CN111266936A - 一种电磁铁复合超声磁力研磨装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁铁复合超声磁力研磨装置及其使用方法，所述装置包括机床、电磁铁装置及超声振动装置；所述机床设有床头箱、三爪卡盘、溜板箱一和溜板箱二；待加工的非导磁金属管安装在三爪卡盘上；所述电磁铁装置设于溜板箱一上，由电磁铁固定环、多个电磁铁及PLC控制器组成；所述超声振动装置设于溜板箱二上，由超声振动发生器、转换器、集电环、变幅杆、球头连杆及辅助磁极依次连接组成；加工时辅助磁极与非导磁金属管的内壁之间填充有磁性磨料。本发明所述装置可实现对不同直径非导磁金属管内表面的光整加工，能够提高工件表面质量和使用寿命，并有效提升了研磨速度和研磨质量。

Description

一种电磁铁复合超声磁力研磨装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及研磨与光整加工技术领域，尤其涉及一种适用于非导磁金属管的电磁铁复合超声磁力研磨装置及其使用方法。

背景技术

随着城市化、工业化步伐的不断加快，市场上对镁、铝、铜、钢等材料的需求量也日益增加。为了满足各种需要，制造出了不同长度和直径的金属管，这些材料由于其自身硬度等原因难以加工，尤其是对其内表面的加工更是进一步加大了难度。到目前为止，对该类零件有效的加工方法大致分为以下几种：磁力研磨、电化学磁力研磨、超声电火花复合抛光技术等。这些技术虽可以一定程度上提高表面质量，但是很难达到高质量的要求，而且费时费力，效率较低。

公开号为CN110170888A的中国专利公开了“一种管内表面抛光的磁力研磨装置”。其是利用磁性磨料所产生的磁力刷进行研磨，但所产生的磁场强度是固定的即不可调节的，并存在研磨不充分、浪费资源等问题。

发明内容

本发明提供了一种电磁铁复合超声磁力研磨装置及其使用方法，可实现对不同直径非导磁金属管内表面的光整加工，能够提高工件表面质量和使用寿命，并有效提升了研磨速度和研磨质量。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种电磁铁复合超声磁力研磨装置，包括机床、电磁铁装置及超声振动装置；所述机床设有床头箱、三爪卡盘、溜板箱一和溜板箱二；床头箱通过机床主轴连接三爪卡盘，待加工的非导磁金属管安装在三爪卡盘上，并能够在机床电机的带动下绕水平轴线转动；所述电磁铁装置设于溜板箱一上，由电磁铁固定环、多个电磁铁及PLC控制器组成，多个电磁铁沿周向均匀设置在电磁铁固定环的内侧，电磁铁的送电电路上设有通断器，各通断器分别连接PLC控制器；所述电磁铁装置能够整体随溜板箱一沿机床主轴方向移动，并套在非导磁金属管的外侧；所述超声振动装置设于溜板箱二上，由超声振动发生器、转换器、集电环、变幅杆、球头连杆及辅助磁极依次连接组成，超声振动发生器的底部设固定座；超声振动装置能够整体随溜板箱二沿机床主轴方向移动，其辅助磁极能够伸入非导磁金属管的内侧；加工时辅助磁极与非导磁金属管的内壁之间填充有磁性磨料。

所述电磁铁装置通过滑台一安装在溜板箱一上，滑台一与溜板箱一滑动连接，滑台一对应机床操作侧的一端设手轮一，通过转动手轮一能够使滑台一沿机床横向移动。

所述超声振动装置通过滑台二安装在溜板箱二上，滑台二与溜板箱二滑动连接，滑台二对应机床操作侧的一端设手轮二，通过转动手轮二能够使滑台二沿机床横向移动。

所述电磁铁为4组。

一种电磁铁复合超声磁力研磨装置的使用方法，包括以下步骤：

1)在溜板箱一上安装滑台一，将电磁铁装置固定在滑台一上，将待加工的非导磁金属管夹紧固定在三爪卡盘上，保证非导磁金属管、电磁铁装置中的电磁铁固定环与机床主轴同轴；

2)在溜板箱二上安装滑台二，将超声振动装置组装好，再将超声振动装置固定在滑台二上；

3)将磁性磨料放入待加工的非导磁金属管内；通过调节溜板箱一、滑台一，使电磁铁固定环套在待加工的非导磁金属管的外侧；通过调节溜板箱二、滑台二，使辅助磁极进入到待加工的非导磁金属管内，并与其中一个电磁铁相对，保证在向该电磁铁通入电流后即可形成闭合磁场；

