一、項(xiàng)目研究的背景和意義

溫州電機(jī)換向器產(chǎn)業(yè)集群是全國(guó)的半壁江山，其市場(chǎng)份額占全國(guó)的一半以上，現(xiàn)有企業(yè)100來(lái)家，較大規(guī)模的有10多家。企業(yè)輻射深圳、蘇州、南京、福建等全國(guó)各地，年銷售額在50億元以上。近年來(lái)產(chǎn)品的科技含量逐步提高，獲得國(guó)家創(chuàng)新基金項(xiàng)目、列入國(guó)家火炬計(jì)劃項(xiàng)目。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)現(xiàn)有發(fā)明專利20多項(xiàng)，實(shí)用新型專利200多項(xiàng)，建有省級(jí)換向器試驗(yàn)室并為主參加電機(jī)換向器國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制訂，生產(chǎn)方式也從手工逐步實(shí)現(xiàn)半機(jī)械化。近來(lái)瑞安市博宇電器有限公司研發(fā)了智能數(shù)控電機(jī)換向器生產(chǎn)線并得到德國(guó)博世等公司的重視，多次來(lái)該公司考察商談合作事宜。

并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料研發(fā)（如銀銅合金、納米材料、膜塑料的優(yōu)選應(yīng)用）、工藝的改進(jìn)等。創(chuàng)造條件與國(guó)際知名電機(jī)企業(yè)如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬(wàn)寶至等在中國(guó)設(shè)立的生產(chǎn)基地合作，參與電機(jī)換向器產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，是換向器創(chuàng)名牌產(chǎn)品的技術(shù)前提。如瑞安為世界500強(qiáng)企業(yè)之一的博世公司配套而研發(fā)的換向器產(chǎn)品到達(dá)博世公司的噪音低、換向器在高速運(yùn)轉(zhuǎn)后外徑變化量及換向片片間高低差及降低成本等方面的特殊要求。瑞安市在換向器產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面也已積累了一些經(jīng)驗(yàn)。

可以說(shuō)瑞安電機(jī)換向器與世界同步轉(zhuǎn)動(dòng)。但與國(guó)外差距還較大，缺少高端、名牌產(chǎn)品。為此，在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型時(shí)期，瑞安電機(jī)換向器行業(yè)要抓住發(fā)展機(jī)遇，跟上時(shí)代步伐，實(shí)現(xiàn)機(jī)器換人創(chuàng)出高端產(chǎn)品，為瑞安經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

從產(chǎn)業(yè)鏈上看，換向器產(chǎn)品的下游行業(yè)為各大電機(jī)整機(jī)制造業(yè)，而電機(jī)的下游行業(yè)包含了幾乎全部國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)行業(yè)，而其中汽車行業(yè)、家用電器、電動(dòng)工具、OA辦公設(shè)備等是其典型及最主要的應(yīng)用行業(yè)，通過(guò)對(duì)這四大應(yīng)用領(lǐng)域需求的分析，可以看出未來(lái)市場(chǎng)對(duì)換向器的需求量是十分龐大且持續(xù)的。

1、汽車行業(yè)

汽車電機(jī)是汽車的核心零部件，在起動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、燃油泵、ABS系統(tǒng)、冷卻散熱系統(tǒng)、搖窗及雨刮等部件上均有應(yīng)用?，F(xiàn)代汽車尤其是高檔轎車大量采用新機(jī)械、新設(shè)備，極大地促進(jìn)了汽車微特電機(jī)的應(yīng)用，相應(yīng)地刺激了對(duì)換向器的需求。

美國(guó)汽車工業(yè)聯(lián)盟預(yù)測(cè)，2015年全球汽車產(chǎn)量將超過(guò)9000萬(wàn)輛，全球汽車保有量到2015年預(yù)計(jì)超過(guò)12億輛。

新興市場(chǎng)，尤其是中國(guó)、澳大利亞等市場(chǎng)日益成為全球汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要增長(zhǎng)動(dòng)力。中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)到2015年，產(chǎn)銷量有望達(dá)到2500萬(wàn)輛，保有量達(dá)到約1.4億輛。

總的來(lái)看，一臺(tái)汽車出廠時(shí)需要使用換向器的電機(jī)平均數(shù)量為30個(gè)，車輛壽命平均約15年，在使用壽命內(nèi)，油泵、雨刮、搖窗、起動(dòng)機(jī)等零部件由于使用頻繁，電機(jī)更換需求較高，更換需求的換向器數(shù)量約8個(gè)。

基于以上車輛保有量、產(chǎn)量數(shù)據(jù)，到2015年預(yù)計(jì)達(dá)到34.26億只。按照每個(gè)汽車用換向器平均價(jià)格1.8/元計(jì)算，則2015年，全球來(lái)自汽車產(chǎn)業(yè)的換向器市場(chǎng)需求規(guī)模61.66億元，其中中國(guó)市場(chǎng)需求規(guī)模達(dá)到14.85億元。

2、家電行業(yè)

換向器作為家用電器的重要配套行業(yè)，伴隨其發(fā)展進(jìn)步一路成長(zhǎng)。家電制造行業(yè)對(duì)換向器的需求主要來(lái)自于如洗衣機(jī)，吸塵器、攪拌機(jī)、豆?jié){機(jī)、果汁機(jī)等電動(dòng)小家電，以及吹風(fēng)機(jī)等個(gè)人護(hù)理電器。歐美日等成熟市場(chǎng)的高附加值產(chǎn)品更新?lián)Q代需求，以及新興市場(chǎng)消費(fèi)者購(gòu)買能力提升帶來(lái)的新生需求，同時(shí)小型家電產(chǎn)品需求開(kāi)始普及，成為推動(dòng)家電行業(yè)成長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)因素，進(jìn)而帶動(dòng)著其上游電機(jī)及換向器的需求不斷增長(zhǎng)。

中國(guó)已經(jīng)成為名副其實(shí)的全球家電生產(chǎn)中心。中國(guó)家用電器協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)表明，中國(guó)制造的45類家電產(chǎn)品銷量穩(wěn)居全球第一，其中洗衣機(jī)、吸塵器及小家電產(chǎn)品分別超過(guò)全球產(chǎn)能的60%、85%、80%。預(yù)計(jì)到“十二五”期末，中國(guó)家電工業(yè)總產(chǎn)值將達(dá)到1.5萬(wàn)億元，年均增長(zhǎng)率達(dá)9.2%。

家電行業(yè)換向器整體需求規(guī)模。整體來(lái)看，全球來(lái)自包括洗衣機(jī)、吸塵器及電動(dòng)小家電在內(nèi)的家電行業(yè)的換向器需求量到2015年將達(dá)到24.15億只，復(fù)合增長(zhǎng)率為7.0%，相應(yīng)的，需求規(guī)模也將從41.08億元增長(zhǎng)到52.69億元。

中國(guó)家電行業(yè)的換向器需求占到了全球的80%以上。需求量及需求規(guī)模分別增長(zhǎng)到20.33億只和44.18億只，年均增長(zhǎng)速度均超過(guò)8%。

3、電動(dòng)工具行業(yè)

