陈涛 李晨

摘 要：分析和研究了电机装配的关键技术——绕制铁芯壳冲压装配技术。在智能制造的前提下，对定子壳体冲压工艺进行了改进。采用PLC系统设计和控制数字化卧式定子壳体自动冲压设备和工装，实现定子壳体自动定位、卧式夹压、冲压参数采集/反馈/监控等功能。并与数字化车间的运营管理系统进行交互。实际应用表明，采用改进后的工艺，定子壳体压紧效率提高了40%，产品次品率降低了85.7%，人工减少了30%。

关键词：电机;智能制造;定子入壳压装

1现有技术情况

传统的定子铁芯绕线成壳压紧设备是立式压紧机。立式压机包括立式四柱液压机、龙门式液压机、单柱式液压机等，是大多数中小型電机机械厂定子壳压机常用的设备。垂直压力装配是一个比较成熟的工艺。但是，立式压装法和堆叠夹持法（定子与底盘夹持法：底盘位于立式液压机工作区域，定子由悬挂器直接放置在底盘上）存在安全质量隐患大，人工依赖性强，难以实现自动化等缺点[1]。

1.1立式压装工艺存在的缺陷

1.1.1安全隐患大，人工依赖严重。由于定子的质量在几十到几百公斤之间，外壳的质量也在几十到几百公斤之间，手工搬运和转动是不可能的，一般是用吊带完成的。在实际吊装过程中，定子和套管可能会摆动，所以压紧操作需要2-3人配合操作[2]。它不仅严重依赖人工操作，而且如果操作者之间配合不当，很容易导致安全事故。国内已有多家电机厂在安装现场操作人员捏手指或机壳翻扁过程中因惯性而发生伤害事故。到目前为止，还没有设备和方法来替代这一工艺。

1.1.2质量隐患大。当绕组定子铁芯压入机壳时，应先翻转定子，然后用甩片吊起装夹。在这个过程中，定子绕组的一端需要落地并保持垂直状态。底部绕组承受着整个定子的重量，容易损坏，损坏下部绕组的底层或内部绝缘漆膜，导致匝间短路。

1.1.3自动化难以实现，信息化程度低。通常这类传统的压制设备没有配备信息界面。它只存储按下数据、电机模型等加工参数，没有反馈和交互功能，不可能及时处理偶尔出现的故障。传统电机制造业正在进行转型升级，难以实现自动化的定子壳冲压工艺将成为转型过程中的短板，严重制约了电机制造自动化的推进和发展。

综上，如过度的电流、过载和短路造成的磁场不平衡和相位损失将导致电动机的温升，进一步损害相邻的导线的绝缘性能，和电机绕组将陷入一个恶性循环，最终将导致导火索燃烧，甚至还有绕组烧焦和发动机报废[3]。

2适于智能制造的压装工艺解决方案

2.1数字化卧式压装设备及系统总体方案

数控卧式压力机由PLC系统控制面板、外壳定模、伺服升降定位平台、绕组定子定模、快速换模、磁栅组成。该设备可实现底盘定子的自动定位、水平夹压、压紧参数的采集与反馈、制造参数的交互等功能。

卧式压力机采用开放式工作区域和卧式液压机，内置液压油箱、液压泵和电机，结构紧凑，占地面积小。工作区域两端分别设计安装套管固定模具、升降定位平台和定子固定工装。升降定位平台放置在外壳固定模具附近，避免升降定位平台上升时产生干扰。定子固定夹具位于工作区的另一侧，通过螺栓和法兰安装在活塞杆的端部。通过液压机的伸缩实现定子的往复运动，并设计了配套的快速换模模具。外壳定模与定子定模中心线应水平共线。

各模块的功能如下：PLC系统是压力机控制的核心，是实现人机交互的介质;壳体固定模与升降定位平台（PLC系统协调控制）构成壳体自动装夹定位系统;定子夹紧系统由绕组定子固定夹具和快速换模组成。采用磁栅采集并反馈冲床入程和升降位置表的数据。

定子压入外壳后，首先通过控制面板设置参数，如安装，然后通过人工/吊索/桁架机械手关节机器人（电机根据实际生产、规格）装配上材料，通过底盘自动夹紧、定位系统，定子夹紧系统实现定子壳体的夹紧和定位，最后由PLC控制系统根据磁栅反馈的数据完成安装。

2.2数字化卧式压装控制系统

在卧式液压设备和工装设计的基础上，提出了数字卧式冲压控制系统（PLC控制系统）。其主要功能包括冲压行程和提升板的自动控制、参数预存储及与电机规格的关联、数据采集、冲压效果和冲压运行状态的实时反馈、与分布式数字控制（DNC）系统的实时数据交互等。

系统涉及的主要参数包括装配参数（液压缸行程参数）、冲压技术参数（液压缸压力参数）、电机规格参数（底座中心高度、底座长度、芯长等预存参数）、壳体定位参数及生产数据（如冲压量等）[4]。

系统功能实现方式介绍如下：

压力进入行程和提升板控制：通过采用PLC系统可以间接接收车间生产的数字化管理系统发送的相关技术参数信息，并将不同规格电机的型号、机芯长度和安装安装参数（如与电机规格相关的）数据存储起来，并可根据现场需要进行调整。在压装前，可通过PLC系统控制面板选择相应的电机型号，确定生产加工参数。在液压缸推杆和液压管上分别安装磁门和压力传感器，在升降定位台的螺杆上安装磁门，实时监测提前行程数据和压力数据，使冲压工作能准确地按照生产参数进行，保证冲压质量。

数据采集与状态实时反馈：在压装过程中，系统对传感器采集的数据进行分析。当压装参数满足要求但装配参数不到位时，系统能及时判断并反馈给控制面板。

生产数据统计与数据交互：系统监控压芯工艺参数、电机型号、生产数量等，并将生产数据上传到DNC系统进行总装，实现加工过程透明可控。

3结语

数字卧式压装设备具有自动夹紧、定位、压装功能，以及压装状态反馈、制造数据采集、数据交互的数字功能。冲压设备具有较强的柔性制造能力和兼容性。根据实际生产要求，可以引入喷射器、桁架机械手或关节机器人等自动化设备，进一步提高电机装配的自动化水平，实现半自动/自动化装配。卧式压机用绕组定子铁芯压入外壳的工艺，可以显著提高电机压机的质量和生产效率，降低生产成本，为电机机厂的数字化、智能化生产奠定基础。

参考文献：

[1]杨祥， 宗和刚. 乌弄龙水电站发电机定子铁芯叠装，绕组下线工艺[J]. 云南水力发电， 2020， 036（002）：146-150.

[2]姚学松， 凌飞翔. 冰箱压缩机电机定子铁心叠压工艺对铁耗的影响[J]. 电机技术， 2019， 000（003）：58-60.

[3]王苗， 方海安， 李爽. 某高速动车组永磁牵引电机定子铁心焊接结构研究[J]. 技术与市场， 2020， v.27;No.314（02）：47-48.

[4]赵勇. 电机智能制造中改进轴料加工工艺研究[J]. 黑龙江科学， 2019， v.10;No.159（20）：110-111.

（西门子电机（中国）有限公司，江苏 仪征 211417）