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磁性磨粒光整加工设备的设计开发

吴维安  
【摘要】:磁性磨粒光整加工是利用磁性磨粒在磁场作用下所产生的研磨压力实现对工件表面光整加工的一种新工艺。这种技术以其良好的柔性、自适应性、自锐性等突出的加工优点,在制药业、航空航天业、精密仪器和精密量具等行业有广阔的应用前景。 磁性磨粒光整加工设备是实现光整加工的重要工具。但是目前的大部分磁性磨粒光整加工设备,主要是通过普通机床改装而成,其体积较大,很多工艺参数不方便调整。 影响磁性磨粒光整加工的工艺参数有加工区域磁感应强度、工件材质、加工间隙、磁极头形状、工件的回转速度、轴向振动、纵向进给速度等。本文在考虑上述工艺参数基础上,在仿真软件ANSYS中进行了电磁场的模拟分析,在三维软件Solidworks中进行了磁性磨粒光整加工设备的实体建模,完成了以下主要工作: 1.通过磁路理论计算,设计出适合小型轴类零件的磁场发生装置。其中电磁线圈取N=5000匝(每边线圈为2500匝),加工工件为45钢,励磁电流I=1A时,得到中间截面处的磁感应强度B≈1.74T。 2.通过ANSYS仿真软件的二维矢量模拟分析了磁场发生装置中间截面的电磁场分布情况:在加工区域,加工导磁材料的磁力线比较密集,加工非导磁材料的磁力线分布稀疏;加工导磁材料45钢时,加工区域内的磁感应强度B基本维持在1.0T左右,最大超不过1.3T,达到了磁场强度B=0.8T~1.2T的设计要求。 3.通过ANSYS仿真软件的三维矢量模拟分析,对装置中结构尺寸进行了改进。改进后的装置,在铁芯固定线圈的轴肩处,磁感应强度值明显减弱,磁力集中现象也得到改善。加工材料相同的情况下,磁感应强度基本在0.7T-1.5T,最大可达1.7T。 4.设计出了对称双偏心轮式的振动装置,该装置能保证两偏心轮准确地同步反向运动,它比曲柄滑块机构性能更优越。 5.设计出了滑动丝杠螺母传动副式的进给传动系统和可调式的主轴系统,通过变频调速电机完成进给速度和工件回转速度的调节,通过滑动丝杠螺母副传动调节主轴位置。 本文设计出的磁性磨粒光整加工设备,可用于加工机理方面的研究探讨。通过实验,找出影响磁性磨粒光整加工效果的工艺参数之间的关系,找出合理的磨粒光整加工参数。这样的设备是比较有价值的。当磁性磨粒光整加工技术发展成熟时,将这种设备应用到实践生产中,会有很大的经济效益和社会效益。


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