電機(jī)是專業(yè)電動(dòng)工具的心臟，電機(jī)制造技術(shù)體現(xiàn)廠家的核心技術(shù)水平，性能受到整體系統(tǒng)集成的影響，因此，不同性能和功能的電動(dòng)工具對(duì)電機(jī)及電機(jī)組件包括換向器的性能要求也有所不同。據(jù)中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)電動(dòng)工具分會(huì)的資料，按照一臺(tái)電動(dòng)工具配備一臺(tái)需使用換向器的電機(jī)測(cè)算，至2015年全球電動(dòng)工具市場(chǎng)的換向器需求量將達(dá)到約3.30億只。按照每個(gè)電動(dòng)工具用換向器平均價(jià)格2.5元計(jì)算，則2015年全球換向器市場(chǎng)容量?jī)H電動(dòng)工具領(lǐng)域就達(dá)到8.24億元，其中中國(guó)市場(chǎng)需求量及規(guī)模分別達(dá)到2.84億只及7.11億元。

4、OA辦公設(shè)備行業(yè)

OA辦公設(shè)備，即辦公自動(dòng)化設(shè)備，包括打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、投影儀、碎紙機(jī)等，其動(dòng)力裝置基本都需要配備不同性能的電機(jī)，從而需配備不同類型的換向器。據(jù)中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，2015年將達(dá)到約14861萬(wàn)套，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為2.0%。中國(guó)OA辦公設(shè)備制造業(yè)已經(jīng)成功承接了國(guó)際產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，產(chǎn)量約占全球的70%以上。

按照一套OA辦公設(shè)備配備兩臺(tái)需使用換向器的電機(jī)測(cè)算，2015年全球來(lái)自O(shè)A辦公設(shè)備市場(chǎng)的換向器需求量將達(dá)到2.97億只，若按照每個(gè)換向器平均價(jià)格0.6元計(jì)算，則2015年全球OA辦公設(shè)備用換向器需求規(guī)模達(dá)到1.78億元；中國(guó)OA辦公設(shè)備用換向器市場(chǎng)需求量及需求規(guī)模將分別達(dá)到2.20億只，1.32億元。

全球及中國(guó)電機(jī)換向器行業(yè)需求規(guī)模及預(yù)測(cè)。

總體來(lái)看，電機(jī)換向器全球需求規(guī)模上來(lái)看，到2015年預(yù)計(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)到64.67億只，復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到4.8%；需求規(guī)模也從2011年的103.03億元增長(zhǎng)至2015年的124.38億元。

中國(guó)市場(chǎng)對(duì)電機(jī)換向器的需求量2015年33.62億只，復(fù)合增長(zhǎng)率為7.6%，明顯高于全球水平，期間中國(guó)需求量占全球全球占比也從46.7%增長(zhǎng)至52.0%；從需求規(guī)模上來(lái)看，2015年，市場(chǎng)規(guī)模及將分別達(dá)到67.46億元及54.2%。

在全球換向器行業(yè)中，中國(guó)必將扮演著越來(lái)越重要的角色。

二、電機(jī)換向器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、創(chuàng)造條件與國(guó)際知名電機(jī)企業(yè)如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬(wàn)寶至等在中國(guó)設(shè)立的生產(chǎn)基地合作，參與電機(jī)換向器產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，是換向器創(chuàng)名牌產(chǎn)品的技術(shù)前提。如我公司為世界500強(qiáng)企業(yè)之一的博世公司配套而研發(fā)的換向器產(chǎn)品達(dá)到博世公司的噪音低、換向器在高速運(yùn)轉(zhuǎn)后外徑變化量及換向片片間高低差及降低成本等方面的特殊要求。瑞安市在換向器產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面也已積累了一些經(jīng)驗(yàn)。現(xiàn)將我們進(jìn)行電機(jī)換向器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究分析如下。

換向器產(chǎn)品一般分為鉤型和槽型兩種，鉤型換向器根據(jù)使用要求的不同對(duì)片數(shù)的要求不一樣，當(dāng)產(chǎn)品的片數(shù)較少，比如8片，10片，12片等時(shí)，鉤部分的寬度和厚度比較大，彎曲成形時(shí)的應(yīng)力很大，容易造成鉤的根部與模塑料部分開(kāi)裂，造成產(chǎn)品的不良，因此，采用如下設(shè)計(jì)：換向片底部燕尾部分與鉤根部相連，在端面部分采取20度斜角，避免銅材料露出表面，由于彎曲時(shí)應(yīng)力集中在換向片身上，從而避免了開(kāi)裂問(wèn)題。電機(jī)換向器按照結(jié)構(gòu)一般分為殼式和插片式兩種。前者銅材料成型前為整體式，依靠銑加工分片，后者成型前為片式，依靠云母片片間絕緣。常規(guī)的插片式結(jié)構(gòu)采用的云母片是矩形結(jié)構(gòu)，成型后因片間的擠壓力固定在產(chǎn)品中，在電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)容易從產(chǎn)品中浮起或者飛出，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量影響很大。為預(yù)防此不合格現(xiàn)象再發(fā)生，該產(chǎn)品采用一種燕尾式結(jié)構(gòu)云母片。云母片使用新結(jié)構(gòu)后，加工成型后的產(chǎn)品中只存留很短的燕尾式云母片，不僅以壓力固定其中，而且燕尾式結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)上大大增加了固定的穩(wěn)定性，從而很好的解決了云母浮起的隱患，提高了產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性。

槽型換向器成型后有的產(chǎn)品臺(tái)階端面上會(huì)有一層比較薄的模塑料，采用插片式結(jié)構(gòu)時(shí)，當(dāng)臺(tái)階外徑和工作面外徑差距較大時(shí)，由于覆蓋層的懸式結(jié)構(gòu)和較薄的厚度，在壓塑成型后的高溫冷卻時(shí)容易與端面分層，造成不良。針對(duì)以上不足，通過(guò)如下技術(shù)方案克服：采用新型云母片結(jié)構(gòu)，在臺(tái)階端面部分開(kāi)燕尾槽結(jié)構(gòu)。這樣成型后端面覆蓋層不再是懸式結(jié)構(gòu)，深入燕尾槽的模塑料能夠產(chǎn)生足夠的拉力使覆蓋層與端面不分層，從而有效提高了產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。

傳統(tǒng)的插片式槽型換向器臺(tái)階處都是采用實(shí)心的銅材料換向片，通過(guò)機(jī)加工銑槽工序加工焊線槽成型，不僅在成本上比較浪費(fèi)，而且對(duì)插片式換向器產(chǎn)品共存的斜片問(wèn)題沒(méi)有任何幫助，當(dāng)端面的模塑料結(jié)構(gòu)比較特殊，需要定位成型時(shí)需要另外增加定位要素。因此，我司采用一種新型結(jié)構(gòu)如下：在換向片頂部（成型后外圓部分）中心處增加拉槽，不僅減輕了投料成本，而且能很好的解決以上所述問(wèn)題，大大提高產(chǎn)品的各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)。尺寸較大的平面換向器一般采用冷擠壓結(jié)構(gòu)和插片式結(jié)構(gòu)兩種，因其換向片比較短，焊線比較粗大，當(dāng)焊線與槽位出現(xiàn)偏差時(shí)換向片由于受到很大的軸向壓力而開(kāi)裂。

