磁性研磨工藝在我國的應(yīng)用尚不普及，推廣應(yīng)用該工藝的關(guān)鍵在于實(shí)用機(jī)床(磁性研磨機(jī))的研制開發(fā)。本文介紹用普通車床改裝的磁性研磨機(jī)(裝置)的結(jié)構(gòu)原理、技術(shù)參數(shù)以及磁感應(yīng)器的設(shè)計(jì)與計(jì)算方法。
1.電器裝置 2.附加墊板 3.向心軸承 4.飛輪 5.支座 6.附加芯軸
7.電磁線圈 8.后頂尖 9.后尾座 10.附加墊板 11.手輪 12.電磁感應(yīng)器
13.傳動皮帶 14.電機(jī)
圖1 車床改裝的磁性研磨機(jī)結(jié)構(gòu)
1 車床改裝磁性研磨機(jī)的結(jié)構(gòu)原理
用CA6140 普通車床改裝的磁性研磨機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。被研磨工件固定在附加芯軸6的頂尖和后頂尖8上。附加芯軸6通過滑動軸承安裝在支座5上，其一端通過花鍵與機(jī)床主軸相聯(lián)，另一端安裝頂尖。安裝在機(jī)床床身一側(cè)的電機(jī)14可通過附加芯軸帶動工件作擺動運(yùn)動，即電機(jī)通過傳動皮帶13將運(yùn)動傳遞至具有一定偏心量的向心軸承3，然后將運(yùn)動傳遞至附加芯軸上的飛輪4；擺動運(yùn)動的恢復(fù)力則由后頂尖彈簧提供。電磁感應(yīng)器12安裝在橫向溜板上，兩個(gè)磁極可同步相向移動，并可隨橫向溜板一起在導(dǎo)軌上移動，實(shí)現(xiàn)研磨時(shí)的縱向進(jìn)給。安裝在進(jìn)給箱位置上的電器裝置1可控制感應(yīng)器電磁線圈7的供電及感應(yīng)器的進(jìn)給運(yùn)動。刀架的縱向進(jìn)給由液壓裝置驅(qū)動。由于磁感應(yīng)器的中心高通常高于機(jī)床主軸的中心高，因此機(jī)床的前頂尖和后尾座9必須可抬起，以便在床身上安裝附加墊板2和10。
進(jìn)行磁性研磨時(shí)，由安裝在車床刀架位置的電磁感應(yīng)器產(chǎn)生磁場和攜帶磁性磨料。電磁感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，它由底板1、帶有L形磁導(dǎo)體3的滑座2、電磁線圈 4、磁極頭5等組成。料盤8用于收集冷卻液。底板里安裝有帶左、右旋螺紋的螺桿11�；偷装宀捎梅谴判缘哂辛己媚湍バ缘牟牧现圃�。組成磁回路的所有部件均應(yīng)采用具有高導(dǎo)磁性和飽和磁感應(yīng)的磁性材料制造。電磁感應(yīng)器線圈通電時(shí)，向兩磁極頭的間隙內(nèi)撒入磁性磨料，磁性磨料在磁場力作用下形成刷狀排列(研磨刷)并壓向工件，此時(shí)通過機(jī)床主軸使工件轉(zhuǎn)動即可開始研磨。電磁感應(yīng)器在橫向溜板帶動下沿工件軸向走刀，即可使工件全長得到研磨。
1.底板 2.滑座 3.磁導(dǎo)體 4.電磁線圈 5.磁極頭 8.料盤 9.手輪 11.螺桿
圖2 電磁感應(yīng)器結(jié)構(gòu)
2 磁感應(yīng)器參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算
磁感應(yīng)器磁勢的計(jì)算
