CN215510530U

CN215510530U - 一种用于变径管内表面光整加工的磁力研磨装置

Info

Publication number: CN215510530U
Application number: CN202121912989.5U
Authority: CN
Inventors: 焦安源; 杨子彧; 李雪; 张真; 刘国军
Original assignee: University of Science and Technology Liaoning USTL
Current assignee: University of Science and Technology Liaoning USTL
Priority date: 2021-08-16
Filing date: 2021-08-16
Publication date: 2022-01-14
Anticipated expiration: 2031-08-16

Abstract

本实用新型涉及一种用于变径管内表面光整加工的磁力研磨装置，包括工件驱动机构、磁力研磨机构及进给机构；工件驱动机构由三爪卡盘及旋转驱动机构组成，磁力研磨机构由研磨电机、减速机、驱动轴、调节杆、磁极及弹簧构成；磁极与工件内表面之间填充磁性磨粒；磁力研磨机构与进给机构相连，并能够在进给机构带动下沿工件轴向移动。本实用新型所述装置能够满足大型变径管件内表面连续光整加工的需要，且结构简单，操作方便，并可实现自动化作业。

Description

一种用于变径管内表面光整加工的磁力研磨装置

技术领域

本实用新型涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种用于变径管内表面光整加工的磁力研磨装置。

背景技术

集输管网广泛应用于油气田的油气运输、城市的供水或配气等方面，其是由不同管径、不同壁厚的金属或非金属管道构成的大面积网状管道结构，输送可靠性高，不会因某处故障而使该点以后的输送中断。而大型变径管是集输管网的重要组成部分。

目前，管件内表面多采用机械加工、电化学加工、激光加工等加工方式。电化学加工后管件内壁不易达到较高的加工精度；激光加工的效率较高，但是其加工后管件内壁有再铸层和微裂纹；机械加工的成本相对较低，但是加工后会在管件边缘处产生细小毛刺，去除毛刺大多采用人工打磨的方式，打磨后的管件表面质量参差不齐，磨抛痕迹重，直接影响产品的外观和性能。

磁力研磨的基本原理是利用磁场的作用，将磁性磨粒吸引到一起形成磁力研磨刷，磁力研磨刷和工件间发生相对运动后，磁力研磨刷中的磁性磨粒将对工件表面产生滑动、滚动、切削等运动，从而实现磁性磨粒对工件表面的研磨加工。磁力研磨刷是由游离的磁性磨粒通过磁场的作用而形成的，具有一定的柔性和粘弹性。在磁力研磨加工中，磁力研磨刷能够随工件形状变化而变化，因此不仅可以加工外圆、球面、平面等具有不同规则形状的表面，还可以加工自由曲面。在进行自由曲面加工时，不需要像数控磨削或者数控研磨抛光那样严格进行轨迹控制。

由于磁力线具有像X射线那样的穿透能力，可以对传统磨光工具无法深入的内圆表面、零件内壁、微型凹槽面进行加工。但是传统的磁力研磨在加工大型变径管件时局限性很大，如需要根据管件内径变化不断进行调整导致加工效率降低，无法进行连续加工。

发明内容

本实用新型提供了一种用于变径管内表面光整加工的磁力研磨装置，能够满足大型变径管件内表面连续光整加工的需要，且结构简单，操作方便，并可实现自动化作业。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种用于变径管内表面光整加工的磁力研磨装置，包括工件驱动机构、磁力研磨机构及进给机构；所述工件驱动机构由三爪卡盘及旋转驱动机构组成，三爪卡盘用于装卡工件，并能够在旋转驱动机构的带动下绕水平轴线转动；所述磁力研磨机构由研磨电机、减速机、驱动轴、调节杆、磁极及弹簧构成；研磨电机、减速机及驱动轴依次传动连接，驱动轴与三爪卡盘同轴设置，磁极和调节杆均为2个，并且在驱动轴两侧对称设置，磁极的一端与对应调节杆的一端铰接，调节杆的另一端与驱动轴的轴端铰接；2个调节杆之间设弹簧；磁极与工件内表面之间填充磁性磨粒；所述进给机构设于三爪卡盘的外端，磁力研磨机构与进给机构相连，并能够在进给机构带动下沿工件轴向移动。

所述旋转驱动机构由旋转电机及皮带传动机构组成，皮带传动机构由大带轮、皮带及小带轮组成；小带轮设于旋转电机的输出轴上，大带轮与三爪卡盘通过连接轴同轴固定，小带轮通过皮带与大带动传动连接。

