一、項目研究的背景和意義

溫州電機(jī)換向器產(chǎn)業(yè)集群是全國的半壁江山，其市場份額占全國的一半以上，現(xiàn)有企業(yè)100來家，較大規(guī)模的有10多家。企業(yè)輻射深圳、蘇州、南京、福建等全國各地，年銷售額在50億元以上。近年來產(chǎn)品的科技含量逐步提高，獲得國家創(chuàng)新基金項目、列入國家火炬計劃項目。據(jù)不完全統(tǒng)計現(xiàn)有發(fā)明專利20多項，實用新型專利200多項，建有省級換向器試驗室并為主參加電機(jī)換向器國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制訂，生產(chǎn)方式也從手工逐步實現(xiàn)半機(jī)械化。近來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)線并得到德國博世等公司的重視，多次來該公司考察商談合作事宜。

并對產(chǎn)品進(jìn)行模塊化設(shè)計，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、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)造條件與國際知名電機(jī)企業(yè)如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬寶至等在中國設(shè)立的生產(chǎn)基地合作，參與電機(jī)換向器產(chǎn)品設(shè)計開發(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)計方面也已積累了一些經(jīng)驗。

可以說瑞安電機(jī)換向器與世界同步轉(zhuǎn)動。但與國外差距還較大，缺少高端、名牌產(chǎn)品。為此，在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型時期，瑞安電機(jī)換向器行業(yè)要抓住發(fā)展機(jī)遇，跟上時代步伐，實現(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)，通過對這四大應(yīng)用領(lǐng)域需求的分析，可以看出未來市場對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)地刺激了對換向器的需求。

美國汽車工業(yè)聯(lián)盟預(yù)測，2015年全球汽車產(chǎn)量將超過9000萬輛，全球汽車保有量到2015年預(yù)計超過12億輛。

新興市場，尤其是中國、澳大利亞等市場日益成為全球汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要增長動力。中國汽車工業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計到2015年，產(chǎn)銷量有望達(dá)到2500萬輛，保有量達(dá)到約1.4億輛。

總的來看，一臺汽車出廠時需要使用換向器的電機(jī)平均數(shù)量為30個，車輛壽命平均約15年，在使用壽命內(nèi)，油泵、雨刮、搖窗、起動機(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。

基于以上車輛保有量、產(chǎn)量數(shù)據(jù)，到2015年預(yù)計達(dá)到34.26億只。按照每個汽車用換向器平均價格1.8/元計算，則2015年，全球來自汽車產(chǎn)業(yè)的換向器市場需求規(guī)模61.66億元，其中中國市場需求規(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。家電制造行業(yè)對換向器的需求主要來自于如洗衣機(jī)，吸塵器、攪拌機(jī)、豆?jié){機(jī)、果汁機(jī)等電動小家電，以及吹風(fēng)機(jī)等個人護(hù)理電器。歐美日等成熟市場的高附加值產(chǎn)品更新?lián)Q代需求，以及新興市場消費者購買能力提升帶來的新生需求，同時小型家電產(chǎn)品需求開始普及，成為推動家電行業(yè)成長的主要驅(qū)動因素，進(jìn)而帶動著其上游電機(jī)及換向器的需求不斷增長。

中國已經(jīng)成為名副其實的全球家電生產(chǎn)中心。中國家用電器協(xié)會的數(shù)據(jù)表明，中國制造的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)品分別超過全球產(chǎn)能的60%、85%、80%。預(yù)計到“十二五”期末，中國家電工業(yè)總產(chǎn)值將達(dá)到1.5萬億元，年均增長率達(dá)9.2%。

家電行業(yè)換向器整體需求規(guī)模。整體來看，全球來自包括洗衣機(jī)、吸塵器及電動小家電在內(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)合增長率為7.0%，相應(yīng)的，需求規(guī)模也將從41.08億元增長到52.69億元。

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

3、電動工具行業(yè)

