CN114203427B - 一种利用分段冷配法的弯曲斜螺线管cct骨架加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用分段冷配法的弯曲斜螺线管CCT骨架加工方法，其通过：将骨架沿轴向分若干段，根据每段骨架参数尺寸在铝合金材料上加工对应骨架弯曲所需弧度和内外径、在骨架的两端加工可配对的定位燕尾槽、采用冷装的方法将骨架段进行拼接装配、在装配好的内弯曲骨架上加工斜螺旋线槽；待内骨架及线圈制作完成后，嵌套外层骨架段，通过冷装的方法拼接装配骨架段，加工外骨架线槽等步骤实现。采用轴向分段的方法加工弯曲CCT骨架易实现，降低弯曲CCT骨架的加工难度。本发明的实用性强，能够有效地解决目前CCT弯曲骨架加工难度大以及需要多层嵌套的问题，对弯曲CCT型磁体骨架的制作有着重要的参考意义。

Description

一种利用分段冷配法的弯曲斜螺线管CCT骨架加工方法

技术领域

本发明主要涉及异形超导磁体骨架加工制造技术领域，具体涉及一种弯曲斜螺线(Canted Cosine Theta,CCT)磁体骨架的加工制作方法。

背景技术

CCT磁体线圈结构轻巧新颖，磁场质量品质优越，线圈端部无需优化，CCT嵌槽式骨架中的线槽壁可有效阻断线圈匝间洛仑磁力的累积，使整个线圈上的应力较小，机械性能突出，且适用于现有的各种实用化超导线材，CCT结构不仅可以制作成二极磁体，还可以制作成四极磁体、六极磁体等多极磁体类型，同时该结构还可以设计组合功能型磁体，具有很好的应用前景。

CCT这种嵌槽式骨架的加工质量直接影响磁体的磁场品质，由于弯曲CCT骨架本身结构的特殊性，现有的加工方法不适用于弯曲CCT磁体骨架的加工，这也制约的弯曲CCT磁体技术的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用分段冷配法的弯曲斜螺线管CCT骨架加工方法，以实现研制各种弯曲CCT磁体。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种利用分段冷配法的弯曲斜螺线管CCT骨架加工方法，包括如下步骤：

步骤1：根据待加工骨架尺寸，选择合适的铝合金棒状材料；

步骤2：采用粗加工与精加工结合的方法，在所述铝合金棒状材料上进行加工，先在所述铝合金棒状材料的外壁面进行粗加工，直接加工出每段弯曲骨架段所需的弯曲弧度及骨架外径，再结合精加工对所述弯曲骨架段的弧度及外径进行加工；

步骤3：对每段弯曲骨架段进行线切割取所需长度，再利用粗加工与精加工结合的方法加工骨架内径；

步骤4：将所述每段弯曲骨架段两侧端面上均开设能够配对的燕尾槽；

步骤5：利用燕尾槽进行定位，并采用冷装的方法拼接每段弯曲骨架段，将若干骨架段拼接成完整弯曲骨架；

步骤6：将固定后的完整弯曲骨架固定于五轴数控机床在所述骨架的外壁面上连续加工螺旋线槽，并以弯曲斜螺旋线曲线方程作为驱动轨迹。

进一步的，步骤1中，对所述的铝合金棒状材料进行退火去应力处理，所述铝合金棒状材料的直径应大于待加工骨架直径，所述铝合金棒状材料分段数与待加工骨架的段数一致。

进一步的，步骤2和步骤3中，精加工前再次对所述的棒状材料进行退火去应力处理以保证加工精度。

进一步的，步骤4中，对所述弯曲骨架段两端开设的配对的燕尾槽应为过盈配合。

本发明的有益效果在于：

1.将弯曲骨架沿轴向为若干段进行加工，解决了有效控制管壁内径尺寸的问题；

2.将弯曲骨架沿轴向分段方法可防止骨架加工中由于骨架过长造成骨架变形；

3.所述弯曲骨架段两端开设的可配对的燕尾槽，能够快速找准骨架段间贴合的位置，通过冷装方式进行组装可使两骨架精准完美的贴合，减低装配误差。

本发明的创新性好，实用性强，能够有效地解决目前CCT弯曲骨架加工难度大以及CCT磁体的多层嵌套的问题，对弯曲CCT型磁体骨架及磁体制作有着重要的参考意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为弯曲斜螺旋线示意图；

图2为本发明中加工骨架轴向分段示意图；

图3为本发明其中一个弯曲斜螺旋线骨架段示意图；

图4为本发明图3中两段骨架段燕尾槽连接部分的局部放大示意图；

图5为本发明中弯曲骨架段拼接组装，完成装配后的示意图；

图6为本发明中弯曲分段CCT骨架斜螺旋线槽加工完成后的示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的实施方式进行更详细的说明，应理解的是本发明实施例的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。