4)启动电磁铁装置，通过PLC控制器控制多个电磁铁沿圆周方向依次通断电；根据待加工非导磁金属管的壁厚以及加工质量的要求，确定向电磁铁内通入电流的大小，使其与内部的辅助磁极形成所需的磁场；

5)启动机床电机，通过三爪卡盘带动非导磁金属管与机床主轴同步旋转；

6)启动超声振动装置，将超声振动发生器产生的振幅加在辅助磁极上，提高磁性磨料的振动频率，带动磁性磨料翻滚完成切削刃自锐，避免加工纹理的出现；

7)通过机床的丝杠手轮带动溜板箱一和溜板箱二同步运动，保证辅助磁极与电磁铁始终形成闭合磁场，带动磁性磨料对非导磁金属管的内壁进行研磨。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明所述装置采用电磁铁复合超声磁力研磨方式，对所加工的金属管的长度及直径规格没有限制要求，通过改变电流大小或更换辅助磁极即可加工不同直径的金属管；通过改变球头连杆的长度即可解决加工不同长度金属管；适应性强，加工范围广，节约资源，操作简单，易于控制。

2)电磁铁的通电控制通过PLC控制器实现，将相同大小的电流依次通入到沿圆周方向排布的多个电磁铁中，通过交替通断电流保证加工期间只产生一对异性磁极；在下一个电磁铁得电前，可再向此时得电的电磁铁内通入相反电流，形成相斥磁场，以保证辅助磁极能够及时与下一个电磁铁形成闭合磁场；

3)通过电磁场依次运转，同时待加工的非导磁金属管做与磁场变化方向相反的圆周运动，实现对金属管内壁的连续加工；处在磁场中的磁性磨料在辅助磁极所产生磁场力的作用下被压覆在金属管的内壁上，随着磁场的变化做圆周运动，完成划擦挤压作用，最终去除金属管内壁上的加工缺陷。

附图说明

图1是本发明所述一种电磁铁复合超声磁力研磨装置的立体结构示意图。

图2是图1的主视图。

图3是图1的俯视图。

图4是本发明所述超声振动装置的结构示意图。

图5是图4的左视图。

图6是本发明所述一种电磁铁复合超声磁力研磨装置的加工原理示意图一。

图7是本发明所述一种电磁铁复合超声磁力研磨装置的加工原理示意图二。

图中：1.皮带传动机构 2.机床 3.三爪卡盘 4.非导磁金属管 5.电磁铁固定环6.手轮一 7.溜板箱一 8.手轮二 9.溜板箱二 10.丝杠手轮 11.机床电机 12.滑台一 13.滑台二 14.固定座 15.超声振动发生器 16.转换器 17.集电环 18.变幅杆 19.球头连杆20.电磁铁 21.辅助磁极 22.磁性磨料

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1-图3所示，本发明所述一种电磁铁复合超声磁力研磨装置，包括机床2、电磁铁装置及超声振动装置；所述机床2设有床头箱、三爪卡盘3、溜板箱一7和溜板箱二9；床头箱通过机床主轴连接三爪卡盘3，待加工的非导磁金属管4安装在三爪卡盘3上，并能够在机床电机11的带动下绕水平轴线转动；所述电磁铁装置设于溜板箱一7上，由电磁铁固定环5、多个电磁铁20及PLC控制器组成，多个电磁铁20沿周向均匀设置在电磁铁固定环5的内侧，电磁铁20的送电电路上设有通断器，各通断器分别连接PLC控制器；所述电磁铁装置能够整体随溜板箱一7沿机床主轴方向移动，并套在非导磁金属管4的外侧；如图4、图5所示，所述超声振动装置设于溜板箱二9上，由超声振动发生器15、转换器16、集电环17、变幅杆18、球头连杆19及辅助磁极21依次连接组成，超声振动发生器15的底部设固定座14；超声振动装置能够整体随溜板箱二9沿机床主轴方向移动，其辅助磁极21能够伸入非导磁金属管4的内侧；加工时辅助磁极21与非导磁金属管4的内壁之间填充有磁性磨料22(如图6所示)。