我們針對(duì)以上不足，方案如下：換向片底部材料向右伸出，以杠桿形式增加換向片軸向彎折強(qiáng)度，從結(jié)構(gòu)上提高性能，另外焊線方向增加光滑過(guò)渡的模塑料，當(dāng)焊線與槽位出現(xiàn)偏差時(shí)能有效糾正，且承擔(dān)大部分所受到的軸向壓力，有效解決此類產(chǎn)品的難題，提高裝配性能。

如今的汽車換向器性能要求越來(lái)越高，對(duì)轉(zhuǎn)速要求同樣如此。汽車換向器的尺寸普遍較大，為滿足要求一般都是采用加強(qiáng)環(huán)結(jié)構(gòu)，包括玻璃纖維材料和錳鋼材料兩種。但盡管如此，依然難以滿足越來(lái)越高的技術(shù)要求。因此，我司采用一種新型換向片結(jié)構(gòu)，在換向片底部拉出雙溝槽，使用沖孔結(jié)構(gòu)能保證雙溝槽每片保持完整的嵌入模塑料中，大大增強(qiáng)了換向片的徑向拉力，提高了產(chǎn)品高溫轉(zhuǎn)速性能。此新型設(shè)計(jì)僅適用于尺寸較大的換向器產(chǎn)品。

一般插片式汽車用換向器換向片結(jié)構(gòu)普遍采用云母片絕緣結(jié)構(gòu)，換向片與云母片接觸部分采用平面式直線結(jié)構(gòu)，中心線部分開(kāi)焊線槽焊線。此結(jié)構(gòu)換向片銅材料在槽底部和槽頂部剩余厚度在槽深尺寸較大時(shí)相差較大，造成頂部銅材料的不必要的浪費(fèi)，增加了產(chǎn)品的成本。采用本公司自主研發(fā)的一種實(shí)用新型的換向器的換向片，本實(shí)用新型目的在于滿足產(chǎn)品性能的同時(shí)節(jié)約材料成本，減輕產(chǎn)品重量，提高產(chǎn)品性能。通過(guò)如下設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)：不再采用符合換向片角度的側(cè)面直線結(jié)構(gòu)，在換向片頂部部分采用與中心線平行的結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到節(jié)省銅材投料，減輕換向片重量的目的。

汽車換向器的尺寸普遍較大，為滿足越來(lái)越高的高溫轉(zhuǎn)速要求一般都是采用加強(qiáng)環(huán)結(jié)構(gòu)，包括玻璃纖維材料和錳鋼材料兩種。一般的換向片結(jié)構(gòu)加強(qiáng)環(huán)都是嵌入兩端沖槽內(nèi)，開(kāi)槽時(shí)由于升高片較高，會(huì)產(chǎn)生很大的軸向壓力，且壓力部位集中在臺(tái)階頂部區(qū)域，而底部為懸梁結(jié)構(gòu)，容易造成臺(tái)階向另一方向傾倒，產(chǎn)生倒排現(xiàn)象，另外臺(tái)階處集中了很大的質(zhì)量，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，懸梁結(jié)構(gòu)也會(huì)承受很大的應(yīng)力。因此，本實(shí)用專利的目的在于克服這些不足，采用如下設(shè)計(jì)：換向片底部自臺(tái)階端面伸出，避免產(chǎn)生懸梁結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)環(huán)嵌套在伸出部位，避免臺(tái)階重量落在換向片端面部位，從而有效解決以上問(wèn)題，大大提高產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

1、電機(jī)換向器的設(shè)計(jì)方案探討

多年來(lái)，我們?cè)O(shè)計(jì)了各種電機(jī)換向器，現(xiàn)將各種設(shè)計(jì)方案綜合如下，供參考。

方案一：

方案二：

方案三：

方案四：

方案五：

方案六：

方案七：

方案八：

2、換向器采用的材料

2.1. 換向器用銅分兩大類：

2.1.1 無(wú)氧銅或電解銅

無(wú)氧銅或電解銅主要用于除吸塵器及電動(dòng)工具以外的換向器，例如，小家電電機(jī)，汽車啟動(dòng)馬達(dá)用換向器上。

2.1.2 銀銅合金

a. Ag-Cu 0.08% （萬(wàn)分之八）

b. Ag-Cu 0.1% （千分之一）

c. Ag-Cu 0.2% （千分之二）

d. Ag-Cu 0.3% （千分之三）

第二大類的銀銅主要用于吸塵器及電動(dòng)工具上： 吸塵器用（4） Ag-Cu 0.3% 的較多，因?yàn)槲鼔m器轉(zhuǎn)速較高，通常在35000~55000之間（當(dāng)前主流），換向承受的線速度較高，換向時(shí)的火花不斷燒蝕換向器表面，造成換向器表面的溫度急聚升高，在銅中增加一定含量的銀后可以增加銀銅合金的耐高溫性，使得換向器表面不易造成變形，可以有效控制火花及浮排等不良的出現(xiàn)。電動(dòng)工具用（2） Ag-Cu 0.1%的較多，百德、德昌、博世、牧田等基本都使用些含銀量的換向器，并不是說(shuō)含銀量越高越好，好多人有一個(gè)誤區(qū)就是認(rèn)為換向器含銀量越高越好，其實(shí)不是這樣的，含銀量高了以后，銀銅合金的導(dǎo)電率ASL會(huì)下降，從換向本身來(lái)說(shuō)也帶來(lái)了負(fù)面的影響，表面不易形成有益的氧化膜，電動(dòng)工具與吸塵器性質(zhì)不一樣，所以不能一概而論，況且，純銀現(xiàn)在的價(jià)格在2700元/Kg，一噸銅里多加2Kg銀就等于成本多加了5000元，攤到每只換向器上也有幾分錢到幾角錢不等。當(dāng)然還得取決于換向器本身的形狀及結(jié)構(gòu)以及電機(jī)的大小，百德外徑大于28的產(chǎn)品基本會(huì)用（3）Ag-Cu 0.2%銀銅。當(dāng)然光有銀銅了也不行，電木粉的材料以及換向器本身的結(jié)構(gòu)也很關(guān)鍵，一款好的換向器決不是隨手可以設(shè)計(jì)出來(lái)的，有一個(gè)地方不好，那在使用過(guò)程中都有可能出現(xiàn)火花，跳排，浮片等各種各樣的問(wèn)題。 換向器的硬度是一個(gè)非常非常關(guān)鍵的參數(shù)，這關(guān)系到與之配合的碳刷的配合性，配合得好可以抑制火花，增加壽命時(shí)間，反之則出現(xiàn)惡性不良失效的產(chǎn)生。

2.2. 電木粉（酚醛模塑料）

2.2.1 電木粉（又名酚醛模塑料）日文名稱：纖維強(qiáng)化樹(shù)脂成型材料。

電木粉（又名酚醛模塑料）：屬于熱固性塑料，以酚醛樹(shù)脂為粘合劑，木粉為主要填料，輔以添加劑，通過(guò)熱煉加工制備而成的粉粒狀酚醛模塑料。適宜于模壓成型和注塑成型，用于低壓電器、普通生活用具、阻燃、耐熱耐水的高強(qiáng)度電器配件和水潤(rùn)滑軸承及密封圈、高性能汽車零配件，交通電器的絕緣結(jié)構(gòu)件和具有高頻絕緣性的電訊、無(wú)線電絕緣零件等。