電機(jī)是專業(yè)電動工具的心臟，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工具對電機(jī)及電機(jī)組件包括換向器的性能要求也有所不同。據(jù)中國電器工業(yè)協(xié)會電動工具分會的資料，按照一臺電動工具配備一臺需使用換向器的電機(jī)測算，至2015年全球電動工具市場的換向器需求量將達(dá)到約3.30億只。按照每個電動工具用換向器平均價格2.5元計算，則2015年全球換向器市場容量僅電動工具領(lǐng)域就達(dá)到8.24億元，其中中國市場需求量及規(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)中國模具工業(yè)協(xié)會預(yù)測，2015年將達(dá)到約14861萬套，年均復(fù)合增長率為2.0%。中國OA辦公設(shè)備制造業(yè)已經(jīng)成功承接了國際產(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)備配備兩臺需使用換向器的電機(jī)測算，2015年全球來自O(shè)A辦公設(shè)備市場的換向器需求量將達(dá)到2.97億只，若按照每個換向器平均價格0.6元計算，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OA辦公設(shè)備用換向器市場需求量及需求規(guī)模將分別達(dá)到2.20億只，1.32億元。

全球及中國電機(jī)換向器行業(yè)需求規(guī)模及預(yù)測。

總體來看，電機(jī)換向器全球需求規(guī)模上來看，到2015年預(yù)計穩(wěn)定增長到64.67億只，復(fù)合增長率達(dá)到4.8%；需求規(guī)模也從2011年的103.03億元增長至2015年的124.38億元。

中國市場對電機(jī)換向器的需求量2015年33.62億只，復(fù)合增長率為7.6%，明顯高于全球水平，期間中國需求量占全球全球占比也從46.7%增長至52.0%；從需求規(guī)模上來看，2015年，市場規(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，中國必將扮演著越來越重要的角色。

二、電機(jī)換向器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

對產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計、創(chuàng)造條件與國際知名電機(jī)企業(yè)如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬寶至等在中國設(shè)立的生產(chǎn)基地合作，參與電機(jī)換向器產(chǎn)品設(shè)計開發(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)計方面也已積累了一些經(jīng)驗?，F(xiàn)將我們進(jìn)行電機(jī)換向器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計進(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，鉤部分的寬度和厚度比較大，彎曲成形時的應(yīng)力很大，容易造成鉤的根部與模塑料部分開裂，造成產(chǎn)品的不良，因此，采用如下設(shè)計：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，由于彎曲時應(yīng)力集中在換向片身上，從而避免了開裂問題。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)動時容易從產(chǎn)品中浮起或者飛出，對產(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)品臺階端面上會有一層比較薄的模塑料，采用插片式結(jié)構(gòu)時，當(dāng)臺階外徑和工作面外徑差距較大時，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容易與端面分層，造成不良。針對以上不足，通過如下技術(shù)方案克服：采用新型云母片結(jié)構(gòu)，在臺階端面部分開燕尾槽結(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階處都是采用實心的銅材料換向片，通過機(jī)加工銑槽工序加工焊線槽成型，不僅在成本上比較浪費，而且對插片式換向器產(chǎn)品共存的斜片問題沒有任何幫助，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題，大大提高產(chǎn)品的各項質(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)偏差時換向片由于受到很大的軸向壓力而開裂。

