磁场辅助外圆车削设备的制作方法

本发明涉及一种外圆车削设备，尤其涉及一种磁场辅助外圆车削设备。

背景技术：

零件加工追求的往往是一定工艺条件下的极限尺寸精度和加工表面质量，已有研究发现单纯依靠刀具、机床和工艺参数的改进和调整，很难有效提升极限加工精度。这种情况下，借助外界能量场抵消材料加工中的局部高温和材料大变形引起的负面影响是一个值得探索的新思路。能量场辅助加工方法是加工技术研究中的一个前沿和热点问题，该加工方法包括磁场辅助加工、超声振动辅助加工、离子束辅助加工、等离子注入辅助加工、激光辅助加工等多种具体的工艺方法。这些工艺方法的突出特点在于通过将高密度的外界能量(磁、振动、热、光)输入到加工区域，辅助或直接形成材料去除，从而达到许多传统加工难以达到的加工效果，如难加工材料的高效去除、脆性材料的塑性去除、黑色金属的金刚石刀具精密车削等。在这些加工方式中，磁场辅助加工是开展最早的一种能量场辅助加工方法，相对于其他能量场辅助加工，磁场辅助加工有成本低、操作简单、外加磁场容易移除、适用范围广等一系列优点。磁场对车削过程可能的有利影响主要体现在以下几个方面：1、磁致冷却技术；可能通过连续的外界充磁(主动充磁)和车削热消磁(被动消磁)，快速、有效地带走车削区域的车削热，降低车削区产生的局部高温，可以使车削区域的温度均匀化，降低车削烧伤、车削残余应力和车刀的损耗；2、磁致相变作用；导磁材料的微观组织在磁场所造成的体积力作用下可能发生相变或阻止相变的发生。3、磁场伸缩效应；导磁材料在外界磁场的作用下，尺寸发生变化，造成材料的强化。利用磁致伸缩效应，可以改善金属去除过程的回弹现象，控制工件材料的非期望流动，有可能达到提高金属去除率的效果。4、定向性的磁场使车削液的毛细作用加强，提高车削液向车削区域的渗透能力。但如何利用磁能量场抵消或削弱高温和已加工表面变质等负面效应，进而实现磁场在车削区域的高效、定向、连续施加成为需要解决的一个问题。

技术实现要素：

本发明提供了磁场辅助外圆车削设备，其克服了背景技术中所存在的不足。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之一是：

磁场辅助外圆车削设备，包括：

外圆车床，包括床身、能转动装设在床身上的夹具、主驱动机构、能滑动装设在床身上的进给座、从驱动机构和刀具机构，该主驱动机构传动连接夹具以带动夹具转动，该夹具夹接工件，该从驱动机构传动连接进给座以带动进给座沿平行夹具转动轴线方向滑动，该刀具机构装设在进给座上；

在线充磁装置，包含电磁场发生装置，该电磁场发生装置包含由漆包线绕制的空心圆筒形的电磁线圈，该电磁场发生装置配套有直流电源控制系统，该直流电源控制系统与电磁线圈连接，该电磁场发生装置装设在进给座上且电磁线圈的轴线和夹具转动的轴线垂直，以使刀具机构和工件的接触区域始终处于电磁线圈产生的磁场作用区域内。

一实施例之中：该夹具包括能转动装设在床身上的三爪卡盘，该三爪卡盘配套有尾架。

一实施例之中：该刀具机构包括刀架和装设在刀架上的车刀，该车刀和工件都由高速钢材料和碳钢材料中的至少一种制成。

一实施例之中：该直流电源控制系统采用可调直流电源控制系统。

一实施例之中：该电磁场发生装置包含两个上述的电磁线圈、一极柱、两极头和一磁轭，该磁轭固接在进给座且具有一竖立部和两分别固接在竖立部上下两端且平行布置的横杆部，该极柱固接在该位于上侧的横杆部之上，该两极头固接在该两横杆部之相面对面上，该两电磁线圈固接在该两极头上；该夹具转动轴线水平布置，该两电磁线圈布置在该工件之上下两侧。

一实施例之中：该两极头之间间隙可随工件的直径大小进行调节。

一实施例之中：还包括：

三向动态测力仪，固设在在线充磁装置和进给座之间。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之二是：

