CN103612195B - 一种环形磁场励磁的磁力研磨加工方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环形磁场励磁的磁力研磨加工方法及装置。所述磁力研磨装置主要由励磁***和夹具体组成；所述励磁***包括上磁轭和下磁轭；所述上磁轭中心位置开有内孔，内孔内设有磁极，该磁极与上磁轭之间为环形气隙，其中具有用于容纳磁性磨料的不导磁研磨槽；所述磁极与下磁轭之间通过中间铁芯相连，该中间铁芯外套装有中间线圈；所述上磁轭与下磁轭之间通过外侧铁芯相连，每根外侧铁芯上套装有外侧线圈；所述中间线圈和外侧线圈通电后，磁性磨料在磁力作用下形成环形的磁力研磨刷。工件相对该环形磁力度研磨刷旋转可实现磁力研磨加工。本发明实现了各类复杂小零件自动化精密研磨，相对于手工加工，提高了效率和质量，降低了加工成本。

Description

一种环形磁场励磁的磁力研磨加工方法及装置

技术领域

本发明涉及磁力研磨加工技术领域，具体为一种环形磁场励磁的磁力研磨加工方法及装置。

背景技术

各类异型小零件（如螺钉、螺栓、轴类小零件等）及复杂工件（如眼镜架等）的全方位、自动化、大批量精密研磨加工一直是困扰业界的一个难题。针对这类零件，传统研磨方法一般是纯手工、或手工利用抛光轮配合专用耗材（如布轮、抛光蜡等）对零件进行打磨。

传统手工加工方法不仅效率低、劳动强度大、且加工质量难以保证，已经越来越难以适应现代化生产方式。

发明内容

为了克服现有的加工方法和装置的不足，本发明旨在提供一种环形磁场励磁的磁力研磨装置及加工方法，该装置可实现各类复杂工件自动化精密研磨，相对于手工加工，可提高效率和质量，降低加工成本。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种环形磁场励磁的磁力研磨装置，其结构特点是，主要由励磁***和用于夹持工件的夹具体组成；所述励磁***包括上磁轭和下磁轭；所述上磁轭中心位置开有内孔，内孔内设有磁极，该磁极与上磁轭之间具有用于容纳磁性磨料的研磨槽，环形的该研磨槽由不导磁材料制成；所述磁极与下磁轭之间通过中间铁芯相连，该中间铁芯外套装有中间线圈；所述上磁轭与下磁轭之间通过至少一个外侧铁芯相连，所述外侧铁芯位于中间铁芯的周向外侧，每根外侧铁芯上套装有外侧线圈；所述中间线圈和外侧线圈通电后产生的磁力线依次经中间铁芯、磁极、上磁轭、两侧铁芯、下磁轭至中间铁芯内汇集而形成封闭磁回路，所述上磁轭与磁极之间的环形区域为该封闭磁回路的气隙部位；所述夹具体与一驱动其水平旋转的驱动装置相联。

由此，线圈通电后在所述上磁轭与磁极之间的环形气隙内产生很强的环形磁场；所述研磨槽内的磁性磨料在该环形磁场作用下形成环形的磁力研磨刷。当工件相对该环形磁力研磨刷旋转，可实现磁力研磨加工。

以下为本发明的进一步改进的技术方案：

所述中间线圈和外侧线圈通电后，所述上磁轭与磁极之间的环形气隙内产生环形磁场，使研磨槽内的磁性磨料在该环形磁场作用下形成环形的磁力研磨刷。

为了提高研磨质量和研磨效率，增强上磁轭内孔壁面和磁极周向壁面对磁性磨料的磁吸力，保持磁力研磨刷的形状，所述上磁轭的内孔壁面上开有多个槽，所述磁极周向壁面上开有多个槽。更进一步地，所述上磁轭内孔壁面上的槽和磁极的槽均为矩形槽，数量分别为25~40个。

优选地，所述夹具体通过一法兰轴与所述驱动装置相联，该夹具体上装有至少一个调整块，该调整块上装有多个用于固定工件的压块，每个压块开有同工件外形相适应的凹槽；所述夹具体上开有同调整块外形相适应的凹槽。