我們針對以上不足，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渡的模塑料，當(dāng)焊線與槽位出現(xiàn)偏差時能有效糾正，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越高，對轉(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相差較大，造成頂部銅材料的不必要的浪費，增加了產(chǎn)品的成本。采用本公司自主研發(fā)的一種實用新型的換向器的換向片，本實用新型目的在于滿足產(chǎn)品性能的同時節(jié)約材料成本，減輕產(chǎn)品重量，提高產(chǎn)品性能。通過如下設(shè)計方案實現(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)，開槽時由于升高片較高，會產(chǎn)生很大的軸向壓力，且壓力部位集中在臺階頂部區(qū)域，而底部為懸梁結(jié)構(gòu)，容易造成臺階向另一方向傾倒，產(chǎn)生倒排現(xiàn)象，另外臺階處集中了很大的質(zhì)量，高速旋轉(zhuǎn)時，懸梁結(jié)構(gòu)也會承受很大的應(yīng)力。因此，本實用專利的目的在于克服這些不足，采用如下設(shè)計：換向片底部自臺階端面伸出，避免產(chǎn)生懸梁結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)環(huán)嵌套在伸出部位，避免臺階重量落在換向片端面部位，從而有效解決以上問題，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)計方案探討

多年來，我們設(shè)計了各種電機(jī)換向器，現(xiàn)將各種設(shè)計方案綜合如下，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 無氧銅或電解銅

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

2.1.2 銀銅合金

a. Ag-Cu 0.08% （萬分之八）

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工具上： 吸塵器用（4） Ag-Cu 0.3% 的較多，因為吸塵器轉(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，并不是說含銀量越高越好，好多人有一個誤區(qū)就是認(rèn)為換向器含銀量越高越好，其實不是這樣的，含銀量高了以后，銀銅合金的導(dǎo)電率ASL會下降，從換向本身來說也帶來了負(fù)面的影響，表面不易形成有益的氧化膜，電動工具與吸塵器性質(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)計出來的，有一個地方不好，那在使用過程中都有可能出現(xiàn)火花，跳排，浮片等各種各樣的問題。 換向器的硬度是一個非常非常關(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，以酚醛樹脂為粘合劑，木粉為主要填料，輔以添加劑，通過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、無線電絕緣零件等。

酚醛模塑料的分類介紹

分 類	國家標(biāo)準(zhǔn)命名	企業(yè)命名	主要用途
	GB/T1404.1-2008P
直流串激電機(jī)換向器專用酚醛模塑料	PF(GF30+GG20).Q/M	JM-6551	高速電機(jī)換向器
通用類	PF(WD45+MD10~ WD50+MD5).Q PF(WD40+MD15~WD45+MD10).Q/M PF(WD35+MD10~WD40+MD15).Q/M	PF2A1-131 PF2A2-141/141J UL PF2A2-151/151J UL	低壓電器、普通 生活用具等
特種類	PF(SS30+LF15+CD10).X PF(SS30+LF15+CD10).X PF(GF30+GG20).X PF(GF30+GG20).X	PF2S1-5802 PF2S1-441 PF2E6-985J UL PF2E6-985J（C）	阻燃、耐熱耐水的高強(qiáng)度電器配件和水潤滑軸承及密封圈
電器類	PF(WD20+MD15).Q PF(WD20+PS30).X PF(WD30+MD20).XA無氨 PF(WD25+MD10~WD20+MD10).Q/M	PF2A3-1601 PF2E2-3301 PF1A2-1501 PF2A4-161/161J UL	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、無線電絕緣零件
阻燃耐熱類	PF(GF25+GG25).X PF(GF20+GG30).X	PF2C3-431 PF2C5-631	低壓電器、儀表、 絕緣結(jié)構(gòu)等

2.2.2 電木粉常見成型缺陷原因

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?。簧涑鰰r間不夠；料溫太低；模具排氣不良。

d. 裂紋：動定模模溫差大；模具溫度太高或太低；開模、脫模速度太快；周期太長；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

對產(chǎn)品進(jìn)行模塊化設(shè)計，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、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)造條件與國內(nèi)大型電機(jī)企業(yè)及國際知名電機(jī)企業(yè)如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬寶至等在中國設(shè)立的生產(chǎn)基地合作，參與電機(jī)換向器產(chǎn)品設(shè)計開發(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，其為無氨絕緣材料，特點是韌性好，抗沖擊，流動性好，易成型，尤其是在產(chǎn)品初步成型后的烘烤過程中，因是無氨材料，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，特別適合起動機(jī)的換向器使用。其價格比同類絕緣材料低15-20%。

