用普通车床改装磁性研磨机

HEATS

磁性研磨工艺在我国的应用尚不普及，推广应用该工艺的关键在于实用机床(磁性研磨机)的研制开发。本文介绍用普通车床改装的磁性研磨机(装置)的结构原理、技术参数以及磁感应器的设计与计算方法。
, l; d" Y: F. P. _& s% ?, F2 v; x, N$ Y4 c0 n7 F. f% N( D7 `5 X8 v3 ~7 Q; t! p0 _; Z. s/ L( B4 d/ e, n% t; q9 j9 x' z8 ^4 ~# @

. i9 H3 y7 [% Z+ w   1.电器装置 2.附加垫板 3.向心轴承 4.飞轮 5.支座 6.附加芯轴 7.电磁线圈 8.后顶尖 9.后尾座 10.附加垫板 11.手轮 12.电磁感应器 13.传动皮带 14.电机 图1 车床改装的磁性研磨机结构

S7 j' l5 A0 W5 M2 x4 k( Q   1.底板 2.滑座 3.磁导体 4.电磁线圈 5.磁极头 8.料盘 9.手轮 11.螺杆 图2 电磁感应器结构

1 车床改装磁性研磨机的结构原理

用CA6140普通车床改装的磁性研磨机的结构如图1所示。被研磨工件固定在附加芯轴6的顶尖和后顶尖8上。附加芯轴6通过滑动轴承安装在支座5上，其一端通过花键与机床主轴相联，另一端安装顶尖。安装在机床床身一侧的电机14可通过附加芯轴带动工件作摆动运动，即电机通过传动皮带13将运动传递至具有一定偏心量的向心轴承3，然后将运动传递至附加芯轴上的飞轮4；摆动运动的恢复力则由后顶尖弹簧提供。电磁感应器12安装在横向溜板上，两个磁极可同步相向移动，并可随横向溜板一起在导轨上移动，实现研磨时的纵向进给。安装在进给箱位置上的电器装置1可控制感应器电磁线圈7的供电及感应器的进给运动。刀架的纵向进给由液压装置驱动。由于磁感应器的中心高通常高于机床主轴的中心高，因此机床的前顶尖和后尾座9必须可抬起，以便在床身上安装附加垫板2和10。 # n) E$ }7 w8 ~3 \* [

进行磁性研磨时，由安装在车床刀架位置的电磁感应器产生磁场和携带磁性磨料。电磁感应器的结构如图2所示，它由底板1、带有L形磁导体3的滑座2、电磁线圈4、磁极头5等组成。料盘8用于收集冷却液。底板里安装有带左、右旋螺纹的螺杆11。滑座和底板采用非磁性但具有良好耐磨性的材料制造。组成磁回路的所有部件均应采用具有高导磁性和饱和磁感应的磁性材料制造。电磁感应器线圈通电时，向两磁极头的间隙内撒入磁性磨料，磁性磨料在磁场力作用下形成刷状排列(研磨刷)并压向工件，此时通过机床主轴使工件转动即可开始研磨。电磁感应器在横向溜板带动下沿工件轴向走刀，即可使工件全长得到研磨。

2 磁感应器参数的设计计算

2 f+ V5 r8 s2 _
1. 磁感应器磁势的计算
   ' N; D% e/ {/ h$ }$ e5 g& d* X' o! n- X9 O! S9 C) `, z7 f6 ?/ k# S6 k- A0 z5 p

   图3 磁路的磁导体尺寸

   图4 磁感应器矩形线圈尺寸

   ' S: }' I5 m- U8 ?
   假设磁通量完全通过磁路截面(不考虑漏磁)，所有气隙介质均为空气，接头处气隙为零。磁路的磁导体尺寸如图3所示。工作间隙面积S=mA=8×230=1.84×10^-3m²，式中：磁极头宽度A=230mm，磁极头包围工件部分弦长m=8mm，工作间隙为2mm，钢的饱和磁感应B=2T，工作间隙的磁通量F=BS=2×1.84×10^-3=3.68×10^-3Wb。磁导体各部分尺寸见图3：L₁=25mm，L₂=165mm，L₃=190mm，L₄=395mm；磁导体的截面尺寸均为230mm×30mm；工件直径为F11mm。磁路段的磁势及总磁势计算如下： 9 r x2 B; ?. j. Z