作为一种具体的驱动形式，所述驱动装置为钻床或铣床的驱动主轴。

为了提高研磨效率，所述法兰轴上装有多个夹具体，每个夹具体周向装有多个调整块，由此，可以同时装夹多个工件，进行多工位的研磨。

进一步地，本发明提供了一种利用上述的环形磁场励磁的磁力研磨装置对工件进行研磨加工的方法，其特点是，该方法包括如下步骤：

1）工件加工前，将磁性磨料加入研磨槽内；

2）将工件装上夹具体，工件随驱动装置水平旋转；

3）向外侧线圈和中间线圈通入电流，外侧铁芯和中间铁芯内产生磁场，磁力线由中间铁芯流过磁极，呈辐射状穿过环形研磨槽，从外侧依次流经上磁轭以及外侧铁芯，再流经下磁轭回到中间铁芯，形成磁回路；研磨槽内的环形空间为该磁回路的气隙部位，该环形气隙内产生环形磁场，该环形磁场使磁性磨料瞬间变成环形磁力研磨刷；

4）工件相对环形磁力研磨刷运动，直至研磨加工完成。

为了增强研磨效果。在步骤3）中，驱动装置驱动工件进行顺时针和逆时针交替转动，同时驱动装置的驱动轴带动工件上下往复运动。

藉由上述结构，所述环形磁场励磁的磁力研磨加工装置包括励磁***和弹性夹具：所述励磁***由T型槽工作台、隔磁板、下磁轭、外侧铁芯、外侧线圈、中间铁芯、中间线圈、上磁轭、研磨槽及磁极组成。所述下磁轭、外侧铁芯、中间铁芯、上磁轭、磁极均用电工纯铁制成；所述上磁轭与所述磁极沿圆周方向均开有30个矩形槽；所述下磁轭与T型槽工作台之间有隔磁板分隔；所述隔磁板用不导磁材料制成；所述隔磁板与所述T型槽工作台采用螺栓联接；所述下磁轭与所述隔磁板采用内六角螺钉联接；所述中间铁芯与所述磁极采用过盈配合联接；所述外侧线圈和中间线圈采用高温漆包线；所述外侧线圈与所述外侧铁芯之间绕有绝缘层；所述中间线圈与所述中间铁芯之间绕有绝缘层；所述外侧线圈和中间线圈上下两端装有绝缘板；研磨槽用不导磁材料制成。所述弹性夹具由压板、挡板、弹簧、调整块、夹具体、法兰轴及螺栓组成。所述压板采用铜制成；所述挡板、调整块、夹具体与法兰轴采用铝合金制成。所述压板与所述调整块之间采用环氧树脂粘接；所述压板上开有同工件外形相适应的凹槽；所述夹具体上开有同调整块外形相适应的矩形槽。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明实现了各类复杂小工件自动化精密研磨，相对于手工加工，提高了效率和质量，降低了加工成本。

总之，本发明对不同类型的零件具有较强的适应性；工件的驱动***可由普通立式钻铣床实现；利用专用夹具，本发明可实现多工位、多表面、多角度同时加工；本发明可广泛运用于不导磁材料制作的各类小零件及小型复杂工件的表面精密加工。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

附图说明

图1是本发明一个实施例的装配示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明处于工作状态时的磁力线分布图；

图4是图3的俯视图。

在图中

1-工作台；2-隔磁板；3-六角头螺栓；4-弹簧垫圈；5-六角螺母；6-下磁轭；7-绝缘板1；8-外侧铁芯；9-外侧线圈；10-绝缘层；11-中间线圈；12-绝缘层；13-中间铁芯；14-研磨槽；15-上磁轭；16-六角头螺栓；17-弹簧垫圈；18-六角螺母；19-挡板；20-弹簧；21-压板1；22-压板2；23-调整块；24-夹具体；25-法兰轴；26-内六角螺钉；27-磁极；28-绝缘板2；29-内六角螺钉；30-压板3；31-压板4； 32-工件。