所述电磁铁装置通过滑台一12安装在溜板箱一7上，滑台一12与溜板箱一7滑动连接，滑台一12对应机床2操作侧的一端设手轮一6，通过转动手轮一6能够使滑台一12沿机床2横向移动。

所述超声振动装置通过滑台二13安装在溜板箱二9上，滑台二13与溜板箱二9滑动连接，滑台二13对应机床2操作侧的一端设手轮二8，通过转动手轮二8能够使滑台二13沿机床2横向移动。

所述电磁铁20为4组。

一种电磁铁复合超声磁力研磨装置的使用方法，包括以下步骤：

1)在溜板箱一7上安装滑台一12，将电磁铁装置固定在滑台一7上，将待加工的非导磁金属管4夹紧固定在三爪卡盘3上，保证非导磁金属管4、电磁铁装置中的电磁铁固定环5与机床主轴同轴；

2)在溜板箱二9上安装滑台二13，将超声振动装置组装好，再将超声振动装置固定在滑台二13上；

3)将磁性磨料22放入待加工的非导磁金属管4内；通过调节溜板箱一7、滑台一12，使电磁铁固定环5套在待加工的非导磁金属管4的外侧；通过调节溜板箱二9、滑台二13，使辅助磁极21进入到待加工的非导磁金属管4内，并与其中一个电磁铁20相对，保证在向该电磁铁20通入电流后即可形成闭合磁场；

4)启动电磁铁装置，通过PLC控制器控制多个电磁铁沿圆周方向依次通断电；根据待加工非导磁金属管4的壁厚以及加工质量的要求，确定向电磁铁20内通入电流的大小，使其与内部的辅助磁极21形成所需的磁场；

5)启动机床电机11，通过三爪卡盘3带动非导磁金属管4与机床主轴同步旋转；

6)启动超声振动装置，将超声振动发生器15产生的振幅加在辅助磁极21上，提高磁性磨料22的振动频率，带动磁性磨料22翻滚完成切削刃自锐，避免加工纹理的出现；

7)通过机床2的丝杠手轮10带动溜板箱一7和溜板箱二9同步运动，保证辅助磁极21与电磁铁20始终形成闭合磁场，带动磁性磨料22对非导磁金属管4的内壁进行研磨。

本发明所述一种电磁铁复合超声磁力研磨装置，机床上装有电磁铁装置和超声振动装置。所述机床类似于车床的结构，具有机床电机、床头箱、三爪卡盘、皮带传动机构1、进给机构等；床头箱内设有齿轮减速机构，齿轮减速机构的动力源输入端连接机床电机，动力源输出端连接机床主轴，三爪卡盘设于机床主轴上。床头箱通过皮带传动机构连接进给机构的进给丝杠，使溜板箱一、溜板箱二与机床主轴配合实现进给动作。进给丝杠的一端设丝杠手轮。

如图7所示，通过控制多个电磁铁依次通断电(自a至d)，进而控制磁力的有无。通过控制电磁铁内通入电流的方向，进而控制磁极为N极或S极。通过控制电磁铁内通过电流的大小，进而控制磁场的强弱。超声振动装置通过球头连杆与辅助磁极相连，为辅助磁极提供一个水平方向的振动源，使得非导磁金属管内的磁性磨料产生高频振动，从而提高研磨速度。

所述电磁铁装置包括电磁铁20、电磁铁固环5及PLC控制器。通过控制电磁铁的通断电来实现电磁铁组的循环动态变换。对于加工时所需的不同磁场强度，可以通过改变通入电磁铁的电流强度的方法来实现。