酚醛模塑料的分類介紹

2.2.2 電木粉常見(jiàn)成型缺陷原因

a. 流紋：模具溫度偏低；射速、射壓不合理；料溫偏低；澆口太厚、太寬；入料速度偏小。

b. 起泡：模具溫度偏低；模具溫度太高（伴有燒焦味）；料溫太低；成型周期太快；電木粉含有雜質(zhì)。

c. 充填不足：料量設(shè)定不夠，射壓、射速太??；射出時(shí)間不夠；料溫太低；模具排氣不良。

d. 裂紋：動(dòng)定模模溫差大；模具溫度太高或太低；開(kāi)模、脫模速度太快；周期太長(zhǎng)；模具本身不良；整形不當(dāng)。

e. 制品縮水：定模溫度太高；排槽太寬太厚；射出壓力太大，速度太快。

2.3. 環(huán)氧換向器云母板

P9環(huán)氧換向器粉云母板是換向器制造商最常用的云母板。換向器云母板，P9環(huán)氧換向器粉云母板是由環(huán)氧樹(shù)脂膠粘漆粘貼粉云母紙,經(jīng)烘焙、壓制加工而成的硬質(zhì)板狀絕緣材料。該制品厚度均勻，具有較高的電氣性能。適于作工作溫度130℃的直流電機(jī)換向器銅片間的絕緣。

3、進(jìn)行電機(jī)換向器產(chǎn)品設(shè)計(jì)

對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料研發(fā)（如銀銅合金、納米材料、膜塑料的優(yōu)選應(yīng)用）、工藝的改進(jìn)等。創(chuàng)造條件與國(guó)內(nèi)大型電機(jī)企業(yè)及國(guó)際知名電機(jī)企業(yè)如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬(wàn)寶至等在中國(guó)設(shè)立的生產(chǎn)基地合作，參與電機(jī)換向器產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，這是換向器創(chuàng)名牌產(chǎn)品的技術(shù)前提。

3.1、絕緣材料進(jìn)行優(yōu)化

材料優(yōu)選PM6432，其為無(wú)氨絕緣材料，特點(diǎn)是韌性好，抗沖擊，流動(dòng)性好，易成型，尤其是在產(chǎn)品初步成型后的烘烤過(guò)程中，因是無(wú)氨材料，產(chǎn)品在烘烤中內(nèi)應(yīng)力極易消除，內(nèi)部組織相對(duì)細(xì)密、穩(wěn)定，能承受2000V/mm的電壓負(fù)載，絕緣性能極佳，特別適合起動(dòng)機(jī)的換向器使用。其價(jià)格比同類絕緣材料低15-20%。

3.2、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）在換向片與云母片接觸部分采用平面式直線結(jié)構(gòu)，中心線部分開(kāi)焊線槽焊線。此結(jié)構(gòu)換向片材料在槽底部和槽頂部剩余厚度在槽深尺寸較大時(shí)相差較大，造成銅材料的不必要的浪費(fèi)，增加了成本。

（2）項(xiàng)目擬在換向片頂部部分采用與中心線平行的結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到節(jié)省銅材投料，減輕換向片重量的目的。

（3）為保證換向器在高溫、高速運(yùn)轉(zhuǎn)下的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，項(xiàng)目產(chǎn)品采用的是對(duì)內(nèi)孔加普通08F號(hào)鋼的襯套和對(duì)換向片加固的工藝。加固圈采用玻璃鋼制成，絕緣性能良好。內(nèi)孔采用了“碗”形襯套，其襯套與電木粉良好的粘結(jié)，故而在轉(zhuǎn)子壓軸時(shí)其內(nèi)孔過(guò)盈量可增加到0.08mm，從而杜絕了轉(zhuǎn)子與換向器打滑現(xiàn)象，再加上模塑料是通過(guò)預(yù)熱，在高溫、高壓的施加下迅速流入到換向片之間，使之固化成型后牢固的連為一體，保證了換向器整體的抗沖擊能力。

3.3、汽車電機(jī)換向器本體成型工藝及模具設(shè)計(jì)

本部分對(duì)電機(jī)換向器本體壓注成型工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及局部?jī)?yōu)化。項(xiàng)目分析了模具結(jié)構(gòu)對(duì)換向器成型的影響進(jìn)行了分析，通過(guò)理論分析與試驗(yàn)對(duì)電機(jī)換向器壓注工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.4、電機(jī)換向器關(guān)鍵工序智能化制造設(shè)備的研究

3.4.1、電機(jī)換向器內(nèi)孔、外圓加工專用機(jī)研發(fā)

（1）優(yōu)化設(shè)計(jì)了換向器送料裝置，通過(guò)電磁振動(dòng)盤、可調(diào)式變軌等結(jié)構(gòu)與光電等傳感器實(shí)現(xiàn)了多類型電機(jī)換向器的準(zhǔn)確送料。

（2）巧妙設(shè)計(jì)了換向器的輸送、限位、裝夾等裝置裝置，采用擋板與光電傳感器結(jié)合實(shí)現(xiàn)電機(jī)換向器的定位，通過(guò)液壓剪式機(jī)械手加持裝置與對(duì)應(yīng)夾具結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的夾取、裝夾及卸料。在限位座內(nèi)設(shè)有出料滑道，輸料塊整體呈“S”型并與主軸箱相對(duì)應(yīng)。主軸箱內(nèi)設(shè)有可伸縮的轉(zhuǎn)軸，其靠近收送料機(jī)構(gòu)一端設(shè)有環(huán)形凹槽，并使“C”型夾塊的開(kāi)口對(duì)準(zhǔn)環(huán)形凹槽。

（3）采用伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)精確的位置控制和嚴(yán)格的速度同步運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)。伺服驅(qū)動(dòng)器通過(guò)在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的電流環(huán)，速度環(huán)和位置環(huán)都進(jìn)行了精確的控制技術(shù)和算法運(yùn)算，在功能上可以進(jìn)行精確的位置控制、扭矩控制、轉(zhuǎn)速控制等，增加了運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.4.2、換向器雙機(jī)頭銑槽銑鉤專用機(jī)研發(fā)

（1）通過(guò)電磁振動(dòng)盤、可調(diào)式變軌等結(jié)構(gòu)與光電等傳感器實(shí)現(xiàn)了多類型電機(jī)換向器的準(zhǔn)確送料。采用擋板與光電傳感器結(jié)合實(shí)現(xiàn)電機(jī)換向器的定位，通過(guò)液壓剪式加持裝置與對(duì)應(yīng)夾具結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的夾取、裝夾及卸料。

（2）創(chuàng)新設(shè)計(jì)了刀軸和刀頭組成的銑槽裝置，刀軸由電機(jī)驅(qū)動(dòng)且刀軸可在機(jī)架上上下移動(dòng)，刀頭切割方向與夾料裝置平行，把原機(jī)改成為立式、一對(duì)機(jī)變革為一機(jī)、兩道工序在一機(jī)內(nèi)完成。

（3）采用PLC智能化觸摸屏控制，產(chǎn)品使用機(jī)器代替人工作業(yè)，自動(dòng)化程度高，降低勞動(dòng)成本，增加安全系數(shù)，使生產(chǎn)效率更高。

3.4.3、換向器兩位移動(dòng)式砂光研磨專用機(jī)研發(fā)