具体实施方式

一种环形磁场励磁的磁力研磨加工装置，如图1和2所示，其法兰轴25可直接与普通立式钻、铣床主轴连接，通过夹具(由螺栓16，17，18，挡板19，压板21、22、30、31，弹簧20，调整块23，夹具体24等组成)可实现工件与机床主轴相连，带动工件作上下进给运动和旋转运动，使工件相对于环形磁力研磨刷运动。加工前，将多个工件以不同姿态（装入角度差为180°）装夹到专用夹具各个工位上，随后将夹具体与法兰轴25连接，法兰轴25再与机床主轴连接;向研磨槽14加入磁性磨料。加工时，机床主轴竖直向下进给，工件随之进入研磨槽，然后电磁线圈通入电流，电流值可根据研磨效果确定。电磁线圈通电后，上磁轭和磁极之间的环形气隙内产生很强的环形磁场，如图3所示。研磨槽内的磁性磨粒在该环形磁场作用下形成环形磁力研磨刷，然后可启动机床主轴，工件随机床主轴旋转，相对环形磁力研磨刷运动，实现研磨加工。加工完成后，机床主轴向上运动，工件离开研磨槽。为增强磁场强度梯度，维持环形磁力研磨刷的形状，提高工件与磁性磨料之间的相对速度，达到提高研磨质量和效率之目的，本装置中上磁轭及磁极沿圆周均匀开有30个矩形槽。在本装置中，通过专用弹性夹具(由螺栓16,17,18、挡板19、压板21、压板22、压板30、压板31、弹簧20、调整块23、夹具体24及法兰轴25等组成)可实现多工位、多表面、多角度同时研磨，同时可形成多种复杂相对运动轨迹，能有效提高研磨效率和质量。

一种基于上述研磨装置的研磨方法，包括如下步骤：

1）加工前，将磁性磨料加入研磨槽；

2）将工件装上弹性夹具，弹性夹具随法兰轴安装到普通立式钻、铣床的主轴上；

3）将调整机床主轴，使其竖直向下运动，工件随主轴进入研磨槽；

4）启动机床主轴电机，工件随主轴一起旋转；

5）向外侧线圈和中间线圈通入电流，上磁轭与磁极之间的环形气隙内会产生很强的环形磁场，如图3和4所示；研磨槽内的磁性磨料在该环形磁场的作用下，瞬间形成环形磁力研磨刷；

6）由于工件相对环形磁力研磨刷运动，因此可以实现磁力研磨加工。

其中，所述步骤2）中螺栓连接可施加夹紧力，弹簧可维持夹紧力，方便快速拆装工件；夹具体上开有同调整块外形相适应的矩形槽，可方便地实现工件径向进给调节；压板采用铜制成，可避免损坏工件上已研磨的表面；挡板、调整块、夹具体与法兰轴采用铝合金制成，可降低夹具的质量；同时由于铜、铝合金均为不导磁材料，可避免夹具受到磁场力的作用而影响研磨效果；此外弹性夹具可同时装夹多个工件，可实现多表面、多角度同时研磨，可节省加工时间，提高效率。

