

Цель изобретения повышение производительности процесса изготовления витого магнитопровода торцового типа при одновременном значительном сокращении отходов электротехнической стали, а также расширения технологических возможностей изготовления зубцовой зоны магнитопровода и повышения степени автоматизации производственного процесса и его гибкости.

Сущность изобретения заключается в том, что продольное разделение ленты на части производят программно-управляемым режущим инструментом, например, лучом лазера по зигзагообразному контуру с одновременным образованием зубцов и пазов требуемой формы профиля при плавном непрерывном движении ленты так, чтобы зубцы одной части ленты входят в пазы другой и наоборот, а изменение шага резки осуществляют дискретно для каждого очередного витка либо путем удлинения продольного хода инструмента, либо путем увеличения времени его выстоя на продольных участках траектории движения, состоящей из двух продольных и двух наклонных к направлению движения ленты участков, причем при непрерывном движении ленты поперечный (профильный) участок контура реза получают за счет сложения движений ленты и режущего инструмента, скорости которых удовлетворяют зависимости: где V скорость движения ленты, (м/с); V_u скорость движения режущего инструмента по наклонному участку траектории его перемещения, (м/с); а величина продольного хода режущего инструмента по продольным участкам траектории его перемещения, (м); h величина поперечного хода режущего инструмента при его движении по наклонным участкам траектории перемещения, соответствующей глубине паза навиваемого магнитопровода, (м); k поправочный коэффициент, величина которого выбирается в зависимости от формы боковой поверхности зубца, и удовлетворяющей формуле: где β угол отклонения касательной к образующей профиля зубца от перпендикуляра к торцовой плоскости навиваемого магнитопровода, принимаемый положительным при уменьшении ширины паза по его высоте в направлении от основания и отрицательным при ее увеличении, (рад.), в общем случае являющийся переменной величиной по высоте паза.

Одновременно с продольным разделением непрерывно движущейся ленты производят намотку каждой из образующихся ее частей на отдельную оправку, формируя тем самым витые пакеты магнитопроводов, число которых кратное двум, определяется как шириной поступающей в зону резания ленты, так и числом одновременно работающих режущих инструментов.

Значительную экономию электротехнической стали получают благодаря зигзагообразному продольному разделению ленты с одновременным формированием взаимно сопряженных зубцов и пазов ее частей требуемой конфигурации, а также за счет применения для разрезания ленты луча лазера, позволяющего вести этот процесс с минимальной шириной реза, не превышающей 0,5 мм (4:8).

Использование принципа программного управления движением режущего инструмента, например, луча лазера, скорость движения которого удовлетворят зависимости (1), достигают значительного расширения технологических возможностей в части образования зубцов (пазов) магнитопровода заданной формы, причем конфигурация зубца (паза), а также его высота (глубина) могут программно изменяться по ходу технологического процесса путем дискретного изменения параметров движения режущего инструмента, входящих в формулы (1) и (2), в момент времени, соответствующий началу формообразования зубцовой зоны каждого очередного витка.

Автоматическим изменением параметров движения режущего инструмента в соответствии с требуемой конфигурацией зубцов (пазов) формируемого магнитопровода, в сочетании непрерывным процессом намотки продольно разделяемого на части ленты в пакеты, обеспечивают универсальность, гибкость и высокую степень автоматизации всего технологического процесса.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображена технологическая схема установки для изготовления магнитопроводов торцового типа; на фиг.2 внешний вид магнитопровода; на фиг. 3 схема продольного разделения ленты на части, некоторые из возможных конфигураций реза, определяющие форму получаемых зубцов (пазов); на фиг.4 - схема продольного разделения ленты на части, участок ленты, соответствующий окончанию зубцовой зоны предыдущего витка и переходу к зубцовой зоне следующего за ним витка; на фиг.5 схема продольного разделения ленты на части, траектория движения режущего инструмента в неподвижной системе осей координат и соответствующий одному циклу его движения разрез ленты, перемещающейся со скоростью V.

Способ осуществляется следующим образом.

Ленту 1 электротехнической стали (фиг.1) сматывают с рулона 2, пропускают через отклоняющую валковую пару 3 и 4, и с помощью валков 5 и 6, имеющих принудительное вращение, протягивают над рабочей поверхностью стола 7, на котором производят ее продольное разделение на части с образованием зубцовой зоны с помощью режущего инструмента, например, луча 8 газолазерного резака 9. Каждую из образующихся частей ленты 10 и 11 отклоняют от общей плоскости разделительным устройством 12 и направляют по своему технологическому каналу к соответствующему намоточному устройству 13 (14), в котором производят намотку на оправку 15 (16), формируя тем самым витой пакет магнитопровода, общий вид которого показан на фиг.2. Необходимую плотность намотки обеспечивают за счет натяжения ленты и прижатия формируемого пакета к валку намоточного устройства 13 (14). В конце процесса намотки производят скрепление ленты в пакет, например, сваркой.

Угловой шаг a зубцовой зоны пакета (фиг.2) является постоянным, а линейные шаги с каждым новым витком ленты возрастают, причем так, что число зубцов (пазов) сохраняется неизменным. Увеличение DS линейного шага резки S (фиг.4) зависит от толщины ленты δ:
DS = δ·α (3) (3)
В процессе продольного разрезания ленты и образования зубцовой зоны число зубцов (пазов) с постоянным шагом S, соответствующее одному витку, контролируют счетчиком. По достижении заданного (постоянного) числа зубцов (пазов) программно-управляемому режущему инструменту устройство управления сообщает команду на изменение параметров его движения по замкнутой траектории А-В-С-D-А (фиг.5).

