变压器绕线夹头的数控加工分析
【摘要】随着我国电力工业的发展，对变压器类产品及其组件和新型材料的开发提出了越来越高的要求。对于不同类型的变压器来说，都必须要有与其相对应的变压器绕线夹头夹持，它是电力输电系统中不可或缺的重要组成部分。本课题以变压器绕线夹头为研究对象，首先，对绕线夹头外形轮廓进行简要介绍，分析其各尺寸要求；其次，对绕线夹头进行工艺分析，包括所用材料、加工设备、工装夹具、所用刀具以及切削用量选用注意事项等；然后，详细介绍了绕线夹头的加工过程，编写线切割加工程序；最后，对绕线夹头生产过程中易出现的问题进行分析，并寻找其解决方案。
目 录
引 言 1
一、 变压器绕线夹头的介绍 2
（一） 变压器绕线夹头零件介绍 3
（二） 应用场合 3
（三） 外形结构分析 4
二、 变压器绕线夹头的加工工艺分析 5
（一） 工件选材 5
（二） 加工设备的选用 5
（三） 夹具的选用 8
（四） 刀具的选用 9
（五） 切削用量选用注意事项 9
（六） 绕线夹头的加工工艺过程 10
三、 绕线夹头的加工过程 10
（一） 毛坯清洁 10
（二） 卧式车床的加工 10
（二） 线切割加工 11
（三） 淬火处理 11
（四） 磨床加工 11
（五） 抛光机加工 11
四、 数控程序编写 11
五、 加工中出现的问题及优化措施 12
总 结 13
参考文献 14
谢 辞 15
引 言
自19世纪80年代开始，人们对于发电厂所输出交流电还是直流电的抉择中，交流电能够使变压器工作成了一个绝对优势之一。变压器能够使电能转化为高电压低电流的形式，从中之间相互转换，而这项技术的发明，使电能在各地传输过程中的电能损失降至最低，也使得电能传送至偏远地区的经济损失降低，成本降低。
近年来，随着我国电力工业的飞速发展，对变压器类产品及其组件和新型材料的开发提出了越来越高的要求。因此对变压
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器类产品前沿技术的探讨就显得更为重要，变压器行业须按新技术不断开发出新产品，才能满足能源工业发展的需求。例如电力变压器，主要用于输配电系统的升降压；而仪用变压器，则主要用于测量仪表和继电保护装置。但是对于不同类型的变压器来说，都必须要有与其相对应的变压器绕线夹头夹持。变压器绕线夹头的主要作用在于通过电磁感应互感原理，变换输入与输出的电压，把路线与变压器相互连接起来。
本课题以变压器绕线夹头为研究对象，首先，对绕线夹头外形轮廓进行简要介绍，分析其各尺寸要求；其次，对绕线夹头进行工艺分析，包括所用材料、加工设备、工装夹具、所用刀具以及切削用量选用注意事项等；然后，详细介绍了绕线夹头的加工过程，编写线切割加工程序；最后，对绕线夹头生产过程中易出现的问题进行分析，并寻找其解决方案。
本课题来源于苏州吴江芦墟兴力五金厂，该公司主要以生产绕线治具、五金零部件、五金工具为主。本人在公司主要从事绕线夹头的生产操作，以下是对变压器绕线夹头的生产过程进行具体分析。
一、变压器绕线夹头介绍
（一）变压器绕线夹头零件介绍
本课题分析的对象为变压器绕线夹头，其产品图如图11、图12所示，绕线夹头与骨架组合实物，如图13所示，零件图如图14所示。
图11绕线夹头正面 图12绕线夹头侧面
图13 变压器绕线夹头实物
（二）应用场合
变压器绕线夹头整体是由变压器、骨架、铜线、绕线夹头等组成。绕线夹头与骨架配合能起到固定作用，主要固定变压器中的磁芯，与其连接的骨架则为铜线提供了缠绕的空间。所以一般对绕线夹头的精密性有着很高的要求，尤其与骨架相连部分，如果不够稳当，会导致铜线绕制时松垮，虽然有相应的拉力器做到调节性的作用，但加工过程中应当尽量避免因为不严谨而产生的麻烦，这样才可以有效提高生产效率，提高产品合格率。
此变压器绕线夹头的设计是根据所提供骨架的规格大小配合设计的，零件与骨架组合应用于变压器中，并通过电磁感应互感原理，变换输入与输出的电压，达到其使用的目的。
图14 绕线夹头零件图
（三）外形结构分析
