CN103192287A - 嵌入式超磁致伸缩材料智能镗杆的螺旋水冷励磁机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种嵌入式超磁致伸缩材料智能镗杆的螺旋水冷励磁机构。镗杆的外圆柱面轴向凹槽内装有超磁致伸缩材料块，小线圈骨架套在镗杆装有超磁致伸缩材料块的轴段上，开有外螺纹的密封套筒装在小线圈骨架外，有螺旋形隔水凸台的大线圈骨架安装在密封套筒外；大线圈骨架、密封套筒和小线圈骨架的两端面分别安装有线圈外壳和线圈端盖；螺旋形水腔的进水口位于线圈端盖的外圆周面上，出水口位于线圈外壳的外圆周面上。本发明采用螺旋水冷结构和组合式线圈，产生均匀的磁场；减小超磁致伸缩材料受温度的影响；实现非接触式驱动和控制；本发明可用于超精密复杂非圆孔加工的非接触式大功率驱动。

Description

嵌入式超磁致伸缩材料智能镗杆的螺旋水冷励磁机构

技术领域

本发明涉及一种励磁线圈机构，尤其是涉及一种嵌入式超磁致伸缩材料智能镗杆的螺旋水冷励磁机构。

背景技术

对于在工作中承受较大非均匀应力的孔类零件，如发动机气缸孔和活塞销孔等，在现代制造业中，为了减轻这类孔的应力集中，减小零件的疲劳损伤，延长其使用寿命，特将此类孔加工成非圆柱孔（异型孔），这要求在精密镗削加工中，镗刀既要有沿着机床主轴的高速旋转运动，还要有沿着孔直径方向的进给运动，且径向进给运动需要很高的频响，以满足不同异型孔精密加工的需求，而基于超磁致伸缩材料驱动的镗杆可以满足以上要求。现有基于超磁致伸缩材料驱动镗杆的励磁机构主要特征为：

专利号：CN200510044793.8，公开号：CN1743111的中国专利公开了“用于加工异形曲面孔的机床”，以及专利号：CN201110196379.4，公开号：CN102303148A的中国专利公开了“一种新型镗削刀具补偿装置”。以上两个专利均将励磁线圈和超磁致伸缩材料内置于主轴前端，该结构存在以下缺陷：需要使用高速电刷进行接触式驱动和控制；励磁线圈受到机床主轴大小的限制，且会对机床主轴动平衡产生影响；线圈采用螺旋气冷的冷却方式，只能对线圈内表面进行冷却，冷却效果不佳；整体结构复杂，环节过多，不易实现。

专利号：CN201110190705.0，公开号：CN102274989A的中国专利公开了“基于超磁致伸缩材料驱动的镗杆装置”，该专利中的导磁回路采用O形环状结构，并在导磁环上绕制多组线圈，该结构存在磁场周向不够均匀的不足。

发明内容

针对以上背景技术中的不足，本发明的目的在于提供了一种嵌入式超磁致伸缩材料智能镗杆的螺旋水冷励磁机构，简化机械结构，提高励磁线圈散热效率，即采用固定式多个线圈组合的形式，提高了线圈设计的灵活性，实现复杂非圆孔加工的非接触式驱动和控制；采用螺旋水冷结构进行线圈冷却，增大了线圈散热面积，提高了散热效率，防止超磁致伸缩材料受温度的影响。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明包括线圈端盖、线圈外壳、大线圈、大线圈骨架，螺旋形水腔，小线圈、超磁致伸缩材料块、镗杆、小线圈骨架、小密封圈、密封套筒、大密封圈，线圈底座、隔水凸台；镗杆的外圆柱面轴向开有凹槽，凹槽内装有超磁致伸缩材料块，小线圈骨架套在镗杆装有超磁致伸缩材料块的轴段上，小线圈骨架上绕有小线圈，外圆柱面开有外螺纹的密封套筒装在小线圈骨架外，两端面有螺旋形隔水凸台的大线圈骨架安装在密封套筒外，大线圈骨架上绕有大线圈；大线圈骨架、密封套筒和小线圈骨架的两端面分别安装有线圈外壳和线圈端盖；线圈底座安装在线圈外壳的底部，线圈底座固定在机床上；线圈外壳的沟槽和线圈端盖的沟槽内各安装有一个小密封圈，大线圈骨架两侧的沟槽内各安装有一个大密封圈；螺旋形水腔的进水口位于线圈端盖的外圆周面上，出水口位于线圈外壳的外圆周面上。