所述的磁场辅助外圆车削设备的加工方法，该加工方法包括：

步骤(1)、安装工件，将工件安装在夹具上；

步骤(2)、将车刀夹紧固定在刀架上；

步骤(3)、将电磁场发生装置固定在进给座上，使车刀刀尖位于两极头的中心位置，将电磁线圈的通电导线与直流电源控制系统连接；

步骤(4)、对刀及设定车削工艺参数，车削工艺参数包括车刀进给速度、吃刀量以及工件的线速度；

步骤(5)、接通电磁线圈直流电源，给车削区域提供磁场，开启外圆车床，车刀和进给座根据预设的加工方式和轨迹运动，开始车削加工；电磁发生装置与车刀一起运动形成移动电磁场，同时被加工工件表面车削区域始终受到辅助磁场作用；记录三向动态测力仪的数据以开展磁场对车削过程的影响研究。

本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：

还包括在线充磁装置，在线充磁装置包含电磁场发生装置，电磁场发生装置包含由漆包线绕制的空心圆筒形的电磁线圈，电磁场发生装置配套有直流电源控制系统，直流电源控制系统与电磁线圈连接，电磁场发生装置装设在进给座上且电磁线圈的轴线和夹具转动的轴线垂直，以使刀具机构和工件的接触区域始终处于电磁线圈产生的磁场作用区域内，通过在传统的外圆车削过程中，对车削区域施加电磁场，以达到车削过程中热能-机械能-磁能三者能量的复合作用，实现主动充磁和被动消磁的物理过程及磁场辅助外圆车削工件材料去除，且磁场发生装置小型易装配、成本低，且能够根据实际需要在线产生和去除磁场。

还包括三向动态测力仪，三向动态测力仪固设在在线充磁装置和进给座之间，以测量记录车削信号，利用测量记录的数据实验研究对加工工件实现磁场辅助平面车削，进而为强磁场辅助外圆车削工艺的实现提供理论和技术支持。

直流电源控制系统采用可调直流电源控制系统，能够实时调节磁场强度的大小。

电磁场发生装置包含两个上述的电磁线圈、一极柱、两极头和一磁轭，磁轭固接在进给座且具有一竖立部和两分别固接在竖立部上下两端且平行布置的横杆部，极柱固接在该位于上侧的横杆部之上，两极头固接在该两横杆部之相面对面上，两电磁线圈固接在该两极头上，夹具转动轴线水平布置，两电磁线圈布置在工件之上下两侧，磁场发生装置小型易装配、成本低，使磁场能始终作用在工件和车刀的接触区域，作用效果佳。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本具体实施例的磁场辅助外圆车削设备的立体示意图之一。

图2为本具体实施例的磁场辅助外圆车削设备的立体示意图之二。

图2-1为图2的A处放大示意图。

图3为本具体实施例的磁场辅助外圆车削设备的俯视示意图。

图4为本具体实施例的磁场辅助外圆车削设备的电磁场发生装置的示意图。

图中：1—主轴箱，2—电源控制系统，3—小托板，4—刀架，5—溜板箱，6—三爪卡盘，7—电磁场发生装置，8—车刀，9—工件，10—三向动态测力仪，11—尾架，12—床身，13—电源线盒，14—固定螺栓，15—极柱，16—磁轭，17—上线圈，18—上极头，19—下极头，20—下线圈。

具体实施例

请查阅图1至图4，磁场辅助外圆车削设备，包括外圆车床、在线充磁装置和三向动态测力仪10。

该外圆车床，包括床身12、能转动装设在床身12上的夹具、主驱动机构、能滑动装设在床身12上的进给座、从驱动机构和刀具机构。该主驱动机构传动连接夹具以带动夹具转动，该夹具夹接工件9。该从驱动机构传动连接进给座以带动进给座沿平行夹具转动轴线方向滑动，该刀具机构装设在进给座上。本实施例之中：该夹具包括能转动装设在床身12上的三爪卡盘6，该三爪卡盘6配套有尾架11；该刀具机构包括刀架4和装设在刀架4上的车刀8，该车刀8和工件9都由电磁性能较好的高速钢材料和碳钢材料中的至少一种制成；该主驱动机构包括动力机构和减速机构，该动力机构通过减速机构传动连接夹具，该减速机构装设在主轴箱1内；该进给座如为图中的溜板箱5。一具体结构之中，该车床如采用卧式车床，则该三爪卡盘6的轴线水平布置，该工件9水平布置。