所述进给机构由平移电机、滑台、丝杠及滑块组成；平移电机设于滑台的外端，滑台上沿纵向开设滑槽，丝杠设于滑槽内，平移电机的输出轴与丝杠的一端相连并带动丝杠转动；滑块设于滑台上并与丝杠传动连接；所述磁力研磨机构通过支撑架与滑块固定连接。

所述支撑架为L形结构，滑块的顶部设定位块与支撑架卡接固定。

2个磁极在相对的一侧分别设有防撞块。

所述弹簧与2个调节杆可拆卸地连接，所述弹簧为压缩弹簧。

一种用于变径管内表面光整加工的磁力研磨装置，还包括控制系统；所述控制系统分别与研磨电机、旋转电机及平移电机的驱动端相连，控制系统另外连接触摸屏及报警灯。

一种用于变径管内表面光整加工的磁力研磨装置，还包括工作箱；工作箱的下部设电器控制柜，上部为封闭箱体；电器控制柜的一侧设对开门，封闭箱体的同侧设推拉门；封闭箱体与电器控制柜之间通过工作台分隔；旋转电机及滑台分别设于工作台上；封闭箱体在对应三爪卡盘一侧的侧壁上设固定座，固定座与三爪卡盘上的连接轴通过轴承转动连接；触摸屏及报警灯均设于封闭箱体的外部。

所述封闭箱体至少在磁力研磨装置的操作侧设透明箱体板。

所述固定座与封闭箱体的侧壁之间通过螺栓可拆卸地连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)2个调节杆之间通过压缩弹簧相连，对变径管内表面进行加工时，选择具有适当长度及弹性强度的弹簧，2个磁极的初始距离小于待加工管件的内径，可方便地伸入到工件内部，并顺利到达加工区域；

2)研磨加工时，由驱动轴带动磁极转动，在离心力的作用下，克服弹簧的拉力，使磁极向外移动，通过磁极将磁性磨粒始终压紧在工件内表面实现研磨加工，能够实现连续加工，有效提高了光整加工的效率；

3)通过调节驱动轴的转速即可实现压紧力的调节，从而满足不通孔径、不同材质工件内表面的光整加工需求；

4)加工具有阶段变径的管件内表面时，无需人工调节即可方便地调换加工位置，加工连续性好、加工效率高；

5)由于磁极与调节杆之间为铰接，在加工锥形管或变径管的锥形段时磁极也能够贴紧工件内壁；因此本实用新型所述磁力研磨装置可实现直管、变径管及锥管的连续加工，适应性强，应用范围广。

附图说明

图1是本实用新型所述磁力研磨装置的主体结构示意图。

图2是本实用新型所述磁力研磨装置的安装示意图。

图3是本实用新型所述磁力研磨装置的整体结构示意图。

图4是本实用新型所述磁力研磨装置的加工状态示意图。

图5是图4的局部放大图。

图中：1.旋转电机 2.皮带传动机构 3.三爪卡盘 4.滑台 5.平移电机 6.支撑架7.研磨电机 8.减速机 9.驱动轴 10.磁极 11.工件 12.工作台 13.固定座 14.螺栓 15.封闭箱体 16.电器控制柜 17.推拉门 18.对开门 19.触摸屏 20.报警灯 21.调节杆 22.弹簧 23.磁性磨粒 24.防撞块 25.定位块

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

如图1、图2所示，本实用新型所述一种用于变径管内表面光整加工的磁力研磨装置，包括工件驱动机构、磁力研磨机构及进给机构；所述工件驱动机构由三爪卡盘3及旋转驱动机构组成，三爪卡盘3用于装卡工件11，并能够在旋转驱动机构的带动下绕水平轴线转动；所述磁力研磨机构由研磨电机7、减速机8、驱动轴9、调节杆21、磁极10及弹簧22构成；研磨电机7、减速机8及驱动轴9依次传动连接，驱动轴9与三爪卡盘3同轴设置，如图5所示，磁极10和调节杆21均为2个，并且在驱动轴9两侧对称设置，磁极10的一端与对应调节杆21的一端铰接，调节杆21的另一端与驱动轴9的轴端铰接；2个调节杆21之间设弹簧22；磁极10与工件11内表面之间填充磁性磨粒23；所述进给机构设于三爪卡盘3的外端，磁力研磨机构与进给机构相连，并能够在进给机构带动下沿工件11轴向移动。

所述旋转驱动机构由旋转电机1及皮带传动机构2组成，皮带传动机构2由大带轮、皮带及小带轮组成；小带轮设于旋转电机1的输出轴上，大带轮与三爪卡盘3通过连接轴同轴固定，小带轮通过皮带与大带动传动连接。

