1、r型變壓器鐵芯裁剪曲線算法研究28機(jī)械設(shè)計與制造machinerydesign&manufacture第8期2010年8月文章編號:10013997(2010)08002802r型變壓器鐵芯裁剪曲線算法研究歐陽玉平郭帥戴樂寅(上海大學(xué)機(jī)自學(xué)院,上海200072)thestudyofr-typetransformerironcorecuttingcurvedesignalgorithmouyangyu-ping,guoshuai,daileyin(schoolofmechanical&electronicengineeringandautomation,shanghaiunive

2、rsity,shanghai200072,china);【摘要】r型變壓器制造關(guān)鍵技術(shù)之一就是對矽鋼帶r型鐵芯輪廓的開料加工.針對鐵芯制造中i;矽鋼片高速切割工藝和工裝設(shè)備,詳細(xì)研究了r型鐵芯裁剪理論輪廓曲線的形成,并對加工過程中各種;參數(shù)變化對輪廓曲線影響做了進(jìn)一步的分析.;i關(guān)鍵詞:r型鐵芯;裁剪曲線;開料機(jī);變壓器ll【abstract】oneofthekeytechnologiesforrtypetransformermanufactureisthecuttingprocessinglforr-typesiliconsteelcore.be忉8datthespeedcuttingtec

3、hniquesandtoolingequipmentforthe8siliconsteelcore,itmakesdetailedresearchonthecuttingcurveformationoftheoreticalprofileofrtypel;ironcore,andmakes口rtheranalysisontheeffectwhichprocess1)ariousparameterchangesinprocess;lmadeli.1l舭ec刪巴likeywords:r-typetransformerironcore;cuttingcurve;cuttingmachine;tran

4、sformerl中圖分類號:th16文獻(xiàn)標(biāo)識碼:ali商r型變壓器是在20世紀(jì)80年代日本北村機(jī)電株式會社設(shè)計并研制出來的新型變壓器,其外形,如圖1所示.與傳統(tǒng)的變壓器相比,r型變壓器具有漏磁小,磁導(dǎo)率高,激磁電流小,損耗低,溫升低,結(jié)構(gòu)緊湊,無噪音,絕緣性能優(yōu)良等優(yōu)點,岡此r型變壓器在電子技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用.圖1r型變壓器外形圖2r型鐵芯展開帶輪廓及套裁加工r型鐵芯是從一條等寬的矽鋼帶上裁剪出由窄變寬再有寬變窄連續(xù)變化能繞出正圓截面的鋼帶.理想的鐵芯展開帶輪廓形狀,如圖2所示.圖2r型鐵芯展開帶輪廓曲線為了加工出圖2所示的上下對稱的兩條曲線,需要用兩把刀同時加工,且材料利用率較低:r/%

5、=2rr2/(2r)ax100%=78.5%在實際的曲線設(shè)計中是采用中軸線的方法,如圖3所示.首先找到料帶的中心軸,其次以中心軸為基準(zhǔn)邊,把其中的一條曲邊的寬度疊加到另一邊上,就形成了圖3所示的一邊為直邊,一來稿日期:2009一l0一l1邊為曲邊的輪廓圖形.在鐵芯卷繞時,利用卷繞機(jī)的自動對中機(jī)構(gòu)會使鐵芯的卷繞中心與材料的寬度中心始終保持一致.圖3利用中軸法構(gòu)造曲線但是,這種從原始料帶中只裁剪一根曲料沒有提高材料的利用率,材料的利用率仍然為:%=2盯r2/(2r)2)(10o%=78.5%為了提高材料的利用率,采用了套裁的方式,即在原始材料中按一定規(guī)律排列同一型號的鐵芯曲料,使組合成上下兩條能同

6、時加工的曲料,如圖4所示.只要知道曲料的寬度隨長度變化的函數(shù),求出相應(yīng)曲料1的寬度與曲料2的寬度和的最大值的位置(既圖中的接觸點a點),就可以得出裁剪這兩條曲料所需原始料帶的寬度w,如圖4所示.lj曲料2曲料1圖4r型鐵芯套裁設(shè)計首先找到曲料的接觸點位置.曲料是由一個個對應(yīng)于圈數(shù)的梯形組成的,寬度對應(yīng)于圈數(shù),設(shè)圈數(shù)為n,目前處于第i圈,鐵芯的直徑為d,材料厚度為t.第8期歐陽玉平等:r型變壓器鐵芯裁剪曲線算法研究29曲料1第i圈的寬度為:w.()=,/f曲料2第i圈的寬度為:()=總寬度:w=w1+2一(d2(it一,2(1)(2)通過求解(1)(2)兩式可得:當(dāng)ixt=d/2時,總寬度w-,

7、/d,取得最小值.此時的利用率為:暢=r2/(2rx,/r)xlo0%-90.7%采用套裁的辦法使材料的利用率得到了很大的提高.3r型鐵芯展開帶曲線公式推導(dǎo)用數(shù)控機(jī)床加工的r型鐵芯開料曲線是一條由窄變寬,再由寬變窄,在一定的芯塊模具上能繞出近似圓形截面形狀的三次樣條曲線.要完成三次樣條曲線插補(bǔ),先要計算出可以由數(shù)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成插補(bǔ)的數(shù)據(jù).決定r型鐵芯曲線形狀的參數(shù)主要是:材料厚度t,疊片系數(shù)a,鐵芯直徑,鐵芯芯塊窗長和窗寬.疊片系數(shù):a=t./t式中:tl一材料的實際厚度,在加工過程中通過測厚傳感器對一個周期的料帶厚度的測量并取平均值而成.r型鐵芯是由剪裁后的料帶繞在具有一定形狀的芯塊上,并具有