根据本发明的一个实施例，以弯曲斜螺旋CCT二极磁体骨架为例，一般骨架的弯曲半径可根据粒子束的磁钢度方程，由粒子能量、粒子类型和磁体磁场强度确定，弯曲骨架线槽轨迹可根据弯曲斜螺旋线轨迹方程确定。根据弯曲斜螺旋线轨迹方程建立的某一特定弯曲斜螺旋线圈的轨迹如图1所示。

选用铝合金棒状材料进行骨架的加工，沿骨架轴向z方向分为若干小段如图2所示，每段弯曲骨架的弯曲角度可相同可不同，骨架的长度应完全包含线槽轨迹，并留一定的余量留作内骨架和外骨架的线圈接头。

本发明的一种利用分段冷配法的弯曲斜螺线管CCT骨架加工方法包括如下步骤：

步骤一：根据骨架的尺寸，选取合适尺寸的铝合金棒材，并对材料进行退火处理；

步骤二：在铝合金棒状材料上进行粗加工与精加工结合的方法，利用数车数铣先在外壁面进行粗加工，直接加工出每段弯曲骨架段所需的弯曲弧度及骨架外径，再结合精加工对弯曲骨架的弧度及外径进行加工，精加工前再次对材料进行退火处理以保证加工精度；如图3所示；

步骤三：对每段弯曲骨架段进行线切割取所需长度，再利用进行粗加工与精加工结合的方法加工骨架内径，精加工前再次对材料进行退火去应力处理以保证加工精度；

步骤四：在骨架段的两端加工可以配对的燕尾槽，采取0-0.5mm的过盈配合方式；如图3所示，为本发明其中一个弯曲斜螺旋线骨架段示意图，其中在每个骨架段3的两端，分别加工有多个燕尾槽，如图3中的4、5、6、7所示；图4为本发明图3中两段骨架段燕尾槽连接部分的局部放大示意图。

步骤五：进行两段骨架的拼接组装，其中一个骨架段在液氮中浸泡处后，与常温的一个骨架段利用燕尾槽进行拼接组装，其它的骨架段均照此步骤进行拼接，组装好弯曲CCT骨架，如图5所示。图5为本发明中弯曲骨架段拼接组装，完成装配后的剖面示意图。

步骤六：将组装完成的骨架在镗床上找平基准固定到五轴数控机床，并利用五轴数控机床以弯曲斜螺旋线曲线方程作为驱动轨迹在骨架的外壁面上连续加工螺旋线槽。图6为本发明中弯曲分段CCT骨架斜螺旋线槽加工完成后的示意图。

CCT二极磁体一般需要内外两层骨架线圈进行嵌套组成，嵌套在第一层骨架外面的第二层骨架参照上述的方法进行加工。加工好的骨架进行一系列处理测试后，可进行线圈的绕线、接头的制作、环氧浸渍、磁体组装等完成磁体的制作，磁体制作完成后进行测试以验证磁体磁场性能及场质量等指标。

以上所述，仅为本发明的一个具体实施方式，具体实施方式是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，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披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用分段冷配法的弯曲斜螺线管CCT骨架加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据待加工骨架尺寸，选择铝合金棒状材料；

步骤2：采用粗加工与精加工结合的方法，在所述铝合金棒状材料上进行加工，先在所述铝合金棒状材料的外壁面进行粗加工，直接加工出每段弯曲骨架段所需的弯曲弧度及骨架外径，再结合精加工对所述弯曲骨架段的弧度及外径进行加工；

步骤3：对每段弯曲骨架段进行线切割取所需长度，再利用粗加工与精加工结合的方法加工骨架内径；

步骤4：将所述每段弯曲骨架段两侧端面上均开设能够配对的燕尾槽；

步骤5：利用燕尾槽进行定位，并采用冷装的方法拼接每段弯曲骨架段，将若干骨架段拼接成完整弯曲骨架；

步骤6：将固定后的完整弯曲骨架固定于五轴数控机床在所述骨架的外壁面上连续加工螺旋线槽，并以弯曲斜螺旋线曲线方程作为驱动轨迹。

2.根据权利要求1所述的一种利用分段冷配法的弯曲斜螺线管CCT骨架加工方法，其特征在于，步骤1中，对所述的铝合金棒状材料进行退火处理，所述铝合金棒状材料的直径应大于待加工骨架直径，所述铝合金棒状材料分段数与待加工骨架的段数一致。

3.根据权利要求1所述的一种利用分段冷配法的弯曲斜螺线管CCT骨架加工方法，其特征在于，步骤2和步骤3中，精加工前再次对所述的棒状材料进行退火处理以保证加工精度。

4.根据权利要求1所述的一种利用分段冷配法的弯曲斜螺线管CCT骨架加工方法，其特征在于，步骤4中，对所述弯曲骨架段两端开设的配对的燕尾槽应为过盈配合。