CN108161603B - 磁场辅助平面磨削设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了磁场辅助平面磨削设备，包括数控平面磨床和磁场辅助装置。该数控平面磨床包含床身、主轴、磨盘、夹具和工作台。该磁场辅助装置包含电磁铁装置，该电磁铁装置包括两线圈、两极头、极柱和一磁轭，该磁轭呈U形结构且具有一中间部和两开口部，该线圈装接在开口部，该极头装接在线圈上；还配设有直流电源控制系统，该直流电源控制系统电接电磁铁装置；该电磁铁装置装设在工作台之上，以使电磁铁装置随工作台一起做往复进给运动，该夹具及夹接在夹具上的工件相对固定地位于两极头的中间位置，以使工件始终处于磁场区域内。它具有如下优点：工件始终处于磁场区域内，使工件磨削区域始终受到定向磁场作用，有效提升工件表面质量。

Description

磁场辅助平面磨削设备

技术领域

本发明涉及一种平面磨削设备，尤其涉及一种磁场辅助平面磨削设备。

背景技术

零件加工追求的往往是一定工艺条件下的极限尺寸精度和加工表面质量，已有研究发现单纯依靠刀具、机床和工艺参数的改进和调整，很难有效提升极限加工精度。这种情况下，借助外界能量场抵消材料加工中的局部高温和材料大变形引起的负面影响是一个值得探索的新思路。能量场辅助加工方法是加工技术研究中的一个前沿和热点问题，具体工艺包括磁场辅助加工、超声振动辅助加工、离子束辅助加工、等离子注入辅助加工、激光辅助加工等多种具体的工艺方法。这些工艺方法的突出特点在于通过将高密度的外界能量(磁、振动、热、光)输入到加工区域，辅助或直接形成材料去除，从而达到许多传统加工难以达到的加工效果，如难加工材料的高效去除、脆性材料的塑性去除、黑色金属的金刚石刀具精密切削等。在这些加工方式中，磁场辅助加工是开展最早的一种能量场辅助加工方法，相对于其他能量场辅助加工，磁场辅助加工有成本低、操作简单、外加磁场容易移除、适用范围广等一系列优点。磁场对磨削过程可能的有利影响主要体现在以下几个方面：1、磁致冷却技术；可能通过连续的外界充磁(主动充磁)和磨削热消磁(被动消磁)，快速、有效地带走磨削区域的磨削热，降低磨削区产生的局部高温，可以使磨削区域的温度均匀化，降低磨削烧伤、磨削残余应力和磨具的损耗；2、磁致相变作用；导磁材料的微观组织在磁场所造成的体积力作用下可能发生相变或阻止相变的发生。3、磁场伸缩效应；导磁材料在外界磁场的作用下，尺寸发生变化，造成材料的强化。利用磁致伸缩效应，可以改善金属去除过程的回弹现象，控制工件材料的非期望流动，有可能达到提高金属去除率的效果。4、定向性的磁场使磨削液的毛细作用加强，提高磨削液向磨削区域的渗透能力。但如何利用磁能量场抵消或削弱高温和已加工表面变质等负面效应，进而实现磁场在磨削区域的高效、定向、连续施加成为需要解决的一个问题。

发明内容

本发明提供了磁场辅助平面磨削设备，其克服了背景技术中平面磨削设备所存在的不足。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之一是：

磁场辅助平面磨削设备，包括：

数控平面磨床，包含床身、转动装设在床身的主轴、传动连接主轴的磨盘、能夹接工件的夹具、能移动连接在床身以做进给运动的工作台；

磁场辅助装置，包含电磁铁装置，该电磁铁装置包括两由漆包线绕制的呈空心圆筒形的线圈、两极头、极柱和一磁轭，该磁轭呈U形结构且具有一中间部和两分别固接在中间部两端的开口部，该两线圈分别装接在该两开口部相面对面上，该两极头分别装接在该两线圈上，该电磁铁装置还配设有直流电源控制系统，该直流电源控制系统电接电磁铁装置，以为线圈提供低压直流电，以使电磁铁装置的极头中心区域产生磁场；该电磁铁装置装设在工作台之上，以使电磁铁装置随工作台一起做往复进给运动，该夹具及夹接在夹具上的工件相对固定地位于两极头的中间位置，以使工件始终处于磁场区域内。