所述超声振动装置包括固定座14、超声振动发生器15、转换器16、集电环17、变幅杆18、球头连杆19、辅助磁极20。超声波发生器15将交流电信号转换成为超声频的电振荡信号，转换器16将超声频的电振荡信号转变为同频的机械振动信号，通过集电环17将机械振动信号收集起来，经过变幅杆18将微小的振动幅值放大，再经过球头连杆19将振动传给辅助磁极20，使其做径向超声振动，增强了磁性磨料翻滚更新的性能，从而提高研磨效率，改善非导磁金属管的内表面质量。

设于非导磁金属管内的辅助磁极与通电后的电磁铁形成闭合磁场，由于辅助磁极的存在，缩短了形成磁场的磁极间距离，增大了磁感应强度。对于单个磨粒而言，添加辅助磁极后增大了法向压应力和切向切削应力，从而有利于提高研磨速度和研磨质量。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电磁铁复合超声磁力研磨装置，其特征在于，包括机床、电磁铁装置及超声振动装置；所述机床设有床头箱、三爪卡盘、溜板箱一和溜板箱二；床头箱通过机床主轴连接三爪卡盘，待加工的非导磁金属管安装在三爪卡盘上，并能够在机床电机的带动下绕水平轴线转动；所述电磁铁装置设于溜板箱一上，由电磁铁固定环、多个电磁铁及PLC控制器组成，多个电磁铁沿周向均匀设置在电磁铁固定环的内侧，电磁铁的送电电路上设有通断器，各通断器分别连接PLC控制器；所述电磁铁装置能够整体随溜板箱一沿机床主轴方向移动，并套在非导磁金属管的外侧；所述超声振动装置设于溜板箱二上，由超声振动发生器、转换器、集电环、变幅杆、球头连杆及辅助磁极依次连接组成，超声振动发生器的底部设固定座；超声振动装置能够整体随溜板箱二沿机床主轴方向移动，其辅助磁极能够伸入非导磁金属管的内侧；加工时辅助磁极与非导磁金属管的内壁之间填充有磁性磨料。

2.根据权利要求1所述的一种电磁铁复合超声磁力研磨装置，其特征在于，所述电磁铁装置通过滑台一安装在溜板箱一上，滑台一与溜板箱一滑动连接，滑台一对应机床操作侧的一端设手轮一，通过转动手轮一能够使滑台一沿机床横向移动。

3.根据权利要求1所述的一种电磁铁复合超声磁力研磨装置，其特征在于，所述超声振动装置通过滑台二安装在溜板箱二上，滑台二与溜板箱二滑动连接，滑台二对应机床操作侧的一端设手轮二，通过转动手轮二能够使滑台二沿机床横向移动。

4.根据权利要求1所述的一种电磁铁复合超声磁力研磨装置，其特征在于，所述电磁铁为4组。

5.如权利要求1-4任意一种所述电磁铁复合超声磁力研磨装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在溜板箱一上安装滑台一，将电磁铁装置固定在滑台一上，将待加工的非导磁金属管夹紧固定在三爪卡盘上，保证非导磁金属管、电磁铁装置中的电磁铁固定环与机床主轴同轴；

2)在溜板箱二上安装滑台二，将超声振动装置组装好，再将超声振动装置固定在滑台二上；

3)将磁性磨料放入待加工的非导磁金属管内；通过调节溜板箱一、滑台一，使电磁铁固定环套在待加工的非导磁金属管的外侧；通过调节溜板箱二、滑台二，使辅助磁极进入到待加工的非导磁金属管内，并与其中一个电磁铁相对，保证在向该电磁铁通入电流后即可形成闭合磁场；

4)启动电磁铁装置，通过PLC控制器控制多个电磁铁沿圆周方向依次通断电；根据待加工非导磁金属管的壁厚以及加工质量的要求，确定向电磁铁内通入电流的大小，使其与内部的辅助磁极形成所需的磁场；

5)启动机床电机，通过三爪卡盘带动非导磁金属管与机床主轴同步旋转；

6)启动超声振动装置，将超声振动发生器产生的振幅加在辅助磁极上，提高磁性磨料的振动频率，带动磁性磨料翻滚完成切削刃自锐，避免加工纹理的出现；

7)通过机床的丝杠手轮带动溜板箱一和溜板箱二同步运动，保证辅助磁极与电磁铁始终形成闭合磁场，带动磁性磨料对非导磁金属管的内壁进行研磨。

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