（1）采用砂磨機(jī)和毛刷機(jī)組成砂光研磨裝置提高了換向器的加工精度。研磨機(jī)構(gòu)可在工作臺(tái)上前后移動(dòng)，兩組毛刷機(jī)分別對(duì)應(yīng)兩組上、下夾頭，兩組毛刷機(jī)的毛刷輪形成夾角，具有自動(dòng)控制裝卸料、夾緊松開(kāi)、能將產(chǎn)品無(wú)間隙加工好，通過(guò)機(jī)械手將換向器自動(dòng)運(yùn)送到上、下夾頭，使研磨機(jī)構(gòu)能對(duì)換向器的外圓進(jìn)行研磨，減小了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率。

（2）工作臺(tái)內(nèi)設(shè)有研磨機(jī)構(gòu)和多組上、下夾頭及設(shè)有進(jìn)料道、出料道和機(jī)械手架。機(jī)械手架兩側(cè)機(jī)械手在行程最大處分別與進(jìn)料道、出料道相對(duì)應(yīng)。

（3）設(shè)計(jì)自動(dòng)控制裝卸料、夾緊松開(kāi)、加工能將產(chǎn)品無(wú)間隙加工好，通過(guò)機(jī)械手將換向器自動(dòng)運(yùn)送到上、下夾頭，使得研磨機(jī)構(gòu)能對(duì)換向器的外圓進(jìn)行研磨，無(wú)需工人的手工操作，減小了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度也提高了工作效率，并且由于消除了人工帶來(lái)的誤差，使得加工出來(lái)的換向器精度更高。

（4）采用PLC智能化觸摸屏控制，產(chǎn)品控制自動(dòng)裝料卸料，提高裝夾的效率和精度，也減小了工人使用時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度，增加了運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.4.4、換向器液壓三道模式彎鉤專用機(jī)研發(fā)

全自動(dòng)電機(jī)換向器液壓三道模式彎鉤專用機(jī)產(chǎn)品的彎鉤沖壓過(guò)程分三步完成，有效防止彎鉤部折斷，使生產(chǎn)效率更高。采用PLC智能化觸摸屏控制，生產(chǎn)全過(guò)程由程序控制系統(tǒng)執(zhí)行、自動(dòng)控制裝卸料、夾緊松開(kāi)、加工，能將產(chǎn)品無(wú)間隙加工好。實(shí)行無(wú)人操作、杜絕操作人員的安全事故。

（1）優(yōu)化設(shè)計(jì)了液壓移位式三道模壓彎鉤機(jī)構(gòu)，首個(gè)沖壓裝置的底座彎鉤模腔為斜面，第二個(gè)沖壓裝置的底座為沖壓裝置的底座彎鉤模腔為平面，第三個(gè)沖壓裝置的底座彎鉤模腔為成型錐面，提高了產(chǎn)品加工的安全性，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

（2）采用自動(dòng)送料、夾緊松開(kāi)的裝卸料、加工，通過(guò)PLC智能化觸摸屏控制，提高裝夾的效率和精度，減小了勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.4.5、換向器絕緣耐壓檢測(cè)專用機(jī)研發(fā)

（1）通過(guò)多組夾頭、機(jī)械手架和檢測(cè)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了換向器的內(nèi)圓面與外圓面的耐壓性進(jìn)行檢測(cè)，解決了換向器內(nèi)圓面難檢測(cè)的問(wèn)題，提高了檢測(cè)的全面性，有效的防止不合格產(chǎn)品的產(chǎn)生。

（2）采用PLC智能化觸摸屏控制，提高了裝夾的效率和精度，產(chǎn)品控制自動(dòng)裝料卸料，提高裝夾的效率和精度，減小了工人使用時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度，增加了運(yùn)行的穩(wěn)定性。

三、智能電機(jī)換向器生產(chǎn)設(shè)備的研究

3.1、電機(jī)換向器生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1.1. 數(shù)控電機(jī)換向器生產(chǎn)設(shè)備輸送線的研發(fā)

3.1.1.1 振動(dòng)盤

是將待加工的產(chǎn)品按照要求輸送入自動(dòng)裝卸料裝置。

3.1.1.2 自動(dòng)裝卸料裝置（機(jī)械手）

由程序控制將相關(guān)機(jī)床加工好的產(chǎn)品卸下送到皮帶并且將待加工的產(chǎn)品送入相關(guān)機(jī)床。

3.1.1.3 聯(lián)絡(luò)輸送皮帶

是為全部加工換向器的附屬設(shè)備服務(wù)為主要目的設(shè)置的，在加工好內(nèi)外圓的產(chǎn)品同期在輸送皮帶上同步完成檢驗(yàn)工作。按工藝流程去滿足加工產(chǎn)品機(jī)床的條件與要求；能夠按照各道工序的相關(guān)要求、加工好產(chǎn)品，并且為產(chǎn)品在下一臺(tái)機(jī)床上的加工做好相關(guān)的準(zhǔn)備工作。

圖1電機(jī)換向器生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)示意圖

3.2. 整條生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)模式設(shè)計(jì)

整條生產(chǎn)線系統(tǒng)模式設(shè)計(jì)。整條生產(chǎn)線產(chǎn)品包含有由六臺(tái)機(jī)器組成，分別是全自動(dòng)電機(jī)換向器內(nèi)孔、外圓加工專用機(jī)；全自動(dòng)電機(jī)換向器雙機(jī)頭銑槽銑鉤專用機(jī)；全自動(dòng)電機(jī)換向器液壓三道模式彎鉤專用機(jī)；全自動(dòng)電機(jī)換向器兩位移動(dòng)式砂光、研磨專用機(jī)；全自動(dòng)電機(jī)換向器絕緣耐壓檢測(cè)專用機(jī)。整機(jī)采用變頻器技術(shù)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)供電頻率的轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度率的自動(dòng)調(diào)節(jié)，把50Hz的固定電網(wǎng)頻改為30—130 Hz的變化頻率并使電源電壓適應(yīng)范圍達(dá)到142—270V，解決了由于電網(wǎng)電壓的不穩(wěn)定而影響電器工作的難題。 通過(guò)改變交流電頻的方式實(shí)現(xiàn)交流電控制。產(chǎn)品采用伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)精確的位置控制和嚴(yán)格的速度同步運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)，伺服驅(qū)動(dòng)器通過(guò)在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的電流環(huán)，速度環(huán)和位置環(huán)都進(jìn)行了精確的控制技術(shù)和算法運(yùn)算，在功能上可以進(jìn)行精確的位置控制、扭矩控制、轉(zhuǎn)速控制等。產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)合理、性能優(yōu)異、質(zhì)量可靠、省料、生產(chǎn)成本低，性能穩(wěn)定。產(chǎn)品已銷國(guó)內(nèi)多家電機(jī)制造公司使用，反映良好。

3.3、 智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

控制系統(tǒng)是本項(xiàng)目產(chǎn)品的核心，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，除了需要開(kāi)發(fā)單元設(shè)備的控制系統(tǒng)外，還需要對(duì)單元設(shè)備的集成、生產(chǎn)節(jié)拍的控制、工藝參數(shù)的專家數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、統(tǒng)一的人機(jī)界面、網(wǎng)絡(luò)接口及遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)等進(jìn)行深入研究。項(xiàng)目產(chǎn)品控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如下圖所示：

圖2電機(jī)換向器智能控制系統(tǒng)示意圖

3.3.1. 單元控制器與生產(chǎn)設(shè)備控制系統(tǒng)的集成結(jié)構(gòu)

