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1、? ? 收稿日期: 2002- 10- 28铣床改装的磁性研磨机沈阳大学( 110044) ? 叶旭明 ? 贾向义 ? 陈 敏摘要: 在万能立式铣床上改装的磁性研磨机, 可用于研磨和抛光工件的平面。本文介绍了改装的研磨机结构、 原理、 技术 参数和电磁感应器设计的有关计算。关健词: 磁性研磨? 铣床? 改装? 计算Magnetic Grinding Machine on the Repacked Milling MachineYe Xu_ming? Jia Xiang_yi? Chen Min? ? Abstract: Magnetic grinding machine repacked on
2、 the vertical milling machine, can be used for grinding and polishing the plane and chamfering etc. T his paper introduces the structure and processing principle of magnetic grinding machine, calculation of the mag?netic circuit and coil on the electromagnetism inductor blocks. Key words:Magnetic gr
3、inding machine; Magnetic circuit; Milling machine; Repack1? 前言在万能立式铣床上安装一个电磁感应磁性研磨头, 就可 以对零件的平面进行研磨或抛光。铣床的改装工作也很简单, 实际上是根据磁性研磨的工艺要求, 设计一个电磁感应 器, 安装到立式铣床的主轴端部。因此改装磁性研磨机的工作, 主要是设计计算电磁感应器的线圈磁势和线圈等技术参 数。线圈磁势的计算方法有解析法、 磁导法、 图解法等, 本文应用磁导法对线圈磁势进行计算。 2? 改装的磁性研磨机的结构及原理 在万能立式铣床上改装的磁性研磨机磨头部分如图 1所示。电磁感应器 1( 以下简
4、称感应器)用锥柄 4安装到铣床 的主轴上, 通过支架 3 上的集流环和电刷向线圈 2 供电。工件 5 采用电磁吸盘装夹在机床工作台上, 隔磁材料 6 使夹具 底板与工作台绝缘。感应器的端面与工件 5 之间的工作间隙? 通过机床的垂直升降装置调整。图 1? 磁性研磨头结构示意图磁性磨粉是由铁 粉 和 刚 玉 等 磨 料, 按 一定 比例 组成的混合 物, 经 烧 结或粘接的方法制成的研磨 剂, 使 用 时加工成一定粒度的磨粉, 一 般称 磁 性 磨 料 或 磁 性 磨粉。把磁性磨粉撒 到工作 间隙 ? 内,工作与工作台一起 做纵 向往 复 进给,感应器在铣床主轴的带动下做旋转运动, 磁性磨粉在磁
5、场力 作用下跟随感应器一起运动, 从而对工件进行研磨。在研磨过程中可以施加冷却液(5 10% 肥皂液) , 也可以不加冷却 液而干磨。为了防止磨粉飞溅, 在磨头外围加防护罩。改装的磁性研磨机床主要技术参数: 感应器外圆直径?160mm; 工作间隙内的磁感应强度为 0?8 1?2T; 工作间隙 ?= 2?0mm; 感应器的转速为 160 400rpm; 工作台纵向进给速度为 80 300mm/min。 3 ? 感应器线圈磁势的计算3?1? 计算工作间隙磁导 感应器铁心结构简化如图 2 所示, 铁心和磁导体均用20#钢制造, 磁极头在正极极上, 用 45# 钢制造。铁心及磁 导体部分尺寸分别为:
6、中部铁心长( L1)150mm, 外环磁导体图 2? 磁感应器铁心及磁场划分简图长( L2) 125mm, 磁极头 长( L3) 25mm, 水平 段 磁导 体长( L4) 74mm;半径 r1= 40mm, r2= 68mm, r3= 74mm, r4=80mm。为了使研磨部 分磁力线集中, 在磁极上做出 ?= 45 ? 60?的 倒楞。工作间隙磁导的计 算用磁场分割法, 从图 2 上可以看到磁场划分的情况, 将磁极头平面与工件之间的区域, 划分成六个磁通管, 倒角部分 划分单独的磁通管。图 3 是磁通管的等效电路图。根据已知的磁导计算公式, 分步计算出各个磁通管的磁导。3?1?1? S 极
7、上的三个磁通管的磁导, 从圆平面的主磁通管 向外, 依次是:( a). 圆平面的主磁导 G1G1= ?0r2/ ?( ?0? 真空磁导率, ?0= 4? 10- 7H/ m),G1= 2?51?0( b) . 1/4 圆柱体的磁导 G2G2= 0?52L?0?L ? ? 垂直于磁力线方向的磁场长度, 按 1/ 4 圆的重心绕回转中心一周计算, 以下相同。?75? 现场经验 ?G2= 0?13?0(c). 1/4 空心圆筒的磁导 G3 G3= 2?0L/?ln(1+ m/ ?)G3= 0?12?03?1?2? N 极上的五个磁通管的磁导, 从内侧的 1/4 空心圆 筒状磁通管向外, 分别是:(a