假設(shè)磁通量完全通過磁路截面(不考慮漏磁)，所有氣隙介質(zhì)均為空氣，接頭處氣隙為零。磁路的磁導(dǎo)體尺寸如圖3所示。工作間隙面積S=mA=8×230=1.84×10-3m2，式中：磁極頭寬度A=230mm，磁極頭包圍工件部分弦長m=8mm，工作間隙為2mm，鋼的飽和磁感應(yīng)B=2T，工作間隙的磁通量F=BS=2×1.84×10-3=3.68×10-3Wb。磁導(dǎo)體各部分尺寸見圖3：L1=25mm，L2=165mm，L3=190mm，L4=395mm；磁導(dǎo)體的截面尺寸均為230mm×30mm；工件直徑為F11mm。磁路段的磁勢及總磁勢計(jì)算如下：
工作間隙內(nèi)的磁場強(qiáng)度：H0=B/µ=2/(4p×10-7)=0.1595×107A/M
工作間隙內(nèi)的磁勢：F0=2H0L0=2×0.1595×107×2×10-3 =6400A
磁極頭面積：S=(m+30)A/2 =4.37×10-3m2磁極頭的磁感應(yīng)：B=F/S=3.68×10-3/4.37×10-3=0.84T磁極頭的磁場強(qiáng)度：H=940A/m(根據(jù)鋼的磁化曲線查出)磁極頭的磁勢：F1=2HL1=2×0.94×103×25×10-3=47A
其余磁導(dǎo)體的截面積：S=30×230×10-6=6.9×10-3m2其余磁導(dǎo)體的磁感應(yīng)：B=3.68×10-3/6.9×10-3=0.534T其余磁導(dǎo)體的磁場強(qiáng)度：H=680A/m(根據(jù)鋼的磁化曲線查出) 磁導(dǎo)體L2、L3、L4的磁勢：F2，34=2HL2+2HL3+2HL4=683.4A 工件的截面積：S=8×230×10-3m2 工件的磁感應(yīng)：B=3.68/1.84=2T
工件的磁場強(qiáng)度：H=50000A/m(根據(jù)45鋼的磁化曲線查出)工件的磁勢：F工=50000×11×10-3=550A 全部磁段的總磁勢：F總=F0+F1+F2，3，4+F工=7680A 磁感應(yīng)器線圈的計(jì)算求出磁路的磁勢后，即可計(jì)算磁感應(yīng)器線圈參數(shù)。
計(jì)算導(dǎo)線直徑d 磁感應(yīng)器矩形線圈尺寸見圖4。
圖4 磁感應(yīng)器矩形線圈尺寸
導(dǎo)線直徑d(mm)的計(jì)算公式為 d=0.2(rqINLP/pCU)½ (1) 式中：rq為q℃時(shí)的導(dǎo)線比電阻，rq=0.016(1+q/234.5)；IN=F為磁勢(A，安匝)；LP為線圈的平均長度(cm)；C為考慮電壓降的系數(shù)，C=0.85。取通入線圈的電壓U=220V，線圈溫度q=50℃時(shí)rq=0.0196。由圖4可計(jì)算出線圈平均長度LP=760mm。由式1可計(jì)算出導(dǎo)線直徑d=0.88mm，取整為1mm。 計(jì)算線圈匝數(shù)N磁感應(yīng)器線圈匝數(shù)N的計(jì)算公式為 N=4fLe×102/pd2 (2) 式中：L和e分別為線圈的長度和寬度(cm)；d為裸導(dǎo)線直徑(mm)；f為填充系數(shù)，f=SK/dJ(dJ+∆/m)，其中：S為導(dǎo)線截面積，S=pd2/4(mm2)；∆為襯紙厚度，取∆=0.05mm；m為襯紙間導(dǎo)線層數(shù)，m=1；K為系數(shù)，導(dǎo)線直徑d>0.5時(shí)，K=1。取帶漆皮導(dǎo)線直徑dJ=1.23mm，可計(jì)算出f=0.5。由式(2)可計(jì)算出N=3846匝，兩個(gè)線圈的總匝數(shù)為7692匝。
根據(jù)需要還可計(jì)算出磁感應(yīng)器線圈的電阻、消耗功率、電磁吸力、銅耗、線圈溫升等技術(shù)參數(shù)。