單元設(shè)備都有自身的控制系統(tǒng)，但組成生產(chǎn)線以后，單元的控制與生產(chǎn)線的總體控制、運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)和同步、節(jié)拍的設(shè)計(jì)和控制等等都需要重新設(shè)計(jì)；參數(shù)的下達(dá)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的上傳也需要制訂統(tǒng)一的協(xié)議；電器硬件和軟件的接口也需要統(tǒng)一定義；此外，基于總線結(jié)構(gòu)的執(zhí)行層鏈接方式也需要重點(diǎn)關(guān)注。

3.3.2. 采用多種控制電機(jī)的傳動(dòng)和定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及同步運(yùn)動(dòng)控制

在生產(chǎn)設(shè)備中，會(huì)涉及多種電機(jī)的協(xié)同運(yùn)動(dòng)控制，包括變頻、步進(jìn)、伺服以及多種氣動(dòng)部件、電磁鐵部件的控制；開(kāi)發(fā)多軸運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，完成多單元設(shè)備的協(xié)同同步控制，是本內(nèi)容解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

3.3.3. 基于網(wǎng)絡(luò)的故障診斷和遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)

智能設(shè)備基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)系統(tǒng)是必備的配置。在項(xiàng)目中，將重點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)及其可靠性、遠(yuǎn)程檢測(cè)和維護(hù)的檢測(cè)點(diǎn)和參數(shù)設(shè)置、檢測(cè)方法和維護(hù)技術(shù)；工藝參數(shù)的保密技術(shù)等進(jìn)行研究，選用合適的傳感器、開(kāi)發(fā)相應(yīng)的技術(shù)和裝置。

3.3.4. 智能集成控制軟件設(shè)計(jì)和參數(shù)數(shù)字化設(shè)置界面開(kāi)發(fā)

項(xiàng)目產(chǎn)品為智能模塊化生產(chǎn)設(shè)備，需要開(kāi)發(fā)一套適合快速配置的智能配置軟件系統(tǒng)，用戶在軟件界面上就可以方便進(jìn)行設(shè)備配置，經(jīng)配置后，生產(chǎn)工藝參數(shù)，包括單元的生產(chǎn)節(jié)拍和整機(jī)生產(chǎn)節(jié)拍、單元設(shè)備之間以及整機(jī)的同步等都可以自動(dòng)智能生成；生產(chǎn)工藝專家數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)維護(hù)。

同時(shí)還需要開(kāi)發(fā)工藝參數(shù)的數(shù)字化設(shè)置，支持工藝參數(shù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的下載以及數(shù)據(jù)上傳，預(yù)留ERP接口，便于今后的信息化和工業(yè)化的融合。

3.4、數(shù)控電機(jī)換向器生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

3.4.1. 換向器內(nèi)孔、外圓加工專用機(jī)

配套設(shè)計(jì)有自動(dòng)控制裝卸料、夾緊松開(kāi)、加工能將產(chǎn)品無(wú)間隙加工好、并且即刻進(jìn)行檢驗(yàn)、防止產(chǎn)生批量不合格產(chǎn)品。

全自動(dòng)電機(jī)換向器內(nèi)孔外圓加工專用機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)換向器內(nèi)孔外圓加工裝置，能自動(dòng)控制裝卸料、夾緊松開(kāi)，能將產(chǎn)品無(wú)間隙加工好、并且即刻進(jìn)行檢驗(yàn)、防止產(chǎn)生批量不合格產(chǎn)品，提高了裝夾的效率和精度，減小了工人使用車床時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.4.1.1. 創(chuàng)新設(shè)計(jì)換向器內(nèi)孔外圓加工裝置。該裝置包括工作臺(tái)、車刀架、主軸箱和收送料機(jī)構(gòu)。收送料機(jī)構(gòu)包括限位座、輸料塊、進(jìn)料滑道、推料板和收料桿，限位座內(nèi)設(shè)有出料滑道，輸料塊整體呈“S”型并與主軸箱相對(duì)應(yīng)。主軸箱內(nèi)設(shè)有可伸縮的轉(zhuǎn)軸，其靠近收送料機(jī)構(gòu)一端設(shè)有環(huán)形凹槽，并使“C”型夾塊的開(kāi)口對(duì)準(zhǔn)環(huán)形凹槽。這種結(jié)構(gòu)使得收送料機(jī)構(gòu)完全代替人工的裝夾和卸料操作。而而工人在裝夾時(shí)必定沒(méi)有機(jī)械裝置的精準(zhǔn)度，從而所加工出來(lái)的換向器不易達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，加工出來(lái)的換向器廢品較多。手工裝夾的方式也由于需要進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)等工序，使得工人在裝夾換向器工件時(shí)效率較為低下、工人的勞動(dòng)強(qiáng)度較高。

3.4.1.2. 創(chuàng)新設(shè)計(jì)自動(dòng)控制裝卸料、夾緊松開(kāi)，能將產(chǎn)品無(wú)間隙加工好、并且即刻進(jìn)行檢驗(yàn)、防止產(chǎn)生批量不合格產(chǎn)品。

3.4.1.3. 采用伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)精確的位置控制和嚴(yán)格的速度同步運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)。伺服驅(qū)動(dòng)器通過(guò)在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的電流環(huán)，速度環(huán)和位置環(huán)都進(jìn)行了精確的控制技術(shù)和算法運(yùn)算，在功能上可以進(jìn)行精確的位置控制、扭矩控制、轉(zhuǎn)速控制等，增加了運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.4.2. 換向器雙機(jī)頭銑槽銑鉤專用機(jī)

全自動(dòng)電機(jī)換向器雙機(jī)頭銑槽銑鉤專用機(jī)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)銑槽裝置包括刀軸和設(shè)于刀軸上的刀頭，刀軸由電機(jī)驅(qū)動(dòng)且刀軸可在機(jī)架上上下移動(dòng)，刀頭切割方向與夾料裝置平行，并采用一對(duì)機(jī)變革為一機(jī)、兩道工序在一機(jī)內(nèi)完成，設(shè)置兩臺(tái)機(jī)即滿足生產(chǎn)線要求。產(chǎn)品具有自動(dòng)上下料、自動(dòng)定位的功能。

3.4.2.1. 創(chuàng)新設(shè)計(jì)一種電機(jī)換向器銑槽銑鉤裝置，包括工作臺(tái)、送料皮帶、收送料裝置、機(jī)械手架、多個(gè)夾料裝置、多個(gè)銑槽裝置和出料道。該裝置出料道連接送料皮帶，收送料機(jī)構(gòu)包括限位座、輸料塊、進(jìn)料滑道、推料板和收料桿，限位座滑動(dòng)連接工作臺(tái)。輸料塊整體呈“S”型，工作臺(tái)上設(shè)有對(duì)準(zhǔn)出料滑道的托盤，機(jī)械手架可在工作臺(tái)上左右移動(dòng)。銑槽裝置包括刀軸和設(shè)于刀軸上的刀頭，刀軸由電機(jī)驅(qū)動(dòng)且刀軸可在機(jī)架上上下移動(dòng)，刀頭切割方向與夾料裝置平行。

