在立式铣床上改装磁性研磨装置

在 立 式 铣 床 上 改 装 磁 性 研 磨 装 置贾 向 义 , 陈 敏 , 陆 程(沈 阳 大 学 , 辽 宁 沈 阳 110044)摘 要 : 介 绍 在 立 式 铣 床 上 改 装 磁 性 研 磨 装 置 的 原 理 、 结 构 和 技 术 参 数 , 讨 论 磁 感 应 器 的 设 计 与 计 算 问 题 , 用 磁 导 法 计算 线 圈 磁 势 。关 键 词 : 磁 性 ; 研 磨 ; 铣 床 ; 改 装0 前 言磁 性 研 磨 技 术 目 前 在 我 国 已 经 开 展 研 究 , 但 有 关研 磨 装 置 开 发 这 方 面 的 资 料 不 多 。 本 文 介 绍 在 立 式 铣床 上 改 装 的 磁 性 研 磨 装 置 , 以 及 磁 感 应 器 的 设 计 与 计算 问 题 , 以 供 参 考 。磁 性 研 磨 工 艺 对 设 备 的 要 求 没 有 普 通 磨 床 那 么严 格 , 本 文 介 绍 的 磁 性 研 磨 装 置 , 实 际 上 就 是 一 个 安装 在 立 式 铣 床 主 轴 上 的 磁 感 应 器 。 因 此 改 装 磁 性 研 磨机 的 工 作 主 要 是 设 计 电 磁 感 应 器 , 即 进 行 线 圈 磁 势 和线 圈 参 数 的 计 算 。 线 圈 磁 势 的 计 算 有 解 析 法 、 磁 导法 、 图 解 法 等 , 本 文 主 要 介 绍 磁 导 法 的 计 算 过 程 。1 磁 性 研 磨 装 置 的 结 构在 立 式 铣 床 上 改 装 的 磁 性 研 磨 装 置 , 如 图 1 所示 , 电 磁 感 应 器 1 通 过 锥 柄 4 安 装 到 铣 床 的 主 轴 上 ,由 支 架 3 上 的 集 流 环 和 电 刷 向 线 圈 2 供 电 。 工 件 5 装夹 在 机 床 工 作 台 上 , 夹 具 是 用 铁 磁 材 料 制 造 的 , 隔 磁材 料 6 使 夹 具 底 板 与 工 作 台 绝 缘 。 电 磁 感 应 器 端 面 与工 件 5 之 间 的 工 作 间 隙 由 立 式 铣 床 工 作 台 的 垂 直 进 给机 构 来 调 整 。 向 工 作 间 隙 内 提 供 磁 性 磨 料 粉 , 工 件 与工 作 台 一 起 做 纵 向 往 复 进 给 , 研 磨 过 程 可 以 施 加 冷 却液 (5 10 %肥 皂 液 ) , 也 可 以 干 磨 不 加 冷 却 液 。图 1 立 铣 改 装 的 磁 性 研 磨 机该 装 置 的 主 要 技 术 参 数 如 下 :电 磁 感 应 器 外 圆 直 径 160 mm ; 工 作 间 隙 内 磁感 应 强 度 0. 8 1. 2 T;工 作 间 隙 的 大 小 = 2. 0 mm;磁 感 应 器 转 速 160 400rPmin ; 工 作 台 纵 向 进 给 速 度80 300mmPmin。2 磁 感 应 器 的 设 计 计 算为 了 计 算 的 方 便 , 磁 感 应 器 系 统 的 铁 心 结 构 可 简化 如 图 2 所 示 , 中 间 部 分 为 实 心 的 , 且 磁 极 头 为 45钢 , 其 余 铁 心 或 磁 导 体 均 用 20 钢 。 从 图 2 上 可 以 看到 磁 场 划 分 的 情 况 , 铁 心 各 部 分 尺 寸 为 : 磁 极 头 长L5 = 25mm , 中 间 铁 心 长 L4 = 150mm , 两 边 磁 导 体 长L1 = 125mm , 左 右 水 平 段 长 L2. 3 = 74mm; 半 径 r1 =40 mm , r2 = 68 mm , r3 = 74mm , r4 = 80mm; 工 作 间 隙 = 2mm。