3.2、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計

（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相差較大，造成銅材料的不必要的浪費，增加了成本。

（2）項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、高速運轉(zhuǎn)下的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，項目產(chǎn)品采用的是對內(nèi)孔加普通08F號鋼的襯套和對換向片加固的工藝。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)子壓軸時其內(nèi)孔過盈量可增加到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

本部分對電機(jī)換向器本體壓注成型工藝進(jìn)行設(shè)計和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及局部優(yōu)化。項目分析了模具結(jié)構(gòu)對換向器成型的影響進(jìn)行了分析，通過理論分析與試驗對電機(jī)換向器壓注工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

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)計了換向器送料裝置，通過電磁振動盤、可調(diào)式變軌等結(jié)構(gòu)與光電等傳感器實現(xiàn)了多類型電機(jī)換向器的準(zhǔn)確送料。

（2）巧妙設(shè)計了換向器的輸送、限位、裝夾等裝置裝置，采用擋板與光電傳感器結(jié)合實現(xiàn)電機(jī)換向器的定位，通過液壓剪式機(jī)械手加持裝置與對應(yīng)夾具結(jié)合，實現(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”型夾塊的開口對準(zhǔn)環(huán)形凹槽。

（3）采用伺服電機(jī)實現(xiàn)精確的位置控制和嚴(yán)格的速度同步運動控制設(shè)計。伺服驅(qū)動器通過在驅(qū)動器內(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）通過電磁振動盤、可調(diào)式變軌等結(jié)構(gòu)與光電等傳感器實現(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)合實現(xiàn)電機(jī)換向器的定位，通過液壓剪式加持裝置與對應(yīng)夾具結(jié)合，實現(xiàn)了產(chǎn)品的夾取、裝夾及卸料。

（2）創(chuàng)新設(shè)計了刀軸和刀頭組成的銑槽裝置，刀軸由電機(jī)驅(qū)動且刀軸可在機(jī)架上上下移動，刀頭切割方向與夾料裝置平行，把原機(jī)改成為立式、一對機(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)，自動化程度高，降低勞動成本，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)可在工作臺上前后移動，兩組毛刷機(jī)分別對應(yīng)兩組上、下夾頭，兩組毛刷機(jī)的毛刷輪形成夾角，具有自動控制裝卸料、夾緊松開、能將產(chǎn)品無間隙加工好，通過機(jī)械手將換向器自動運送到上、下夾頭，使研磨機(jī)構(gòu)能對換向器的外圓進(jìn)行研磨，減小了勞動強(qiáng)度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率。

（2）工作臺內(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、出料道相對應(yīng)。

（3）設(shè)計自動控制裝卸料、夾緊松開、加工能將產(chǎn)品無間隙加工好，通過機(jī)械手將換向器自動運送到上、下夾頭，使得研磨機(jī)構(gòu)能對換向器的外圓進(jìn)行研磨，無需工人的手工操作，減小了工人的勞動強(qiáng)度也提高了工作效率，并且由于消除了人工帶來的誤差，使得加工出來的換向器精度更高。

（4）采用PLC智能化觸摸屏控制，產(chǎn)品控制自動裝料卸料，提高裝夾的效率和精度，也減小了工人使用時的勞動強(qiáng)度，增加了運行的穩(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)全過程由程序控制系統(tǒng)執(zhí)行、自動控制裝卸料、夾緊松開、加工，能將產(chǎn)品無間隙加工好。實行無人操作、杜絕操作人員的安全事故。

（1）優(yōu)化設(shè)計了液壓移位式三道模壓彎鉤機(jī)構(gòu)，首個沖壓裝置的底座彎鉤模腔為斜面，第二個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）采用自動送料、夾緊松開的裝卸料、加工，通過PLC智能化觸摸屏控制，提高裝夾的效率和精度，減小了勞動強(qiáng)度。