   4 y1 V, i* e ?$ m
   1. 工作间隙内的磁场强度：H₀=B/µ=2/(4p×10^-7)=0.1595×10⁷A/M
      工作间隙内的磁势：F₀=2H₀L₀=2×0.1595×107×2×10^-3 =6400A 1 n7 p' Y% x8 y: q# f: b. ?. `
   2. 磁极头面积：S=(m+30)A/2 =4.37×10^-3m²
      磁极头的磁感应：B=F/S=3.68×10^-3/4.37×10^-3=0.84T
      磁极头的磁场强度：H=940A/m(根据钢的磁化曲线查出)
      磁极头的磁势：F₁=2HL₁=2×0.94×10³×25×10^-3=47A
   3. 其余磁导体的截面积：S=30×230×10^-6=6.9×10^-3m²
      其余磁导体的磁感应：B=3.68×10^-3/6.9×10^-3=0.534T
      其余磁导体的磁场强度：H=680A/m(根据钢的磁化曲线查出) " U0 i# d( |* f/ o- V
   4. 磁导体L₂、L₃、L₄的磁势：F_2，3，4=2HL₂+2HL₃+2HL₄=683.4A
   5. 工件的截面积：S=8×230×10^-3m²
      工件的磁感应：B=3.68/1.84=2T 0 Z& Z- d1 v1 Z" b8 C5 e& T
      工件的磁场强度：H=50000A/m(根据45钢的磁化曲线查出)工件的磁势：F_工=50000×11×10^-3=550A
   6. 全部磁路段的总磁势：F_总=F₀+F₁+F_2，3，4+F_工=7680A
2. 磁感应器线圈的计算
   求出磁路的磁势后，即可计算磁感应器线圈参数。

   1. 计算导线直径d ( H& P* o/ {* k2 N p
      磁感应器矩形线圈尺寸见图4。导线直径d(mm)的计算公式为 0 v0 E* L- |+ |6 |: N' Z2 [2 R3 u8 }# B/ A3 V$ r8 q8 A! D* U& i( P# E4 J9 Z \+ Y4 X. J" d) U

      d=0.2(rqINLP/pCU)½

      (1)

      式中：rq为q℃时的导线比电阻，r_q=0.016(1+q/234.5)；IN=F为磁势(A，安匝)；L_P为线圈的平均长度(cm)；C为考虑电压降的系数，C=0.85。取通入线圈的电压U=220V，线圈温度q=50℃时r_q=0.0196。由图4可计算出线圈平均长度L_P=760mm。由式1可计算出导线直径d=0.88mm，取整为1mm。
   2. 计算线圈匝数N磁感应器线圈匝数N的计算公式为 1 A+ V; M5 O! i8 K7 b) O* K) P5 J2 j3 l

      N=4fLe×102/pd2

      (2)

      式中：L和e分别为线圈的长度和宽度(cm)；d为裸导线直径(mm)；f为填充系数，f=SK/d_J(d_J+∆/m)，其中：S为导线截面积，S=pd2/4(mm2)；∆为衬纸厚度，取∆=0.05mm；m为衬纸间导线层数，m=1；K为系数，导线直径d>0.5时，K=1。取带漆皮导线直径d_J=1.23mm，可计算出f=0.5。由式(2)可计算出N=3846匝，两个线圈的总匝数为7692匝。

根据需要还可计算出磁感应器线圈的电阻、消耗功率、电磁吸力、铜耗、线圈温升等技术参数。

" w2 {- Y% r$ _$ C! u* C