所述进给机构由平移电机5、滑台4、丝杠及滑块组成；平移电机5设于滑台的外端，滑台4上沿纵向开设滑槽，丝杠设于滑槽内，平移电机5的输出轴与丝杠的一端相连并带动丝杠转动；滑块设于滑台4上并与丝杠传动连接；所述磁力研磨机构通过支撑架6与滑块4固定连接。

所述支撑架6为L形结构，滑块的顶部设定位块25与支撑架6卡接固定。

2个磁极10在相对的一侧分别设有防撞块24。

所述弹簧22与2个调节杆21可拆卸地连接，所述弹簧22为压缩弹簧。

一种用于变径管内表面光整加工的磁力研磨装置，还包括控制系统；所述控制系统分别与研磨电机7、旋转电机1及平移电机5的驱动端相连，控制系统另外连接触摸屏19及报警灯20。

如图3所示，一种用于变径管内表面光整加工的磁力研磨装置，还包括工作箱；工作箱的下部设电器控制柜16，上部为封闭箱体15；电器控制柜16的一侧设对开门18，封闭箱体15的同侧设推拉门17；封闭箱体15与电器控制柜16之间通过工作台12分隔；旋转电机1及滑台4分别设于工作台12上；封闭箱体15在对应三爪卡盘3一侧的侧壁上设固定座13，固定座13与三爪卡盘3上的连接轴通过轴承转动连接；触摸屏19及报警灯20均设于封闭箱体15的外部。

所述封闭箱体15至少在磁力研磨装置的操作侧设透明箱体板。

所述固定座13与封闭箱体15的侧壁之间通过螺栓14可拆卸地连接。

本实用新型基于磁力磨削技术，利用磁极旋转的离心力与弹簧的弹性约束力相配合，实现不同内径管件内表面的光整加工。在弹簧的弹性约束力不变的情况下，通过控制驱动轴转速即可调节磁极、磁性磨粒与工件之间的压紧力，进而实现变径管的加工并可控制磨削的力度。

在加工不同内径的管件时，可以更换具有对应弹性强度的弹簧。加工完成后，驱动轴转速为零时，在弹簧恢复力的作用下使磁极内收，避免磁极与加工后的工件内表面接触。

本实用新型所述磁力研磨装置通过控制系统可实现自动控制，控制系统可采用PLC控制系统；所有用电设备的供电系统统一设于电器控制柜内，用电设备与供电系统之间通过电缆连接。

采用本实用新型所述磁力研磨装置对管件内表面进行光整加工的过程如下：

1、将磨料、研磨液按设定的体积比混合，搅拌均匀后得到磁性磨粒备用；其中，磨料由三氧化二铝(Al₂O₃)和铁粉(Fe)按设定质量比混合烧结而成，研磨液选用水基研磨液。

2、将工件装卡在三爪卡盘上；

3、通过触摸屏启动设备，各机构自动复位；然后启动平移电机，驱动滑块沿滑台平移，带动磁极到达加工区域的初始位置；调整磁极与工件内表面的间隙达到加工要求之后，向间隙内充填磁性磨粒。

4、通过触摸屏向控制系统输入加工参数，包括：平移电机的转速n₁，研磨电机的转速n₂，旋转电机的转速n₃；以及研磨时间；

5、启动平移电机、研磨电机及旋转电机，工件与磁极相对转动，通过反复研磨去除工件内表面的毛刺，到达设定的研磨时间后，平移电机、研磨电机及旋转电机自动停止，研磨加工完成。

以下实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

【实施例1】

本实施例中，待加工工件的材质为SUS304不锈钢的阶梯管，阶梯管分三段，三段内径分别为90mm、120mm、150mm，每段长度均为120mm，阶梯管的外径为180mm。

本实施例中，利用本实用新型所述磁力研磨装置对阶梯管的内表面进行研磨。

磁极的材质为钕铁硼，截面为40mm(宽)×60mm(长)的长方形。磨料由三氧化二铝与铁粉烧结而成，经过破碎筛分后，选择平均粒径为100μm的磨料，并添加适当的水溶性研磨液后得到磁性磨粒。

平移电机选用步进电机，转速n₁＝120r/min，丝杠选择1605丝杠，进给速度为10mm/s。研磨电机采用步进电机，转速n₂＝600r/min减速机的减速比为3，即驱动轴的转速为200r/min。旋转电机采用三相交流电机(功率为2.2kW)，通过同步带传动机构驱动，转速n₃＝1400r/min，同步带传动比为2：1，即工件的转速为700r/min。