3.4.5、換向器絕緣耐壓檢測專用機(jī)研發(fā)

（1）通過多組夾頭、機(jī)械手架和檢測機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)了換向器的內(nèi)圓面與外圓面的耐壓性進(jìn)行檢測，解決了換向器內(nèi)圓面難檢測的問題，提高了檢測的全面性，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)品控制自動裝料卸料，提高裝夾的效率和精度，減小了工人使用時的勞動強(qiáng)度，增加了運行的穩(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

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 振動盤

是將待加工的產(chǎn)品按照要求輸送入自動裝卸料裝置。

3.1.1.2 自動裝卸料裝置（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

整條生產(chǎn)線系統(tǒng)模式設(shè)計。整條生產(chǎn)線產(chǎn)品包含有由六臺機(jī)器組成，分別是全自動電機(jī)換向器內(nèi)孔、外圓加工專用機(jī)；全自動電機(jī)換向器雙機(jī)頭銑槽銑鉤專用機(jī)；全自動電機(jī)換向器液壓三道模式彎鉤專用機(jī)；全自動電機(jī)換向器兩位移動式砂光、研磨專用機(jī)；全自動電機(jī)換向器絕緣耐壓檢測專用機(jī)。整機(jī)采用變頻器技術(shù)的傳動系統(tǒng)設(shè)計，通過對供電頻率的轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)電動機(jī)運轉(zhuǎn)速度率的自動調(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。 通過改變交流電頻的方式實現(xiàn)交流電控制。產(chǎn)品采用伺服電機(jī)實現(xiàn)精確的位置控制和嚴(yán)格的速度同步運動控制設(shè)計，伺服驅(qū)動器通過在驅(qū)動器內(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)計開發(fā)

控制系統(tǒng)是本項目產(chǎn)品的核心，在控制系統(tǒng)設(shè)計中，除了需要開發(fā)單元設(shè)備的控制系統(tǒng)外，還需要對單元設(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、運動的協(xié)調(diào)和同步、節(jié)拍的設(shè)計和控制等等都需要重新設(shè)計；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關(guān)注。

3.3.2. 采用多種控制電機(jī)的傳動和定位系統(tǒng)設(shè)計以及同步運動控制

在生產(chǎn)設(shè)備中，會涉及多種電機(jī)的協(xié)同運動控制，包括變頻、步進(jìn)、伺服以及多種氣動部件、電磁鐵部件的控制；開發(fā)多軸運動控制系統(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。在項目中，將重點對網(wǎng)絡(luò)及其可靠性、遠(yuǎn)程檢測和維護(hù)的檢測點和參數(shù)設(shè)置、檢測方法和維護(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)計和參數(shù)數(shù)字化設(shè)置界面開發(fā)

項目產(chǎn)品為智能模塊化生產(chǎn)設(shè)備，需要開發(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智能生成；生產(chǎn)工藝專家數(shù)據(jù)庫自動維護(hù)。

同時還需要開發(fā)工藝參數(shù)的數(shù)字化設(shè)置，支持工藝參數(shù)通過網(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)計開發(fā)

3.4.1. 換向器內(nèi)孔、外圓加工專用機(jī)

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

全自動電機(jī)換向器內(nèi)孔外圓加工專用機(jī)創(chuàng)新設(shè)計換向器內(nèi)孔外圓加工裝置，能自動控制裝卸料、夾緊松開，能將產(chǎn)品無間隙加工好、并且即刻進(jìn)行檢驗、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的勞動強(qiáng)度。

3.4.1.1. 創(chuàng)新設(shè)計換向器內(nèi)孔外圓加工裝置。該裝置包括工作臺、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”型夾塊的開口對準(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。而而工人在裝夾時必定沒有機(jī)械裝置的精準(zhǔn)度，從而所加工出來的換向器不易達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，加工出來的換向器廢品較多。手工裝夾的方式也由于需要進(jìn)行對準(zhǔn)等工序，使得工人在裝夾換向器工件時效率較為低下、工人的勞動強(qiáng)度較高。