Коррекция параметров движения режущего инструмента необходима как в связи с возможным изменением формы профиля зубца (паза), так и в связи с увеличением шага резки на величину ΔS.

Корректировку параметров движения инструмента производят в соответствии с зависимостями (1) и (2), причем увеличение ΔS шага резки может быть выполнено в двух вариантах:
1) увеличивают величину продольного хода (а) инструмента на величину ΔS/2 и изменяют скорость его движения (V_u) на наклонных участках траектории В-С и D-А (фиг.5) в соответствии с формулой (1) и требуемой формой профиля зубца (фиг.3);
2) в управляющей программе предусматривают выстой (временную остановку) режущего инструмента в позициях А и С (фиг.5), время которого t_i дискретно увеличивают на величину Δt при увеличении шага резки на ΔS для каждого очередного витка:
t_i= (i-1)·Δt, (4)
где

i 1,2 n номер витка.

В варианте 2 процесс резания в период t_i производят со скоростью движения ленты V, продольный ход (а) инструмента по участкам А-В и С-D траектории (фиг.5) остается неизменным.

Как следует из фиг.4, при изготовлении двух одинаковых магнитопроводов из одной ленты толщина зубца меньше ширины паза на удвоенную величину ширины реза (2Δ).

Возможен вариант изготовления двух магнитопроводов из одной ленты, у одного из которых ширина пазов больше толщины зубцов, а у другого толщина зубцов больше ширины пазов (на одном витке).

В зависимости от соотношения скоростей движения ленты (V) и режущего инструмента (V_u), удовлетворяющих зависимости (1), и значения коэффициента k, определяемого по формуле (2), получают требуемую форму зубца (паза). Для зубцов (пазов) с прямолинейной образующей профиля (фиг.3) значения k принимают постоянными. При k 1 получают зубцы (пазы) прямоугольной формы. Одному циклу движения режущего инструмента по траектории А-В-С-D-А соответствует разрез ленты A'-B'-C'-D'-A (фиг.5).

При k, меньше единицы, участок разреза B'-C'-D'-A принимает форму трапеции, у которой размер по основанию С'-D' больше размера по другому ее основанию A-B'.

При k, больше единицы, получают обратное соотношение размеров трапеции, образуемой участком разреза В-С-D-А.

Для изготовления магнитопровода с зубцами (пазами) криволинейного профиля, а также переменной по длине зубца формы, значения коэффициента k изменяют программным методом в соответствии с требуемой формой профиля и законом его изменения по длине зубца, и следовательно согласно зависимости (1), изменяют и скорость движения режущего инструмента V_u на участках траектории В-С и D-А (фиг.5) при постоянной скорости движения ленты V, либо изменяют значения обеих этих скоростей.

Способ изготовления витых торцовых магнитопроводов отличается высокой производительностью, является практически безотходным, соответствует современному уровню развития техники, обеспечивает значительное расширение технологических возможностей производства, повышает степень его автоматизации и может быть положен в основу создания гибкого автоматизированного производства витых торцовых магнитопроводов широкой номенклатуры в электротехнической отрасли промышленности.

Формула изобретения

1. Способ изготовления витых торцевых магнитопроводов, согласно которому осуществляют продольное разделение ленты на части по зигзагообразному контуру при плавном непрерывном движении ленты с одновременным образованием зубцов и пазов требуемой формы так, что зубцы одной части ленты входят в пазы другой, и наоборот, навивают каждую часть ленты плашмя в пакет с образованием ярма и зубцовой зоны и скрепляют витки пакетов между собой, отличающийся тем, что продольное разделение ленты на части производят программно-управляемым режущим инструментом, при этом шаг резки увеличивают дискретно для каждого очередного витка, либо путем увеличения времени выстоя режущего инструмента на продольных участках траектории его перемещения на величину δα/2v, либо путем удлинения продольного хода режущего инструмента на величину
δ·α/2,
где δ- толщины ленты, м;
α- угловой шаг зубцов магнитопровода, рад;
v скорость движения ленты, м/с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что режущий инструмент перемещают по замкнутой траектории, состоящей из двух продольных и двух наклонных к направлению движения ленты участков, при этом скорость движения ленты и скорость движения режущего инструмента по наклонному участку траектории перемещения связаны между собой зависимостью

где v скорость движения ленты, м/с;
v_и скорость движения режущего инструмента по наклонному участку траектории его перемещения, м/с;
К поправочный коэффициент, величина которого выбирается в зависимости от формы боковой поверхности зубца;
a величина продольного хода режущего инструмента по продольным участкам траектории его перемещения, м;
h величина поперечного хода режущего инструмента при его движении по наклонным участкам траектории перемещения, соответствующая глубине паза навиваемого магнитопровода, м.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что величину поперечного хода режущего инструмента h изменяют программным методом при переходе к образованию зубцовой зоны очередного витка навиваемого магнитопровода в соответствии с требуемым законом изменения высоты паза навиваемого магнитопровода в радиальном направлении от его оси.

4. Способ по п.2, отличающийся тем, что величину поправочного коэффициента K определяют аналитически из математического выражения

где h величина поперечного хода режущего инструмента при его движении по наклонным участкам траектории перемещения, м;
a величина продольного хода режущего инструмента по продольным участкам траектории его перемещения, м;
β угол отклонения касательной к образующей профиля зубца от перпендикуляра к торцовой плоскости навиваемого магнитопровода, принимаемый положительным при уменьшении ширины паза по его высоте и отрицательным при ее увеличении, рад;
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что величину поправочного коэффициента K изменяют программным методом в соответствии с требуемой формой профиля зубца и в соответствии с законом изменения формы профиля зубца в радиальном направлении от оси навиваемого магнитопровода.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5