从绕线夹头零件图14中可知，该零件的整体外形属于回转类零件，分为顶端和尾端两部分，顶端通过车床加工，尾端需磨削并进行线切割开槽加工，总体尺寸较小，零件表面质量要求较高。以下是对该零件尺寸精度要求的具体分析：
1.加工顶端Φ6×5mm外圆，由于其尺寸为自由公差，精度要求不高，所以用普通车床加工即可，要求分粗、精加工，先粗加工留0.3mm的余量，再通过精加工至尺寸要求。接下来加工Φ5.3×5的槽，同样粗加工留0.3mm余量，再精加工至尺寸要求，第三步与第一步加工要求相同，最后加工Φ8×32外圆，尺寸同样为自由公差，精度要求不高，用于之后的线切割做准备。
2.尾端方形轮廓的宽度尺寸为6mm公差为（0，0.1）mm，长度尺寸分别为32mm和16mm。这部分选用磨床进行加工，一方面是为了达到精度要求，另一方面也可使之前车床加工操作时产生的误差最小化，一般先进行粗磨留0.03mm余量，然后精磨至尺寸要求。
3.对零件尾部开槽，槽宽1.2mm，在20mm深度处有一个Φ3.8mm的圆孔，因为切割这一部分对零件精度不做要求，选用线切割的加工方法。开槽的目的是扩充张力，以防止此零件在固定骨架时，有时因为热胀冷缩导致脱落。绕线夹头零件要求表面淬火热处理，各表面粗糙度要求达到Ra0.08um。
二、变压器绕线夹头的加工工艺分析
（一）工件选材
本课题分析的绕线夹头主要用于变压器当中，由于变压器内部较复杂，零件多，对绕线夹头尺寸精度要求不是很高，但是要求绕线夹头的材料具有硬度高、耐腐蚀性好、耐磨性强等特性，而要达到这些要求，对于零件材质的选择就要谨慎。
R12模具钢具有高的强度和硬度，高的弹性极限和疲劳极限（尤其是缺口疲劳极限）、耐磨性好，切削性尚可，以上这些性能特点正好符合绕线夹头对材料的性能要求，因此选用R12模具钢作为绕线夹头的材料是比较合适的。
（二）加工设备的选用
在加工变压器绕线夹头时，首先考虑到该零件尺寸偏小，虽结构并不复杂，但需加工的内容较多，有外圆、平面、槽、孔等，因此，加工时需用到多台机床设备。
本课题分析的绕线夹头在加工过程中所用到的设备有：卧式车床、磨床、线切割机床、箱式淬火炉、抛光机。各种设备、型号及选用理由，如表21所示，各种机床的实物照片如图21至图25所示，车床和磨床对应的参数如表22、23所示。
在加工零件尾端轮廓时，为了达到较高的尺寸精度和表面质量，需通过磨床反复磨削，耗时较长，而小厂人力有限，因此一般小批量的生产此类零件。
目 录
引 言 1
一、 变压器绕线夹头的介绍 2
（一） 变压器绕线夹头零件介绍 3
（二） 应用场合 3
（三） 外形结构分析 4
二、 变压器绕线夹头的加工工艺分析 5
（一） 工件选材 5
（二） 加工设备的选用 5
（三） 夹具的选用 8
（四） 刀具的选用 9
（五） 切削用量选用注意事项 9
（六） 绕线夹头的加工工艺过程 10
三、 绕线夹头的加工过程 10
（一） 毛坯清洁 10
（二） 卧式车床的加工 10
（二） 线切割加工 11
（三） 淬火处理 11
（四） 磨床加工 11
（五） 抛光机加工 11
四、 数控程序编写 11
五、 加工中出现的问题及优化措施 12
总 结 13
参考文献 14
谢 辞 15
引 言
自19世纪80年代开始，人们对于发电厂所输出交流电还是直流电的抉择中，交流电能够使变压器工作成了一个绝对优势之一。变压器能够使电能转化为高电压低电流的形式，从中之间相互转换，而这项技术的发明，使电能在各地传输过程中的电能损失降至最低，也使得电能传送至偏远地区的经济损失降低，成本降低。
近年来，随着我国电力工业的飞速发展，对变压器类产品及其组件和新型材料的开发提出了越来越高的要求。因此对变压
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
器类产品前沿技术的探讨就显得更为重要，变压器行业须按新技术不断开发出新产品，才能满足能源工业发展的需求。例如电力变压器，主要用于输配电系统的升降压；而仪用变压器，则主要用于测量仪表和继电保护装置。但是对于不同类型的变压器来说，都必须要有与其相对应的变压器绕线夹头夹持。变压器绕线夹头的主要作用在于通过电磁感应互感原理，变换输入与输出的电压，把路线与变压器相互连接起来。