8、一定圈數(shù)而成的.所以決定r型鐵芯外形形狀的參數(shù)有芯塊的長,寬和r型鐵芯的圈數(shù)an.a=int(r/t1)每圈的料帶長度的計算方法如下:首先芯塊的周長c:c=2()把芯塊的周長等效成是一個圓的周長,并求出其直徑,即得到輸入內(nèi)徑r=c/r.這樣就可以把鐵芯看成在這個等效圓上卷繞而成,每增加一圈,半徑增加一個材料厚度.第一圈的長度為1(1)=2(,j+)+2t1:=r(1t+21)可以推出鐵芯第i圈的長度公式:z()=2(,j+)1w+2ixt1=r(7r+2it1)在第i圈時用料長度ll(i)為:ll(i)=l(1)+2(2)+a+2()鐵芯的總用料長度al為:al=l(1)+2(2)+a+2(a

9、n)截面形狀的尺寸參數(shù)主要有截面直徑,重疊厚度,和最小寬度5.截面寬度的計算公式如下:t=anxt,sh=,/_j1i2,w(i)=sh從而可以求出第i圈的寬度:形()=,/二i從而得到了r型鐵曲線的數(shù)學(xué)模型:c:f(u,w,i)r型鐵芯在卷繞時的起始端是收料的末尾端,在通過高級計算機(jī)語言對r型鐵芯的參數(shù)進(jìn)行上述公式的進(jìn)行計算時需要把材料每圈的長度和寬度首尾對調(diào),得到一組離散的長度和寬度的數(shù)組.這些數(shù)組在數(shù)控加工系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換成刀具的進(jìn)給的三次樣條的插補(bǔ)曲線.不同的型號鐵芯加工過程中使用不同寬度的矽鋼片料帶,矽鋼片料帶寬度及材料寬度的選擇應(yīng)該根據(jù)型號的輸入內(nèi)徑來選擇.理論上說,材料寬度wm=,/實

10、際加工過程中應(yīng)考慮廢邊寬度,矽鋼片料帶選擇寬度大于珀勺型號,即win>,廠此外,通過七述方法還可以計算出r型鐵芯其他重要的參數(shù),廢邊寬度wh,外形長.,外形寬.,截面面積s和鐵芯重量g:wh=win=x/3t,l0:,j+2anxt1,w0w+2an1s=w(1)1+(2)f1+a+(a凡)1=(w(1)+w(2)+a+(an)g=(w(1)lxl(1)+(2)lxl(2)+a+w(an)1z(aft)xm=(1)(1)+(2)(2)+a+)z)xm其中m為材料的比重(g/ram)以材料厚度為0.27ram,型號為r一260的鐵芯為例,生成的截面形狀圖和料帶曲線圖,如圖5所示.50403

11、o20l00o2040608010012o鐵芯型號:m=260,t=027及個料帶套裝設(shè)計曲線u.u5.0j0.0l5.02u.025030.u35.u圖5r一260型鐵芯截面形狀圖和料帶曲線4r型鐵芯輪廓曲線的修正r型鐵芯最重要的參數(shù)是磁通量,為保證磁通量?t5t-的范圍內(nèi),需保證鐵芯重量在設(shè)計范圍內(nèi).在加工的過程中,如果加工出來的鐵芯重量不在標(biāo)準(zhǔn)的范圍之內(nèi)時,需要對鐵芯形狀進(jìn)行修正.修正的辦法如下:修正值(%)=(g./g)xl00100式中:g一開料的實際重量;g標(biāo)準(zhǔn)重量.把修正值參數(shù)與每一圈的長度相乘,通過改變每圈的長度使得重量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值.下圖以材料為0.27,鐵芯型號為r一35的材料

12、為例,在通過調(diào)整修正值后對鐵芯截面積的影響.5r型鐵芯曲線算法編程實現(xiàn)5.1鐵芯參數(shù)設(shè)計在這個模塊上根據(jù)鐵芯的型號來對各個參數(shù)進(jìn)行設(shè)定,并對設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行計算,生成并顯示加工所需要的數(shù)據(jù).5.2設(shè)計結(jié)果評估對各種型號的輸入數(shù)據(jù)的計算結(jié)果進(jìn)行圖形模擬仿真,形象的表示出參數(shù)的變化對料帶曲線形狀及截面形狀產(chǎn)生的影響,以檢驗是參數(shù)設(shè)計的合理.6結(jié)論r型鐵芯曲線的設(shè)計,是加工出合格的鐵芯的前提和提高材料利用率,節(jié)省資源的保證.介紹了提高材料利用率的方法,詳細(xì)的推導(dǎo)了鐵芯開料曲線的設(shè)計過程,分析了設(shè)計參數(shù)對鐵芯結(jié)構(gòu)和性能的影響,并介紹了曲線加工設(shè)計的軟件.論文所研究的r型鐵卷的曲線裁剪設(shè)計已在上海埃斯凱變壓器股份有限公司曲線開料機(jī)控制系統(tǒng)上投入應(yīng)用,大大提高r型鐵芯鋼帶的利用率,達(dá)到了預(yù)期設(shè)計目的.參考文獻(xiàn)1郄勝強(qiáng),王先逵.r型鐵芯數(shù)控多刀曲線開料機(jī)床的設(shè)計j_電子變