本实施例中，经40min研磨后，工件内表面的粗糙度Ra由3.16μm降至1.02μm，微观形貌均匀，研磨效果好，研磨效率比逐段调整的传统研磨方法提高了约50％。

【实施例2】

本实施例中，待加工工件的材质为SUS304不锈钢的阶梯管，阶梯管分三段，三段内径分别为80mm、110mm、80mm，每段长度均为120mm，阶梯管的外径为130mm。

平移电机选用步进电机，转速n₁＝180r/min，丝杠选择1605丝杠，进给速度为15mm/s。研磨电机采用步进电机，转速n₂＝900r/min，减速机的减速比为3，即驱动轴的转速为300r/min。旋转电机采用三相交流电机(功率为2.2kW)，通过同步带传动机构驱动，转速n₃＝1400r/min，同步带传动比为2：1，即工件的转速为700r/min。

本实施例中，经40min研磨后，工件内表面的粗糙度Ra由3.24μm降至0.78μm，微观形貌均匀，研磨效果好，研磨效率比逐段调整的传统研磨方法提高了约60％。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种用于变径管内表面光整加工的磁力研磨装置，其特征在于，包括工件驱动机构、磁力研磨机构及进给机构；所述工件驱动机构由三爪卡盘及旋转驱动机构组成，三爪卡盘用于装卡工件，并能够在旋转驱动机构的带动下绕水平轴线转动；所述磁力研磨机构由研磨电机、减速机、驱动轴、调节杆、磁极及弹簧构成；研磨电机、减速机及驱动轴依次传动连接，驱动轴与三爪卡盘同轴设置，磁极和调节杆均为2个，并且在驱动轴两侧对称设置，磁极的一端与对应调节杆的一端铰接，调节杆的另一端与驱动轴的轴端铰接；2个调节杆之间设弹簧；磁极与工件内表面之间填充磁性磨粒；所述进给机构设于三爪卡盘的外端，磁力研磨机构与进给机构相连，并能够在进给机构带动下沿工件轴向移动。

2.根据权利要求1所述的一种用于变径管内表面光整加工的磁力研磨装置，其特征在于，所述旋转驱动机构由旋转电机及皮带传动机构组成，皮带传动机构由大带轮、皮带及小带轮组成；小带轮设于旋转电机的输出轴上，大带轮与三爪卡盘通过连接轴同轴固定，小带轮通过皮带与大带动传动连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于变径管内表面光整加工的磁力研磨装置，其特征在于，所述进给机构由平移电机、滑台、丝杠及滑块组成；平移电机设于滑台的外端，滑台上沿纵向开设滑槽，丝杠设于滑槽内，平移电机的输出轴与丝杠的一端相连并带动丝杠转动；滑块设于滑台上并与丝杠传动连接；所述磁力研磨机构通过支撑架与滑块固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于变径管内表面光整加工的磁力研磨装置，其特征在于，所述支撑架为L形结构，滑块的顶部设定位块与支撑架卡接固定。

5.根据权利要求1所述的一种用于变径管内表面光整加工的磁力研磨装置，其特征在于，2个磁极在相对的一侧分别设有防撞块。

6.根据权利要求1所述的一种用于变径管内表面光整加工的磁力研磨装置，其特征在于，所述弹簧与2个调节杆可拆卸地连接，所述弹簧为压缩弹簧。

7.根据权利要求1所述的一种用于变径管内表面光整加工的磁力研磨装置，其特征在于，还包括控制系统；所述控制系统分别与研磨电机、旋转电机及平移电机的驱动端相连，控制系统另外连接触摸屏及报警灯。

8.根据权利要求1所述的一种用于变径管内表面光整加工的磁力研磨装置，其特征在于，还包括工作箱；工作箱的下部设电器控制柜，上部为封闭箱体；电器控制柜的一侧设对开门，封闭箱体的同侧设推拉门；封闭箱体与电器控制柜之间通过工作台分隔；旋转电机及滑台分别设于工作台上；封闭箱体在对应三爪卡盘一侧的侧壁上设固定座，固定座与三爪卡盘上的连接轴通过轴承转动连接；触摸屏及报警灯均设于封闭箱体的外部。

9.根据权利要求8所述的一种用于变径管内表面光整加工的磁力研磨装置，其特征在于，所述封闭箱体至少在磁力研磨装置的操作侧设透明箱体板。

10.根据权利要求8所述的一种用于变径管内表面光整加工的磁力研磨装置，其特征在于，所述固定座与封闭箱体的侧壁之间通过螺栓可拆卸地连接。