所述步骤4）中利用主轴正反转结合上下进给可实现多种复杂相对运动轨迹，可保证工件各表面得到均匀研磨，提高加工质量。

所述步骤5）中为了增强研磨槽内的磁场梯度，维持环形磁力研磨刷的形状，提高工件与磁性磨料之间的相对速度，上磁轭与磁极沿圆周方向均开有30个矩形槽。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1. 一种环形磁场励磁的磁力研磨装置，其特征是，主要由励磁***和用于夹持工件（32）的夹具体（24）组成；所述励磁***包括上磁轭（15）和下磁轭（6）；所述上磁轭（15）中心位置开有内孔，内孔内设有磁极（27），该磁极（27）与上磁轭（15）之间具有用于容纳磁性磨料的研磨槽（14），环形的该研磨槽（14）由不导磁材料制成；所述磁极（27）与下磁轭（6）之间通过中间铁芯（13）相连，该中间铁芯（13）外套装有中间线圈（11）；所述上磁轭（15）与下磁轭（6）之间通过至少一个外侧铁芯（8）相连，所述外侧铁芯（8）位于中间铁芯（13）的周向外侧，每根外侧铁芯（8）上套装有外侧线圈（9）；所述中间线圈（11）和外侧线圈（9）通电后产生的磁力线依次经中间铁芯（13）、磁极（27）、上磁轭（15）、外侧铁芯（8）、下磁轭（6）至中间铁芯（13）内汇集而形成封闭磁回路，所述上磁轭（15）与磁极（27）之间的环形区域为该封闭磁回路的气隙部位；所述夹具体（24）与一驱动其水平旋转的驱动装置相联。

2. 根据权利要求1所述的环形磁场励磁的磁力研磨装置，其特征是，所述中间线圈（11）和外侧线圈（9）通电后，所述上磁轭（15）与磁极（27）之间的环形气隙内产生环形磁场，使研磨槽（14）内的磁性磨料在该环形磁场作用下形成环形的磁力研磨刷。

3. 根据权利要求1所述的环形磁场励磁的磁力研磨装置，其特征是，所述下磁轭（6）装在一工作台（1）上，该下磁轭（6）与工作台（1）之间通过一由不导磁材料制成的隔磁板（2）隔开。

4. 根据权利要求1所述的环形磁场励磁的磁力研磨装置，其特征是，所述上磁轭（15）的内孔壁面上开有多个槽（33），所述磁极（27）周向壁面上开有多个槽。

5. 根据权利要求1所述的环形磁场励磁的磁力研磨装置，其特征是，所述夹具体（24）通过一法兰轴（25）与所述驱动装置相联，该夹具体（24）上装有至少一个调整块（23），该调整块（23）上装有多个用于固定工件（32）的压板（21,22,30,31），每个压板（21,22,30,31）开有同工件（32）外形相适应的凹槽；所述夹具体（24）上开有同调整块（23）外形相适应的凹槽。

6. 根据权利要求1或5所述的环形磁场励磁的磁力研磨装置，其特征是，所述驱动装置为钻床或铣床的驱动主轴。

7. 根据权利要求1所述的环形磁场励磁的磁力研磨装置，其特征是，所述中间线圈（11）的上下两端均设有绝缘板二（28），该中间线圈（11）与中间铁芯（13）之间设有绝缘层一（12）；所述外侧线圈（9）的上下两端均设有绝缘板一（7），该外侧线圈（9）与外侧铁芯（8）之间设有绝缘层二（10）。

8. 根据权利要求5所述的环形磁场励磁的磁力研磨装置，其特征是，所述法兰轴（25）上装有多个夹具体（24），每个夹具体（24）周向装有多个调整块（23）。

9. 一种利用权利要求1~8之一所述的环形磁场励磁的磁力研磨装置对工件进行研磨加工的方法，其特征是，包括如下步骤：

1）工件（32）加工前，将磁性磨料加入研磨槽（14）内；

2）将工件（32）装上夹具体（24），工件（32）随驱动装置水平旋转；

3）向外侧线圈（9）和中间线圈（11）通入电流，外侧铁芯（8）和中间铁芯（13）内产生磁场，磁力线由中间铁芯（13）流过磁极（27），呈辐射状穿过研磨槽（14），从外侧依次流经上磁轭（15）以及外侧铁芯（8），再流经下磁轭（6）回到中间铁芯（13），形成磁回路；研磨槽（14）内的环形空间为该磁回路的气隙部位，环形气隙内产生环形磁场，该环形磁场使磁性磨料瞬间变成环形磁力研磨刷；

4）工件（32）相对环形磁力研磨刷运动，直至研磨加工完成。

10. 根据权利要求9对工件进行研磨加工的方法，其特征是，在步骤3）中，驱动装置驱动工件（32）进行顺时针和逆时针交替转动，同时驱动装置的驱动轴带动工件（32）上下往复运动。