一实施例之中：该电磁铁装置的磁轭的中间部平行于工作台的宽度方向，该磁轭的长度不超过工作台的宽度。

一实施例之中：该极柱、极头都由电工纯铁材料制成，该磁轭由碳钢材料制成，该磁轭通过电磁吸盘固定于工作台上。

一实施例之中：该两极头的半径和线包匝数均相同。

一实施例之中：该直流电源控制系统为可调直流电源控制系统。

一实施例之中：还包括：

测力仪，装设在夹具和磁轭之间。

一实施例之中：该磁轭上固接有夹板，该测力仪通过不导磁的铜垫块固定在夹板上，该夹具固定在该测力仪。

一实施例之中：该磁轭的U形结构的开口朝上布置。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之二是：

上述的磁场辅助平面磨削设备的加工方法，包括：

步骤(1)、安装磨盘，将磨盘安装在磨床主轴上；

步骤(2)、夹具夹紧工件，将夹具固定在测力仪上；

步骤(3)、将电磁铁装置固定在工作台上，电接电磁铁线圈和直流电源控制系统；

步骤(4)、设定工件的加工方式及工艺参数，该工艺参数包括工作台进给移动的行程和速度及磨盘的线速度和工件磨削深度；

步骤(5)、为直流电源控制系统供电，电磁铁装置给工件提供磁场，开启磨床，磨盘和工作台根据预设的加工方式和轨迹运动，开始磨削加工；电磁铁装置与工作台一起运动形成移动电磁场，同时工件表面磨削区域始终受到磁场作用；记录测力仪的数据以开展磁场对磨削过程的影响研究。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

还包括磁场辅助装置，磁场辅助装置包含电磁铁装置，电磁铁装置包括线圈、极头、极柱和磁轭，电磁铁装置的极头中心区域产生磁场，电磁铁装置随工作台一起做往复进给运动，夹具及夹接在夹具上的工件相对固定地位于两极头的中间位置，以使工件始终处于磁场区域内，使工件磨削区域始终受到定向磁场作用，而且稳恒磁场始终作用于工件两侧，达到磨削过程中热能-机械能-磁能三者能量的复合作用，通过电磁场和传统工件磨削过程的热-力复合作用，能有效提升工件表面质量，而且磁场发生装置小型易装配、成本低。

还包括测力仪，测力仪装设在夹具和磁轭之间，记录测力仪的数据以开展磁场对磨削过程的影响研究，实现研究磁场辅助下磨削工件材料的去除机理和运用技术，进而为强磁场辅助磨削工艺的实现提供理论和技术支持。

该直流电源控制系统为可调直流电源控制系统，能够根据实际需要在线产生和去除磁场，并能够实时调节磁场强度的大小。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

图1为具体实施例的磁场辅助平面磨削设备的立体示意图。

图2为具体实施例的磁场辅助平面磨削设备的主视示意图。

图3为具体实施例的磁场辅助平面磨削设备的电磁铁装置的电路简图。

图中：1—直流电源控制系统，2—工作台，3—电磁铁装置，4—砂轮，5—极柱，6—螺套，7—磁轭，8—工件，9—夹具，10—测力仪，11—铜垫块，12—夹板，13—极头，14—线圈。

具体实施例

磁场辅助平面磨削设备，请查阅图1至图3，包括数控平面磨床、磁场辅助装置和测力仪10。

该数控平面磨床，包含床身、转动装设在床身的主轴、传动连接主轴的磨盘、能夹接工件8的夹具9、能移动连接在床身以做进给运动的工作台2；本实施例之中：该主轴带动磨盘转动，该磨盘如为砂轮4，该砂轮4如通过螺杆固定在磨床主轴上，该转动轴线水平布置；该工作台2具有水平的台面，该台面之上设有多条滑槽，该滑槽沿宽度方向布置，如图中的左右向，该多条滑槽沿长度方向间隔布置，如图中的前后向；

该磁场辅助装置，包含电磁铁装置3，该电磁铁装置3包括两由漆包线绕制的呈空心圆筒形的线圈14、两极头13、一极柱5和一磁轭7，该漆包线如为漆包铜导线，该极柱5、极头13都由电磁性能较好的电工纯铁DT4材料制成，该磁轭7由导磁性能好且价格低廉的碳钢材料制成，该两极头13的半径和线包匝数均相同；该磁轭7呈U形结构且具有一中间部和两分别固接在中间部两端的开口部，该磁轭7的U形结构的开口朝上布置，该电磁铁装置3的磁轭7的中间部平行于工作台2的宽度方向，即，平行左右向，平行滑槽；该两线圈14分别装接在该两开口部相面对面上，该两极头13分别装接在该两线圈14上，该电磁铁装置3还配设有直流电源控制系统1，该直流电源控制系统1电接电磁铁装置3，以为线圈14提供低压直流电，以使电磁铁装置3的极头13中心区域产生磁场，该电磁铁装置3产生的磁场方向平行于主轴轴线，如图中的水平左右向；该电磁铁装置3装设在工作台2之上，以使电磁铁装置3随工作台2一起做往复进给运动，该夹具9及夹接在夹具9上的工件8相对固定地位于两极头13的中间位置，以使工件8始终处于磁场区域内，使得工件磨削区域始终受到定向磁场作用，而且稳恒磁场始终作用于工件两侧。

本具体实施例之中：该磁轭7的长度不超过工作台2的宽度，该磁轭通过电磁吸盘固定于工作台上；具体结构中：该极柱5通过螺套6固接在一开口部；该直流电源控制系统为可调直流电源控制系统，直流电源为低纹波直流电源，直流电恒压范围为1～20V，恒流范围为1～25A，如直流电选用恒压20，恒流选用20A；该两极头13均可轴向移动，从而可调节两极头之间的间隙而满足不同尺寸的工件要求。