该在线充磁装置，包含电磁场发生装置7，该电磁场发生装置7包含由漆包线绕制的空心圆筒形的电磁线圈17、20，该电磁场发生装置7配套有直流电源控制系统2，该直流电源控制系统2与电磁线圈17、20连接，该电磁场发生装置装设在溜板箱5上且电磁线圈17、20的轴线和三爪卡盘6转动的轴线垂直，即，与工件9垂直，以使刀具机构和工件的接触区域始终处于电磁线圈产生的磁场作用区域内，则将待加工的工件通过三爪卡盘夹紧和尾架固定后，随主轴做高速旋转运动过程中，刀头和工件接触区域始终受电磁线圈产生的磁场作用，从而实现磁场辅助外圆车削加工工件的目的。本实施例之中：该直流电源控制系统2采用可调直流电源控制系统；该电磁场发生装置包含两个电磁线圈17、20、一极柱15、两极头18、19和磁轭16和电源线盒13，该可调直流电源系统3与电磁铁的电源线盒13中的导线连接，以为电磁线圈17、20提供直流电源；该磁轭16通过固定螺栓14固接在进给座且具有一竖立部和两分别固接在竖立部上下两端且平行布置的横杆部，该极柱15固接在该位于上侧的横杆部之上，该两极头18、19固接在该两横杆部之相面对面上且分别构成上极头18和下极头19，该两电磁线圈17、20分别固接在该上极头18和下极头19上且分别构成上电磁线圈17和下电磁线圈20；该上电磁线圈17和下电磁线圈20布置在该工件9之上下两侧，以在车刀刀尖车削中心区域产生辅助磁场；该上极头18和下极头19之间的间隙可随工件的直径大小进行调节，以避免极头与工件发生碰撞；该电磁线圈17、20是由导电性能好且价格低廉的漆包铜线材料制成。该电磁场发生装置7与车刀保持相对固定，并可一起随溜板箱做进给运动，使刀头和工件接触区域始终受电磁线圈产生的磁场作用。一具体结构之中，该磁轭16通过固定螺栓14固定在溜板箱5的小托板3之上；该直流电源为低纹波直流电源，直流电源设有恒压工作模式和恒流工作模式，直流电恒压范围如为1～20V，恒流范围如为1～25A，进一步如直流电选用恒压20，恒流选用20A。

该三向动态测力仪10，固设在在线充磁装置和进给座之间，用于测量车削信号，从而对加工工件实现磁场辅助平面车削实验研究。

上述的磁场辅助外圆车削设备的加工方法，该加工方法包括：

步骤(1)、安装工件，将工件安装在夹具上，进行同轴度打表调节，使工件与主轴中心线符合同轴度要求。

步骤(2)、将车刀夹紧固定在刀架上，安装时，刀尖上表面位置与工件轴线垂直和平齐；

步骤(3)、将测力仪台面10固设在在线充磁装置和进给座之间，进一步如固定在溜板箱的托板3上，使车刀刀尖位于两极头18、19的中心位置，电磁线圈放置时其轴线方向垂直于车刀进给方向，车刀和工件的接触始终保持切削区域位于磁场中心范围内，将电磁线圈的通电导线与直流电源控制系统连接，直流电源是采用的可调节低纹波直流电源，线圈产生的磁场强度大小可调节。

步骤(4)、对刀及设定车削工艺参数，车削工艺参数包括车刀进给速度、吃刀量以及工件的线速度；

步骤(5)、接通电磁线圈直流电源，给车削区域提供磁场，开启外圆车床，车刀和进给座根据预设的加工方式和轨迹运动，开始车削加工；电磁发生装置与车刀一起运动形成移动电磁场，同时被加工工件表面车削区域始终受到稳恒的辅助磁场作用，工件车削区域始终受到定向磁场作用；采集记录三向动态测力仪的数据以开展磁场对车削过程的影响研究。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。