8、). 1/ 4空心圆筒的磁导 G4 G4= 2?0L/?ln(1+ m/?)G4= 0?18?0(b) . 1/4 圆柱体的磁导 G5G5= 0?52L?0G5= 0?22?0(c). 环形面的主磁导 G6G6= ?0( r23- r22)/ ? G6= 1?34?0(d) . 1/4 圆柱体的磁导 G7G7= 0?52L?0G7= 0?24?0(e). 倒棱部分的磁导 G8 设倒棱的顶角为 ?= ?/3, 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下式: G8= 6?0 r3- ?ctn?+ 1?33( r4- r3) + 2 ln ( r4- r3)图 3? 磁通管的等效电路图
9、tan?/( 1+ ?) G8= 0?91?0由图 3 所示的磁通管等效电路图, 可以求 出磁路的总磁导 G?:G?= 1/ 1/( G1+G2+ G3)+ 1/( G4+ G5+ G6+ G7+ G8) G?= 1?41?03?2? 计算工作间隙磁 势 F?工作间隙的磁通 ?由下式计算: ?= G?F?(1)式中: F? ? 工作间隙磁势( A )工作间隙的磁通密度 B?由下式计算: B?= G6G?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, 工作间隙的磁通密度 B?= 1?2T。代入( 2) 式计算出工作间
10、隙的磁势为 F?= 7378A。3?3? 计算磁导体的磁势及线圈总磁势 令 SN为磁极头 L3段的平均截面积, 则磁极头 L3段的磁感应强度 BN= B?S1/ SN= 1?21T , 查 45#钢的磁化曲线, 得到磁场强度 H = 3580A/ m, 因而磁势 F3= HL3= 3. 58?103? 25? 10- 3= 89A。 同理, 计算各磁路段的磁感应强度, 并查 20#钢的磁化 曲线, 可依次求得其他磁路段的磁势: F1= 502A, F2= 335A,F4= 70A, 磁路的总磁势即线圈磁势, 为工作间隙的磁势与其他磁路段的磁势之和:F总= F?+ F1+ F2+ F3+ F4=
11、 8374A由上面的计算可以看出, 磁导体部分的磁势仅占总磁势 12% 左右, 因此在估算时, 这部分磁势可以按增加 15% 左右计算。 4 ? 感应器线圈的有关计算4?1? 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= 4?0A/mm2, I = 2?5A, 则线圈匝数 n 为:n= F总/ I = 8374/ 2?5= 3350( 匝) 4?2? 确定线圈截面尺寸先计算导线直径 d: d= 1?13( I/ J)0?5(3)计算结果 d = 0?92, 取为
12、0?96mm( 带漆皮的电磁线) 。 再由下式计算线圈截面尺寸 L、 e:L 、 e= N d( d+ ?/ m) / K(4) 式中: L、 e? ? 线圈的长度和厚度 mm;d? ? 导线直径 mm; ? ? 垫纸的厚度 0?05mm;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 = 25mm, 计 算 得 L = 130mm, 取 为150mm。 4?3? 计算线圈的其他参数计算线圈电阻 R?:R?= 4?DpN ? 10- 2/ d2(5
13、)式中: R? ? 温度 ?时的电阻(? ); Dp? ? 线圈平均直径( cm) ;d? ? 导线直径( mm); ? ? ? 时铜的比电阻( ?mm2/m)?= ?0( 1+ ? ?) , 其中: ?0= 0?016? ?= 1/234?51/ ? 。线圈的工作温度按 90? 计算, 得 ?0= 0?02214, R?= 4?0?02214? 10?8? 3350? 102/0?962= 34?8? 。供给线圈的最大电压 Vm= 2?5? 34?8= 87V, 如果得出 的电压不能满足, 可以在保持线圈总磁势 F总和截面的L 、 e尺寸不变的情况下, 改变线圈导线的直径, 相应地改变线圈
14、匝数 n 和供给的电流I 。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。铁心及磁导体的 截面尺寸要足够大, 避免使之达到磁饱和而降低磁导率。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. 科学与技术出版社, M,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- 4.5? ?电工知识手册?编写组. 电工知识手册. 知识出版社, 1992.?76? 现代机械 ? 2003 年第 3 期 ?