而目前，電機(jī)換向器開(kāi)槽的加工方式，依賴于人工上料、定位、取料，這種加工方式不僅工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低下，且安全系數(shù)低，容易發(fā)生工傷事故，不利于提高生產(chǎn)效率。

3.4.2.2. 優(yōu)化整機(jī)設(shè)計(jì)。原有洗鉤洗槽機(jī)分為兩臺(tái)機(jī)加工、速度大慢滿足不了生產(chǎn)線的要求、且多臺(tái)機(jī)并聯(lián)又難以解決裝卸料的進(jìn)行。因此把原機(jī)改成為立式、一對(duì)機(jī)變革為一機(jī)、兩道工序在一機(jī)內(nèi)完成，設(shè)置兩臺(tái)機(jī)即可滿足生產(chǎn)線要求。

3.4.2.3. 采用PLC智能化觸摸屏控制，產(chǎn)品使用機(jī)器代替人工作業(yè)，自動(dòng)化程度高，降低勞動(dòng)成本，增加安全系數(shù)，使生產(chǎn)效率更高。

3.4.3. 換向器兩位移動(dòng)式砂光研磨專用機(jī)

由于種種原因原有砂光、研磨機(jī)不便適合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、更是轉(zhuǎn)盤大不易維護(hù)。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，設(shè)計(jì)為兩位移動(dòng)式的砂光研磨機(jī)。全自動(dòng)電機(jī)換向器兩位移動(dòng)式砂光研磨專用機(jī)產(chǎn)品采用產(chǎn)品采用全自動(dòng)換向器砂光研磨裝置。其研磨機(jī)構(gòu)由砂磨機(jī)和毛刷機(jī)組成，研磨機(jī)構(gòu)可在工作臺(tái)上前后移動(dòng)，兩組毛刷機(jī)分別對(duì)應(yīng)兩組上、下夾頭，兩組毛刷機(jī)的毛刷輪形成夾角，具有自動(dòng)控制裝卸料、夾緊松開(kāi)、能將產(chǎn)品無(wú)間隙加工好，通過(guò)機(jī)械手將換向器自動(dòng)運(yùn)送到上、下夾頭，使研磨機(jī)構(gòu)能對(duì)換向器的外圓進(jìn)行研磨，無(wú)需工人的手工操作，減小了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度也提高了工作效率，并且由于消除了人工帶來(lái)的誤差，提高換向器精度。

3.4.3.1. 創(chuàng)新設(shè)計(jì)全自動(dòng)換向器砂光研磨裝置。其包括工作臺(tái)和傳送皮帶。工作臺(tái)內(nèi)設(shè)有研磨機(jī)構(gòu)和多組上、下夾頭及設(shè)有進(jìn)料道、出料道和機(jī)械手架。機(jī)械手架兩側(cè)機(jī)械手在行程最大處分別與進(jìn)料道、出料道相對(duì)應(yīng)。研磨機(jī)構(gòu)由砂磨機(jī)和毛刷機(jī)組成，研磨機(jī)構(gòu)可在工作臺(tái)上前后移動(dòng)，兩組毛刷機(jī)分別對(duì)應(yīng)兩組上、下夾頭，兩組毛刷機(jī)的毛刷輪形成夾角。

3.4.3.2. 創(chuàng)新設(shè)計(jì)自動(dòng)控制裝卸料、夾緊松開(kāi)、加工能將產(chǎn)品無(wú)間隙加工好，通過(guò)機(jī)械手將換向器自動(dòng)運(yùn)送到上、下夾頭，使得研磨機(jī)構(gòu)能對(duì)換向器的外圓進(jìn)行研磨，無(wú)需工人的手工操作，減小了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度也提高了工作效率，并且由于消除了人工帶來(lái)的誤差，使得加工出來(lái)的換向器精度更高。

3.4.3.3. 采用PLC智能化觸摸屏控制，產(chǎn)品控制自動(dòng)裝料卸料，提高裝夾的效率和精度，也減小了工人使用時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度，增加了運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.4.4. 換向器液壓三道模式彎鉤專用機(jī)

由于原有彎鉤工序用沖床單項(xiàng)人工操作、人員事故多發(fā)、現(xiàn)設(shè)計(jì)為液壓三道模壓彎鉤、全過(guò)程由程序控制系統(tǒng)執(zhí)行。全自動(dòng)電機(jī)換向器液壓三道模式彎鉤專用機(jī)產(chǎn)品的彎鉤沖壓過(guò)程分三步完成，有效防止彎鉤部折斷，使生產(chǎn)效率更高。并采用PLC智能化觸摸屏控制，生產(chǎn)全過(guò)程由程序控制系統(tǒng)執(zhí)行、自動(dòng)控制裝卸料、夾緊松開(kāi)、加工，能將產(chǎn)品無(wú)間隙加工好。實(shí)行無(wú)人操作、杜絕操作人員的安全事故。

3.4.4.1. 創(chuàng)新設(shè)計(jì)換向器彎鉤裝置，其包括工作臺(tái)、送料皮帶、機(jī)械手架和多個(gè)沖壓裝置，工作臺(tái)上設(shè)有對(duì)準(zhǔn)托盤的進(jìn)料軌道和對(duì)準(zhǔn)送料皮帶的出料軌道，機(jī)械手架可在工作臺(tái)上左右移動(dòng)。 沖壓裝置包括互相對(duì)應(yīng)的底座和沖頭，沖頭可在機(jī)架上上下移動(dòng)。首個(gè)沖壓裝置的底座彎鉤模腔為斜面，第二個(gè)沖壓裝置的底座為沖壓裝置的底座彎鉤模腔為平面，第三個(gè)沖壓裝置的底座彎鉤模腔為成型錐面。

而目前，大部分換向器的彎鉤工作依賴于工作人員一對(duì)一的生產(chǎn)方式，手動(dòng)將換向器放入沖床的夾具中，再用沖床一次成型彎鉤，上述換向器彎鉤過(guò)程不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，容易折斷換向器彎鉤部，工作效率低下，勞動(dòng)強(qiáng)度大，同時(shí)也提高了生產(chǎn)成本。

3.4.4.2. 整機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)液壓彎式三道模彎鉤機(jī)；由于原有彎鉤工序用沖床單項(xiàng)人工操作、人員事故多發(fā)、現(xiàn)階段更改為液壓移位式三道模壓彎鉤、全過(guò)程由程序控制系統(tǒng)執(zhí)行、實(shí)行無(wú)人操作、杜絕操作人員的安全事故。

3.4.4.3. 創(chuàng)新設(shè)計(jì)自動(dòng)控制裝卸料、夾緊松開(kāi)、加工能將產(chǎn)品無(wú)間隙加工好、并采用PLC智能化觸摸屏控制，產(chǎn)品控制自動(dòng)裝料卸料，提高裝夾的效率和精度，也減小了工人使用時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.4.5. 換向器絕緣耐壓檢測(cè)專用機(jī)

將工藝流程中產(chǎn)品的耐壓、絕緣檢驗(yàn)采用程序控制、自動(dòng)進(jìn)行檢驗(yàn)工作、減少工作人員。全自動(dòng)電機(jī)換向器絕緣耐壓檢測(cè)專用機(jī)能夠?qū)⒄麠l生產(chǎn)線工藝流程中產(chǎn)品的耐壓、絕緣檢驗(yàn)利用智能數(shù)控程序進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，也能自動(dòng)對(duì)換向器的換向片進(jìn)行絕緣檢測(cè)及對(duì)換向器的內(nèi)圓面與外圓面的耐壓性進(jìn)行檢測(cè)。具有對(duì)加工完成的換向器進(jìn)行全方面的絕緣耐壓檢測(cè)，并且對(duì)不合格的換向器進(jìn)行提示。