所述的螺旋形水腔由线圈端盖的内壁、大线圈骨架的两个端面及大线圈骨架的内孔表面、密封套筒的外圆螺纹底面和线圈外壳的内壁包围而成；冷却水从进水口通入，在大线圈骨架的一端面上沿螺旋形隔水凸台作螺旋流动，然后进入密封套筒的外螺纹水腔，经多周螺旋进入大线圈骨架的另一端面，在大线圈骨架的另一端面上沿螺旋形隔水凸台作螺旋流动，最后从出水口流出。

所述的小线圈和大线圈均由一个线圈或者相互串联或并联的多个线圈组成。

本发明具有的有益效果是：

采用固定式多个线圈组合的形式，提高了线圈设计的灵活性，所产生的磁场范围宽，各个线圈可以按需组合，可以实现复杂非圆孔加工的非接触式驱动和控制；采用螺旋水冷结构进行线圈冷却，提高了散热效率，防止超磁致伸缩材料受温度的影响；结构简单，方便加工和装配。 

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图。

图2是大线圈骨架结构图。

图3是密封套筒结构图。

图4是线圈底座结构图。

图中：1.进水口，2.线圈端盖，3.大线圈导线引出孔，4.线圈外壳，5.出水口，6.大线圈，7.大线圈骨架，8.螺旋形水腔，9.小线圈，10.小线圈导线引出孔，11.超磁致伸缩材料块，12.镗杆，13.小线圈骨架，14.小密封圈，15.密封套筒，16.大密封圈，17.线圈底座，18.隔水凸台，19.外螺纹，20.螺钉安装孔，21. 线圈底座凹槽，22.直槽安装孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1-图4所示，本发明包括线圈端盖2、线圈外壳4、大线圈6、大线圈骨架7，螺旋形水腔8，小线圈9、超磁致伸缩材料块11、镗杆12、小线圈骨架13、小密封圈14、密封套筒15、大密封圈16，线圈底座17、隔水凸台18；镗杆12的外圆柱面轴向开有凹槽，凹槽内装有超磁致伸缩材料块11，小线圈骨架13套在镗杆12装有超磁致伸缩材料块11的轴段上，小线圈骨架13上绕有小线圈9，开有外螺纹19的密封套筒15装在小线圈骨架13外，两端面有螺旋形隔水凸台18的大线圈骨架7安装在密封套筒15外，大线圈骨架7上绕有大线圈6；大线圈骨架7、密封套筒15和小线圈骨架13的两端分别安装有线圈外壳4和线圈端盖2，线圈外壳4和线圈端盖2之间通过螺钉连接，线圈外壳4上端外圆周面上开有大线圈导线引出口3，线圈外壳4侧面开有小线圈导线引出口10；线圈底座17安装在线圈外壳4的底部，线圈外壳4底部加工有与线圈底座凹槽21相配合的矩形凸台，线圈底座17和线圈外壳4之间通过4个螺钉安装孔20使用螺钉进行连接，线圈底座17通过两个直槽安装孔22使用螺钉固定在机床上；线圈外壳4的沟槽和线圈端盖2的沟槽内各安装有一个小密封圈14，大线圈骨架两侧的沟槽内各安装有一个大密封圈16；螺旋形水腔8的进水口1位于线圈端盖2的外圆周面上，出水口5位于线圈外壳4的外圆周面上；镗杆12和线圈端盖2、线圈外壳4、小线圈骨架13之间均为转动配合。