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

3.4.1.3. 采用伺服電機(jī)實現(xiàn)精確的位置控制和嚴(yán)格的速度同步運動控制設(shè)計。伺服驅(qū)動器通過在驅(qū)動器內(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)

全自動電機(jī)換向器雙機(jī)頭銑槽銑鉤專用機(jī)，創(chuàng)新設(shè)計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)動且刀軸可在機(jī)架上上下移動，刀頭切割方向與夾料裝置平行，并采用一對機(jī)變革為一機(jī)、兩道工序在一機(jī)內(nèi)完成，設(shè)置兩臺機(jī)即滿足生產(chǎn)線要求。產(chǎn)品具有自動上下料、自動定位的功能。

3.4.2.1. 創(chuàng)新設(shè)計一種電機(jī)換向器銑槽銑鉤裝置，包括工作臺、送料皮帶、收送料裝置、機(jī)械手架、多個夾料裝置、多個銑槽裝置和出料道。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，限位座滑動連接工作臺。輸料塊整體呈“S”型，工作臺上設(shè)有對準(zhǔn)出料滑道的托盤，機(jī)械手架可在工作臺上左右移動。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)動且刀軸可在機(jī)架上上下移動，刀頭切割方向與夾料裝置平行。

而目前，電機(jī)換向器開槽的加工方式，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。原有洗鉤洗槽機(jī)分為兩臺機(jī)加工、速度大慢滿足不了生產(chǎn)線的要求、且多臺機(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)，自動化程度高，降低勞動成本，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)不便適合實現(xiàn)自動化、更是轉(zhuǎn)盤大不易維護(hù)。為了實現(xiàn)自動化，設(shè)計為兩位移動式的砂光研磨機(jī)。全自動電機(jī)換向器兩位移動式砂光研磨專用機(jī)產(chǎn)品采用產(chǎn)品采用全自動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)可在工作臺上前后移動，兩組毛刷機(jī)分別對應(yīng)兩組上、下夾頭，兩組毛刷機(jī)的毛刷輪形成夾角，具有自動控制裝卸料、夾緊松開、能將產(chǎn)品無間隙加工好，通過機(jī)械手將換向器自動運送到上、下夾頭，使研磨機(jī)構(gòu)能對換向器的外圓進(jìn)行研磨，無需工人的手工操作，減小了工人的勞動強(qiáng)度也提高了工作效率，并且由于消除了人工帶來的誤差，提高換向器精度。

3.4.3.1. 創(chuàng)新設(shè)計全自動換向器砂光研磨裝置。其包括工作臺和傳送皮帶。工作臺內(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)可在工作臺上前后移動，兩組毛刷機(jī)分別對應(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)計自動控制裝卸料、夾緊松開、加工能將產(chǎn)品無間隙加工好，通過機(jī)械手將換向器自動運送到上、下夾頭，使得研磨機(jī)構(gòu)能對換向器的外圓進(jìn)行研磨，無需工人的手工操作，減小了工人的勞動強(qiáng)度也提高了工作效率，并且由于消除了人工帶來的誤差，使得加工出來的換向器精度更高。

3.4.3.3. 采用PLC智能化觸摸屏控制，產(chǎn)品控制自動裝料卸料，提高裝夾的效率和精度，也減小了工人使用時的勞動強(qiáng)度，增加了運行的穩(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人工操作、人員事故多發(fā)、現(xiàn)設(shè)計為液壓三道模壓彎鉤、全過程由程序控制系統(tǒng)執(zhí)行。全自動電機(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)全過程由程序控制系統(tǒng)執(zhí)行、自動控制裝卸料、夾緊松開、加工，能將產(chǎn)品無間隙加工好。實行無人操作、杜絕操作人員的安全事故。