3.4.5.1. 創(chuàng)新設(shè)計(jì)絕緣耐壓檢測(cè)裝置。該新型裝置能夠自動(dòng)對(duì)加工完成的換向器進(jìn)行全方面的絕緣耐壓檢測(cè)，并且對(duì)不合格的換向器進(jìn)行提示，加快了工作的效率，減小了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。其包括工作臺(tái)、傳送皮帶。工作臺(tái)上設(shè)有多組夾頭、機(jī)械手架和檢測(cè)機(jī)構(gòu)，檢測(cè)機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)有檢測(cè)叉和通電的夾爪，檢測(cè)叉和夾爪與夾頭對(duì)應(yīng)設(shè)置。

而現(xiàn)有的換向器絕緣檢測(cè)裝置，使用時(shí)，工人需要手動(dòng)對(duì)換向器進(jìn)行裝夾，且在裝夾完成后還需手動(dòng)不斷旋轉(zhuǎn)夾頭，使得探頭能夠接觸整個(gè)換向器外圓面，這種使用方式效率比較慢且工人勞動(dòng)強(qiáng)度較大，而換向器內(nèi)外圓表面間也需要絕緣，就傳統(tǒng)的絕緣檢測(cè)裝置來(lái)說(shuō)不能對(duì)內(nèi)外表面間的絕緣性進(jìn)行檢測(cè)。

3.4.5.2. 該產(chǎn)品能與全自動(dòng)電機(jī)換向器生產(chǎn)線配套。將工藝流程中產(chǎn)品的耐壓、絕緣檢驗(yàn)利用智能數(shù)控程序、自動(dòng)進(jìn)行檢驗(yàn)工作、減少操作人員。能夠自動(dòng)對(duì)換向器的換向片進(jìn)行絕緣檢測(cè)，也能對(duì)換向器的內(nèi)圓面與外圓面的耐壓性進(jìn)行檢測(cè)，防止產(chǎn)生批量不合格產(chǎn)品。

3.4.5.3. 采用PLC智能化觸摸屏控制，提高了裝夾的效率和精度，產(chǎn)品控制自動(dòng)裝料卸料，提高裝夾的效率和精度，減小了工人使用時(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度，增加了運(yùn)行的穩(wěn)定性。

四、電機(jī)換向器產(chǎn)業(yè)集群創(chuàng)新發(fā)展的建議

為了適應(yīng)國(guó)際主流創(chuàng)新發(fā)展的方法，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、技術(shù)研發(fā)、品牌建立、規(guī)模擴(kuò)張作為產(chǎn)學(xué)研的核心工作，培育企業(yè)具備較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)能力。近年來(lái)國(guó)外電機(jī)企業(yè)紛紛進(jìn)入中國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，國(guó)際知名電機(jī)企業(yè)如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬(wàn)寶至等大都在中國(guó)設(shè)立生產(chǎn)基地。他們立足與其合作。目前，從以下三方面作進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。

4.1、《智能數(shù)控電機(jī)換向器生產(chǎn)設(shè)備》提高無(wú)故障時(shí)間的研究

4.4.1、生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)模式優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)選合理的匹配參數(shù)，達(dá)到最佳的工作效果。

4.4.2、生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)，采用伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)精確的位置控制和嚴(yán)格的速度同步運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)，伺服驅(qū)動(dòng)器通過(guò)在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的電流環(huán)，速度環(huán)和位置環(huán)都進(jìn)行了精確的控制技術(shù)和算法運(yùn)算，在功能上可以進(jìn)行精確的位置控制、扭矩控制、轉(zhuǎn)速控制等。

4.4.3、提高生產(chǎn)設(shè)備的可靠性研究。包含有由六臺(tái)機(jī)器組成，分別是電機(jī)換向器內(nèi)孔、外圓加工專用機(jī)；電機(jī)換向器雙機(jī)頭銑槽銑鉤專用機(jī)；電機(jī)換向器三道模式油壓彎鉤專用機(jī)；電機(jī)換向器兩位移動(dòng)式砂光、研磨專用機(jī)；電機(jī)換向器絕緣檢測(cè)專用機(jī)

為了適應(yīng)國(guó)際主流創(chuàng)新發(fā)展的方法，我們從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、技術(shù)研發(fā)、品牌建立、規(guī)模擴(kuò)張作為產(chǎn)學(xué)研的核心工作，培育企業(yè)具備較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)能力。近年來(lái)國(guó)外電機(jī)企業(yè)紛紛進(jìn)入中國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，國(guó)際知名電機(jī)企業(yè)如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬(wàn)寶至等大都在中國(guó)設(shè)立生產(chǎn)基地。他們立足與其合作。目前，作為起步工作，從以下三方面作進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。

4.4.4、 進(jìn)行電機(jī)換向器產(chǎn)品設(shè)計(jì)。對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料研發(fā)（如銀銅合金、納米材料、膜塑料的優(yōu)選應(yīng)用）、工藝的改進(jìn)等。創(chuàng)造條件與國(guó)內(nèi)大型電機(jī)企業(yè)及國(guó)際知名電機(jī)企業(yè)如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬(wàn)寶至等在中國(guó)設(shè)立的生產(chǎn)基地合作，參與電機(jī)換向器產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，這是換向器創(chuàng)名牌產(chǎn)品的技術(shù)前提。

4.2、《智能數(shù)控電機(jī)換向器生產(chǎn)線》提高無(wú)故障時(shí)間的研究

4.2.1、整條生產(chǎn)線系統(tǒng)模式優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)選合理的匹配參數(shù)，達(dá)到最佳的工作效果。

4.2. 2、整條生產(chǎn)線系統(tǒng)自動(dòng)化控制設(shè)計(jì)，采用伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)精確的位置控制和嚴(yán)格的速度同步運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)，伺服驅(qū)動(dòng)器通過(guò)在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的電流環(huán)，速度環(huán)和位置環(huán)都進(jìn)行了精確的控制技術(shù)和算法運(yùn)算，在功能上可以進(jìn)行精確的位置控制、扭矩控制、轉(zhuǎn)速控制等。

4,2.3、提高整條生產(chǎn)線設(shè)備的可靠性研究。包含有由六臺(tái)機(jī)器組成，分別是電機(jī)換向器內(nèi)孔、外圓加工專用機(jī)；電機(jī)換向器雙機(jī)頭銑槽銑鉤專用機(jī)；電機(jī)換向器三道模式油壓彎鉤專用機(jī)；電機(jī)換向器兩位移動(dòng)式砂光、研磨專用機(jī)；電機(jī)換向器絕緣檢測(cè)專用機(jī)。

4.2.4、對(duì)國(guó)內(nèi)外電機(jī)換向器的現(xiàn)狀及發(fā)展方向進(jìn)行較深入的調(diào)研，為電機(jī)換向器的整體發(fā)展提供基礎(chǔ)資料，掌握競(jìng)爭(zhēng)情報(bào)。

溫州市機(jī)械工程學(xué)會(huì)

2023.12.06