图 2 磁 感 应 器 铁 心 及 磁 场 划 分 简 图(1) 计 算 工 作 间 隙 磁 导 计 算 S 极 圆 平 面 的 主 磁 导 G1G1 = 0 r21P = 3. 14 × 10- 6 计 算 1P4 圆 柱 体 的 磁 导 G2G2 = 0. 25L 0L 一 垂 直 于 磁 力 线 方 向 的 磁 场 长 度 , 按 1P4 圆 的重 心 绕 回 转 中 心 一 周 计 算 , 以 下 相 同 。G2 = 0. 167 × 10- 6 计 算 1P4 圆 筒 的 磁 导 G3G3 = 2 0 L ln( l + m ) = 0. 145 × 10- 6以 上 三 个 磁 导 是 S极 上 的 三 个 磁 通 管 的 磁 导 。 计 算 1P4 圆 筒 的 磁 导 G4G4 = 2 0 L ln( l + m ) = 0. 229 × 10- 6 计 算 1P4 圆 柱 体 磁 导 G5G5 = 0. 52L 0 = 2. 81 × 10- 6 计 算 外 环 面 N 极 的 主 磁 导 G6G6 = 0 ( r23 - r22 )P = 1. 67 × 10- 6 计 算 1P4 圆 柱 体 的 磁 导 G7G7 = 0. 52L 0 = 0. 306 × 10- 6 计 算 倒 角 部 分 的 磁 导 G8这 部 分 磁 导 计 算 , 如 图 3 所 示 , 顶 角 = P4 ,根 据 部 分 圆 环 磁 通 管 磁 导 的 计 算 方 法 , 经 过 推 导 并 简化 后 得 到 下 式 :·613· 机 床 与 液 压 2003. No. 4G = 8 0 8( r4 - r3 + )3 + r3 - ln r4 - r3 + 图 3 计 算 倒 角 部 分 磁 导 放 大 图G8 = 1. 098 × 10- 6以 上 四 个 磁 导 是 N极 上 的 四 个 磁 通 管 的 磁导 。 计 算 磁 路 的 总 磁导 G总 磁 导 G 由 S、 N极两 部 分 磁 通 管 的 磁 导 串 联 得 出 :G = 11G1 + G2 + G3 +1G4 + G5 + G6 + G7 + G8代 入 上 面 各 磁 导 的 计 算 结 果 得 总 磁 导 :G = 1. 758 × 10- 6(2) 计 算 工 作 间 隙 磁 势 F工 作 间 隙 的 磁 通 : = G· F (1)式 中 : F - 磁 势 ,A 。工 作 间 隙 的 磁 通 密 度 B 由 下 式 计 算 :B = G6 G F( G4 + G5 + G6 + G7 + G8) S1(2)式 中 : S1 - S极 圆 平 面 的 面 积 ; 根 据 磁 性 研 磨 的 需要 , 线 圈 的 磁 通 密 度 B = 1. 2T。 代 入 (2) 式 计 算 出 线圈 的 磁 势 F = 6115 (A) , 它 占 全 磁 路 磁 势 的 绝 大 部分 , 在 不 精 确 的 计 算 时 , 也 可 以 直 接 用 这 个 数 据 来 计算 线 圈 参 数 。(3) 计 算 磁 导 体 的 磁 势 及 磁 路 总 磁 势磁 极 头 L5 段 的 磁 感 应 B = 1. 2 S1PSN = 1PSN =1. 15 T , SN : 磁 极 头 平 均 截 面 积 , 查 45 # 钢 磁 化 曲 线得 磁 场 强 度 H = 3075 APm , 则 磁 势 F5 = H L5 = 3.075 × 103 × 25 × 10- 3 = 77(A)同 理 , 查 20 # 钢 的 磁 化 曲 线 , 可 依 次 求 得 其 他 磁路 段 的 磁 势 F1 = 502(A) , F2. 3 = 335(A) , F4 = 70(A)。 则 全 磁 路 的 总 磁 势 , 为 工 作 间 隙 的 磁 势 与 其 他 磁 路段 的 磁 势 之 和 , 即 F总 = 7099(A) 。