30MW发电机定子线棒锥体模设计改进

摘 要：文章主要介绍工业用30MW四级发电机定子线棒锥体模（整形、胶化、固化一体模）加工技术攻关项目，包括设计上的改进、选配合适的加工刀具、改进工艺方法等。

关键词：发电机；定子线棒锥体模；三维建模；数控编程

30MW发电机组功率高、电流大、电压等级高，是我厂至今生产容量最大的机组。这给发电机定子线圈的设计与制造提出了较高的要求。对于定子线圈，其中加工最复杂部分为端部弧段，与电机轴线成30度角，和鼻部连接的线圈有效部分还有一个S形升高，再加上扭曲倾角，形成了一个空间扭曲。除了形状不规则外，装入定子的线圈要保证线圈主绝缘厚度的均匀，在转角与升高处不能发偏，否则会在绝缘薄弱处形成击穿点，构成质量的不安全因素。线圈型线吻合度要好，防止在嵌线时出现因线圈间的空隙不均匀而造成端部相碰的问题。

制造精度高、复杂程度高的定子线圈，满足其条件必须靠较之要求更细的模具来保证。我厂传统上模具整体采用木结构，虽然其结构简单、制造廉价，但是也有缺点：

（1）对模具中重要零部件如端部复杂的空间曲线配合面等，都

靠工人参照二维图纸进行手工研磨，难以保证制造精度。

（2）利用木模制造出的定子线圈型线吻合度较差，在嵌线时出现因线圈间的空隙不均匀而造成端部相碰的问题。木质结构使用过程极其容易被磨损，磨损后型线吻合度更差，必须重新更换。

（3）生产过程中，端部型线部分通常靠机床去除大部分余量后留余量靠工人研磨。机床操作者都是手动编程。对于复杂的型面，编程数据量大，输入速度极慢，准确率难保证。

针对上述的缺点，我做出以下三点改进：

1 改进模具设计

模具采用钢材，耐磨，使用寿命高。设计的结构保证每组结构基本相似，通用性强，制造方便，尽可能降低制造成本。零部件独立，更换操作方便、灵活。根据定子线圈结构及使用要求，新设计的模具结构分上、下层，上下层有两个端部，分别对应汽端和励端，所以一套模具共有4组，分别对应各个端部。每组结构基本相同，模具型腔就是定子线圈端部部分。材料为常见的Q235A，价格低廉。该套模具结构简单，过程加工，工序间模具的调整、更换部件操作方便、灵活。如图1所示。

2 采用3D建模

模具设计表达一般用二维图纸，对线圈的实际生产指导作用有限，不可避免的出现设计、工艺与生产的脱节现象，造成材料的浪费。因此对于复杂零件必须引入三维模型，可以直观的看到模具的装配效果，检查与其他零部件的干涉情况，提高设计、加工效率。运用UG现代三维软件成功对定子线圈及模具进行实体建模和数控编程，直观地看到模具的装配效果。通过修改三维数据尺寸，解决了线圈型线吻合度较差的问题，保证了线圈厚度的均匀性。

我公司设计的线圈模具是由一个锥体和附着在其上的压铁组成。锥体为标准部件，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。压铁构造同样在UG建模环境下进行，首先做一个与锥体相切的展开平面再按图纸在平面内构造展开曲线并附着到锥体，最后运用草图指令和扫掠指令构造出压铁大概轮廓。最后，利用桥接曲线及缝合命令将转角R部分顺滑起来。

3 改进加工方法

彻底改变老一派制造模具的惯用模式，采用国际上最先进的三维软件编程代替以往手动输入编程的模式。与时俱进，大大降低了工人的劳动强度，保证编程输入的准确率。

根据线圈模具的实际使用及加工要求，结合我公司当前设备的运行情况，选用五面体加工中心，该设备自带USB输入接口。为满足机床特性及加工要求，提高加工效率，利用UG三维软件进行编程与后置处理，解决手动输入的老大难问题。压铁部分为主要数控加工部位，其余量分布情况极为复杂。因端部压铁有一个S形升高，再加上扭曲倾角，形成了一个空间扭曲。在加工方法上，为保证加工精度，先后選用了多齿铣刀、球头铣刀等分别对配合面、非配合面进行加工。由于压铁内腔毛坯余量不均匀，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。因此工作面必须进行粗铣、半精铣，为最后精加工留少许余量分层切削，精加工一次性不间断走刀完成。顶面及侧面非贴合部分为自由曲面，只进行粗精加工。程序数量多达228个。最后进行程序校验，利用UG设定参数，生成加工程序并利用3D动态模拟功能进行刀位三维仿真，以消除刀具与加工表面之间的干涉情况，并计算是否有刀具过切现象。

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，拷入机床系统进行加工。

4 结束语

利用该模具做出来线棒圆角过渡圆滑，保证线圈主绝缘厚度的均匀，在转角与升高处不发偏，保证质量安全系数。线圈型线吻合度好，解决了在嵌线时出现因线圈间的空隙不均匀而造成端部相碰的问题。这使得汽轮发电机线棒模采用数控加工成为现实，彻底改变老一派制造锥体模的惯用模式，大大降低了工人的劳动强度，填补了我公司在现代科技生产制造加工技术方面上的空白，成为实现公司创效争优的宏伟目标路上的一大革新。

参考文献

[1]田汝坤.330MW空冷汽轮发电机定子线棒端部成型固化模设计与制造[J].上海大中型电机，2015（1）：49-52.

[2]吴绍群.高压电机定子线棒主绝缘热压成型模具技术[J].机电技术，2013（4）：97-99.

[3]张于，张丽.汽轮发电机定子线圈模型的建立[J].东方电机，2006（3）：39-41.

作者简介：张俊添（1988-），男，201

2年至今担任广州广重企业集团有限公司机械生产制造工艺技术人员，助理工程师，主要负责工业用汽轮发电机组的核心零部件的生产制造工艺开发与改进。