本课题以变压器绕线夹头为研究对象，首先，对绕线夹头外形轮廓进行简要介绍，分析其各尺寸要求；其次，对绕线夹头进行工艺分析，包括所用材料、加工设备、工装夹具、所用刀具以及切削用量选用注意事项等；然后，详细介绍了绕线夹头的加工过程，编写线切割加工程序；最后，对绕线夹头生产过程中易出现的问题进行分析，并寻找其解决方案。
本课题来源于苏州吴江芦墟兴力五金厂，该公司主要以生产绕线治具、五金零部件、五金工具为主。本人在公司主要从事绕线夹头的生产操作，以下是对变压器绕线夹头的生产过程进行具体分析。
一、变压器绕线夹头介绍
（一）变压器绕线夹头零件介绍
本课题分析的对象为变压器绕线夹头，其产品图如图11、图12所示，绕线夹头与骨架组合实物，如图13所示，零件图如图14所示。
图11绕线夹头正面 图12绕线夹头侧面
图13 变压器绕线夹头实物
（二）应用场合
变压器绕线夹头整体是由变压器、骨架、铜线、绕线夹头等组成。绕线夹头与骨架配合能起到固定作用，主要固定变压器中的磁芯，与其连接的骨架则为铜线提供了缠绕的空间。所以一般对绕线夹头的精密性有着很高的要求，尤其与骨架相连部分，如果不够稳当，会导致铜线绕制时松垮，虽然有相应的拉力器做到调节性的作用，但加工过程中应当尽量避免因为不严谨而产生的麻烦，这样才可以有效提高生产效率，提高产品合格率。
此变压器绕线夹头的设计是根据所提供骨架的规格大小配合设计的，零件与骨架组合应用于变压器中，并通过电磁感应互感原理，变换输入与输出的电压，达到其使用的目的。
图14 绕线夹头零件图
（三）外形结构分析
从绕线夹头零件图14中可知，该零件的整体外形属于回转类零件，分为顶端和尾端两部分，顶端通过车床加工，尾端需磨削并进行线切割开槽加工，总体尺寸较小，零件表面质量要求较高。以下是对该零件尺寸精度要求的具体分析：
1.加工顶端Φ6×5mm外圆，由于其尺寸为自由公差，精度要求不高，所以用普通车床加工即可，要求分粗、精加工，先粗加工留0.3mm的余量，再通过精加工至尺寸要求。接下来加工Φ5.3×5的槽，同样粗加工留0.3mm余量，再精加工至尺寸要求，第三步与第一步加工要求相同，最后加工Φ8×32外圆，尺寸同样为自由公差，精度要求不高，用于之后的线切割做准备。
2.尾端方形轮廓的宽度尺寸为6mm公差为（0，0.1）mm，长度尺寸分别为32mm和16mm。这部分选用磨床进行加工，一方面是为了达到精度要求，另一方面也可使之前车床加工操作时产生的误差最小化，一般先进行粗磨留0.03mm余量，然后精磨至尺寸要求。
3.对零件尾部开槽，槽宽1.2mm，在20mm深度处有一个Φ3.8mm的圆孔，因为切割这一部分对零件精度不做要求，选用线切割的加工方法。开槽的目的是扩充张力，以防止此零件在固定骨架时，有时因为热胀冷缩导致脱落。绕线夹头零件要求表面淬火热处理，各表面粗糙度要求达到Ra0.08um。
二、变压器绕线夹头的加工工艺分析
（一）工件选材
本课题分析的绕线夹头主要用于变压器当中，由于变压器内部较复杂，零件多，对绕线夹头尺寸精度要求不是很高，但是要求绕线夹头的材料具有硬度高、耐腐蚀性好、耐磨性强等特性，而要达到这些要求，对于零件材质的选择就要谨慎。
R12模具钢具有高的强度和硬度，高的弹性极限和疲劳极限（尤其是缺口疲劳极限）、耐磨性好，切削性尚可，以上这些性能特点正好符合绕线夹头对材料的性能要求，因此选用R12模具钢作为绕线夹头的材料是比较合适的。
（二）加工设备的选用
在加工变压器绕线夹头时，首先考虑到该零件尺寸偏小，虽结构并不复杂，但需加工的内容较多，有外圆、平面、槽、孔等，因此，加工时需用到多台机床设备。
本课题分析的绕线夹头在加工过程中所用到的设备有：卧式车床、磨床、线切割机床、箱式淬火炉、抛光机。各种设备、型号及选用理由，如表21所示，各种机床的实物照片如图21至图25所示，车床和磨床对应的参数如表22、23所示。
在加工零件尾端轮廓时，为了达到较高的尺寸精度和表面质量，需通过磨床反复磨削，耗时较长，而小厂人力有限，因此一般小批量的生产此类零件。
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