(4) 线 圈 的 有 关 计 算 确 定 通 电 电 流 和 线 圈 匝 数 。 首 先 确 定 工 作 制度 , 对 于 长 期 工 作 制 时 : 取 电 流 密 度 J = 2 4A/mm2 , 根 据 电 流 密 度 J 和 电 源 情 况 , 确 定 工 作 电 流 I ,I J 。 取 J = 3. 0 A/ mm2 , I = 2A , 则 线 圈 匝 数N = INI = 70992 = 3550(匝 ) 确 定 线 圈 截 面 尺 寸先 计 算 导 线 直 径 d :d = 1. 13 IPJ (3)计 算 结 果 d = 0. 92 ,取 为 1. 0mm。 再 由 下 式 计 算 线圈 截 面 尺 寸 L 、 e :L · e = Nd( d + Pm)PK (4)式 中 : L 、 e - 线 圈 的 长 度 和 厚 度 , mm; d - 导 线直 径 mm; = 0. 05 mm , 为 垫 纸 的 厚 度 ; m - 两 层 之间 的 垫 纸 层 数 , 一 般 m = 1 ; K - 系 数 ,导 线 d > 0. 5时 , K = 1 。L 、 e 两 者 先 确 定 一 个 (受 到 约 束 最 多 的 一 个 ) ,再 计 算 另 一 个 。 如 先 确 定 e = 28 mm , 计 算 得 L =133mm , 取 为 150mm。 计 算 线 圈 的 其 他 参 数计 算 线 圈 电 阻 R :R = 4 DpN × 102Pd2 (5)式 中 : R - 温 度 时 的 电 阻 ( ) ; Dp2线 圈 平 均 直径 , cm。 d - 导 线 直 径 (mm) ; - 时 铜 的 比 电阻 ( mm2Pm) , = (1 + ) , 其 中 , = 0. 016 , = 1P234. 5 (1P ) 。 线 圈 的 工 作 温 度 按 90 计 算 ,得 = 0. 02214 , R = 4 × 0. 02214 × 11 × 3550 ×10- 2P12 = 34. 6 。供 给 线 圈 的 最 大 电 压 Um = 2 × 34. 6 = 69. 2 (V) 。如 果 得 出 的 电 压 在 任 何 时 候 都 不 能 满 足 , 可 以 改 变 线圈 导 线 的 直 径 , 相 应 地 改 变 线 圈 匝 数 N 和 供 给 的 电流 I , 而 保 持 线 圈 总 磁 势 F 和 截 面 L 、 e 不 变 。在 设 计 磁 感 应 器 时 , 根 据 需 要 还 可 计 算 线 圈 消 耗功 率 、 线 圈 温 升 以 及 电 磁 吸 力 等 其 它 技 术 参 数 , 本 文从 略 。参 考 文 献【 1】 王 宝 龄 . 电 磁 电 器 设 计 基 础 . 国 防 工 业 出 版 社 , 1989【 2】 E. . 可 那 瓦 洛 夫 (苏 ) . 磁 力 研 磨 基 础 M. 科 学 与技 术 出 版 社 , 1974【 3】 进 村 武 男 等 . 磁 力 研 磨 的 研 究 . 精 密 工 学 会 志 , 1986. 5【 4】 贾 向 义 . 陈 敏 等 . 平 面 磁 力 研 磨 磁 感 应 器 的 设 计 与计 算 . 沈 阳 大 学 学 报 , 2001. 4收 稿 时 间 : 2002 - 08 - 29向 您 介 绍 一 种 实 用 新 型 专 利 产 品由 四 川 省 宜 宾 市 三 江 机 械 厂 设 计 所 郭 祟 发 明 的 专利 号 为 ZL02207827. 4 的 先 导 压 力 阀 , 现 寻 求 合 作 伙伴 。该 实 用 新 型 具 有 将 控 制 压 力 与 控 制 流 量 分 置 的 结构 模 式 , 具 有 自 主 知 识 产 权 而 结 构 最 优 , 可 替 代 引