1、2.4.4、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
2、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
3、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。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
4、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
5、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1 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
6、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。 2 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
7、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。2.2、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
8、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
9、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。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
10、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
11、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 1）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
12、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
13、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
14、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题，转子支架结构太大，我们不可能做个同样大的钻模，浪费材料而且工件不好定位和旋转。转子支架的结构特殊，是一个大型的圆筒，而孔的位置都在圆柱上也分布均匀有规律，加工时的摆放位置也只能是转子支架的轴线与地面垂直。因此根据转子支架的结构特点，我们选用移动式钻模，并且是其中可定向移动的。只要限定钻模轴向的自由度，便其可以沿圆柱端面做圆周定向移动。2.3.3、钻模板的类型及选择1、钻模板的类型钻模板通常是装配在夹具体或支架上，或与夹具体上的其它元件相连接，常见的有以下几种类型： 1）固定式钻模板如图10所示，这种钻模板是直接固定在夹具体上的，故钻套相对于夹具体也是固定的，钻孔精度较高。但是这种结构对某些工件而言，装拆不太方便。该钻模板与夹具体多采用圆锥销定位、螺钉紧固的结构。对于简单钻模也可采用整体铸造或焊接结构。2）分离式钻模板如图11所示，这种钻模板与夹具体是分离的，并成为一个独立部分，且模