该测力仪10装设在夹具9和磁轭7之间，该测力仪10如为三向动态测力仪。一具体结构中：该磁轭7上固接有夹板12，该测力仪10通过不导磁的铜垫块11固定在夹板12上，该夹具9固定在该测力仪10的台面上，用于记录磨削数据，从而实现磁场辅助磨削加工工件的研究目的。该不导磁的铜垫块11能避免磨床工作台电磁吸盘对测力仪产生附加磁场的影响，以提高实验结果的准确性。

在加工过程中，数控磨床的工作台2和电磁铁装置3一起做往复直线运动，砂轮4做旋转运动，三向动态测力仪10测量磨削信号,从而对加工工件实现磁场辅助平面磨削实验研究。

上述的磁场辅助平面磨削设备的加工方法，包括：

步骤(1)、安装磨盘，将磨盘安装在磨床主轴上，进行动平衡调节和修整；

步骤(2)、夹具9夹紧工件8，将夹具9固定在测力仪10上，安装时，工件8加工表面应当与两极头13的中心平齐；

步骤(3)、将测力仪10台面固定在不导磁的铜制的垫块11上，将夹板12固定在电磁铁的磁轭7上，将电磁铁装置3整体放置磨床工作台2上，安装时电磁铁装置的长度方向平行磨床宽度方向放置。将电磁铁装置通过电磁吸盘固定在工作台上，电接电磁铁线圈14和直流电源控制系统1；

步骤(4)、在数控磨床的程序控制面板上设定工件的加工方式及工艺参数，该工艺参数包括工作台进给移动的行程和速度及磨盘的线速度和工件磨削深度；

步骤(5)、为直流电源控制系统供电，电磁铁装置给工件提供磁场，开启磨床，磨盘和工作台根据预设的加工方式和轨迹运动，开始磨削加工；电磁铁装置与工作台一起运动形成移动电磁场，且工件磨削表面处于两极头的中心位置，同时工件表面磨削区域始终受到磁场作用，记录测力仪的数据以开展磁场对磨削过程的影响研究。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (8)

1.磁场辅助平面磨削设备，其特征在于：包括：

数控平面磨床，包含床身、转动装设在床身的主轴、传动连接主轴的磨盘、能夹接工件的夹具、能移动连接在床身以做进给运动的工作台；该主轴转动轴线水平布置，该工作台具有水平的台面；

磁场辅助装置，包含电磁铁装置，该电磁铁装置包括两个由漆包线绕制的呈空心圆筒形的线圈、两极头、极柱和一磁轭，该磁轭呈U形结构且具有一中间部和两个分别固接在中间部两端的开口部，该两个线圈分别装接在该两个开口部相面对面上，该两个极头分别装接在该两线圈上，该电磁铁装置还配设有直流电源控制系统，该直流电源控制系统电接电磁铁装置，以为线圈提供低压直流电，以使电磁铁装置的极头中心区域产生磁场；该电磁铁装置装设在工作台之上，以使电磁铁装置随工作台一起做往复进给运动，该夹具及夹接在夹具上的工件相对固定地位于两极头的中间位置，以使工件始终处于磁向方向由一极头朝向另一极头的磁场区域内；该电磁铁装置的磁轭的中间部平行于工作台的宽度方向，该磁轭的长度不超过工作台的宽度。

2.根据权利要求1所述的磁场辅助平面磨削设备，其特征在于：该极柱、极头都由电工纯铁材料制成，该磁轭由碳钢材料制成，该磁轭通过电磁吸盘固定于工作台上。

3.根据权利要求1所述的磁场辅助平面磨削设备，其特征在于：该两极头的半径和两线圈匝数均相同。

4.根据权利要求1所述的磁场辅助平面磨削设备，其特征在于：该直流电源控制系统为可调直流电源控制系统。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的磁场辅助平面磨削设备，其特征在于：还包括：

测力仪，装设在夹具和磁轭之间。

6.根据权利要求5所述的磁场辅助平面磨削设备，其特征在于：该磁轭上固接有夹板，该测力仪通过不导磁的铜垫块固定在夹板上，该夹具固定在该测力仪。

7.根据权利要求1所述的磁场辅助平面磨削设备，其特征在于：该磁轭的U形结构的开口朝上布置。

8.根据权利要求6所述的磁场辅助平面磨削设备的加工方法，其特征在于：包括：

步骤（1）、安装磨盘，将磨盘安装在磨床主轴上；

步骤（2）、夹具夹紧工件，将夹具固定在测力仪上；

步骤（3）、将电磁铁装置固定在工作台上，电接电磁铁线圈和直流电源控制系统；

步骤（4）、设定工件的加工方式及工艺参数，该工艺参数包括工作台进给移动的行程和速度及磨盘的线速度和工件磨削深度；

步骤（5）、为直流电源控制系统供电，电磁铁装置给工件提供磁场，开启磨床，磨盘和工作台根据预设的加工方式和轨迹运动，开始磨削加工；电磁铁装置与工作台一起运动形成移动电磁场，同时工件表面磨削区域始终受到磁场作用；记录测力仪的数据以开展磁场对磨削过程的影响研究。