3.4.4.1. 創(chuàng)新設(shè)計換向器彎鉤裝置，其包括工作臺、送料皮帶、機(jī)械手架和多個沖壓裝置，工作臺上設(shè)有對準(zhǔn)托盤的進(jìn)料軌道和對準(zhǔn)送料皮帶的出料軌道，機(jī)械手架可在工作臺上左右移動。 沖壓裝置包括互相對應(yīng)的底座和沖頭，沖頭可在機(jī)架上上下移動。首個沖壓裝置的底座彎鉤模腔為斜面，第二個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一的生產(chǎn)方式，手動將換向器放入沖床的夾具中，再用沖床一次成型彎鉤，上述換向器彎鉤過程不能實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，容易折斷換向器彎鉤部，工作效率低下，勞動強(qiáng)度大，同時也提高了生產(chǎn)成本。

3.4.4.2. 整機(jī)優(yōu)化設(shè)計液壓彎式三道模彎鉤機(jī)；由于原有彎鉤工序用沖床單項人工操作、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、全過程由程序控制系統(tǒng)執(zhí)行、實行無人操作、杜絕操作人員的安全事故。

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

3.4.5. 換向器絕緣耐壓檢測專用機(jī)

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

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

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

3.4.5.2. 該產(chǎn)品能與全自動電機(jī)換向器生產(chǎn)線配套。將工藝流程中產(chǎn)品的耐壓、絕緣檢驗利用智能數(shù)控程序、自動進(jìn)行檢驗工作、減少操作人員。能夠自動對換向器的換向片進(jìn)行絕緣檢測，也能對換向器的內(nèi)圓面與外圓面的耐壓性進(jìn)行檢測，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)品控制自動裝料卸料，提高裝夾的效率和精度，減小了工人使用時的勞動強(qiáng)度，增加了運行的穩(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)國際主流創(chuàng)新發(fā)展的方法，從產(chǎn)品設(shè)計、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)競爭能力。近年來國外電機(jī)企業(yè)紛紛進(jìn)入中國國內(nèi)市場，國際知名電機(jī)企業(yè)如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬寶至等大都在中國設(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》提高無故障時間的研究

4.4.1、生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)模式優(yōu)化設(shè)計。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)自動化控制設(shè)計，采用伺服電機(jī)實現(xiàn)精確的位置控制和嚴(yán)格的速度同步運動控制設(shè)計，伺服驅(qū)動器通過在驅(qū)動器內(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)換向器兩位移動式砂光、研磨專用機(jī)；電機(jī)換向器絕緣檢測專用機(jī)

為了適應(yīng)國際主流創(chuàng)新發(fā)展的方法，我們從產(chǎn)品設(shè)計、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)競爭能力。近年來國外電機(jī)企業(yè)紛紛進(jìn)入中國國內(nèi)市場，國際知名電機(jī)企業(yè)如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬寶至等大都在中國設(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。對產(chǎn)品進(jìn)行模塊化設(shè)計，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、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)造條件與國內(nèi)大型電機(jī)企業(yè)及國際知名電機(jī)企業(yè)如博世、大陸、博澤、德昌、日本電裝及萬寶至等在中國設(shè)立的生產(chǎn)基地合作，參與電機(jī)換向器產(chǎn)品設(shè)計開發(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》提高無故障時間的研究

4.2.1、整條生產(chǎn)線系統(tǒng)模式優(yōu)化設(shè)計。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)自動化控制設(shè)計，采用伺服電機(jī)實現(xiàn)精確的位置控制和嚴(yán)格的速度同步運動控制設(shè)計，伺服驅(qū)動器通過在驅(qū)動器內(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)換向器兩位移動式砂光、研磨專用機(jī)；電機(jī)換向器絕緣檢測專用機(jī)。

4.2.4、對國內(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，掌握競爭情報。

溫州市機(jī)械工程學(xué)會

2023.12.06