如图1、图2、图3所示，所述的螺旋形水腔8由线圈端盖2的内壁、大线圈骨架7的两个端面及大线圈骨架7的内孔表面、密封套筒15的外圆螺纹底面和线圈外壳4的内壁包围而成；冷却水从进水口1通入，在大线圈骨架7的一端面上沿螺旋形隔水凸台18作螺旋流动，然后进入密封套筒15的外螺纹水腔，经多周螺旋进入大线圈骨架7的另一端面，在大线圈骨架7的另一端面上沿螺旋形隔水凸台18作螺旋流动，最后从出水口5流出。

如图1所示，所述的小线圈9和大线圈6均由一个线圈组成。为了提高线圈的灵活性，小线圈9和大线圈6也可以由相互串联或并联的多个线圈组成。

本发明的工作原理如下：

在线圈中通入一定的电流，线圈产生的磁场通过线圈外壳4、线圈端盖2、镗杆12在超磁致伸缩材料块11上形成一定的均匀磁场，超磁致伸缩材料块11在此磁场下发生超磁致伸缩效应，在轴向产生伸长，镗杆12前端发生弯曲，带动镗刀产生径向的位移输出。在一定的范围内，通入线圈中的电流越大，超磁致伸缩材料块11的轴向伸长越大，镗杆12前端弯曲越严重，镗刀径向位移也就越大。通过控制线圈中电流的大小，可以镗削出复杂的非圆孔；冷却水从进水口1通入，在大线圈骨架7的一端面上螺旋流动后进入密封套筒15的外螺纹水腔，经过多周螺旋流动后进入大线圈骨架7的另一端面，再经过螺旋流动后从出水口5流出，完成线圈的水冷散热。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种嵌入式超磁致伸缩材料智能镗杆的螺旋水冷励磁机构，其特征在于：包括线圈端盖（2）、线圈外壳（4）、大线圈（6）、大线圈骨架（7），螺旋形水腔（8），小线圈（9）、超磁致伸缩材料块（11）、镗杆（12）、小线圈骨架（13）、小密封圈（14）、密封套筒（15）、大密封圈（16），线圈底座（17）、隔水凸台（18）；镗杆（12）的外圆柱面轴向开有凹槽，凹槽内装有超磁致伸缩材料块（11），小线圈骨架（13）套在镗杆（12）装有超磁致伸缩材料块（11）的轴段上，小线圈骨架（13）上绕有小线圈（9），外圆柱面开有外螺纹（19）的密封套筒（15）装在小线圈骨架（13）外，两端面有螺旋形隔水凸台（18）的大线圈骨架（7）安装在密封套筒（15）外，大线圈骨架（7）上绕有大线圈（6）；大线圈骨架（7）、密封套筒（15）和小线圈骨架（13）的两端面分别安装有线圈外壳（4）和线圈端盖（2）；线圈底座（17）安装在线圈外壳（4）的底部，线圈底座（17）固定在机床上；线圈外壳（4）的沟槽和线圈端盖（2）的沟槽内各安装有一个小密封圈（14），大线圈骨架两侧的沟槽内各安装有一个大密封圈（16）；螺旋形水腔（8）的进水口（1）位于线圈端盖（2）的外圆周面上，出水口（5）位于线圈外壳（4）的外圆周面上。

2.根据权利要求1所述的一种嵌入式超磁致伸缩材料智能镗杆的螺旋水冷励磁机构，其特征在于：所述的螺旋形水腔（8）由线圈端盖（2）的内壁、大线圈骨架（7）的两个端面及大线圈骨架（7）的内孔表面、密封套筒（15）的外圆螺纹底面和线圈外壳（4）的内壁包围而成；冷却水从进水口（1）通入，在大线圈骨架（7）的一端面上沿螺旋形隔水凸台作螺旋流动，然后进入密封套筒（15）的外螺纹水腔，经多周螺旋进入大线圈骨架（7）的另一端面，在大线圈骨架（7）的另一端面上沿螺旋形隔水凸台作螺旋流动，最后从出水口（5）流出。

3.根据权利要求1所述的一种嵌入式超磁致伸缩材料智能镗杆的螺旋水冷励磁机构，其特征在于：所述的小线圈（9）和大线圈（6）均由一个线圈或者相互串联或并联的多个线圈组成。

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