一种长圆管内表面加工设备及工艺

摘要

一种长圆管内表面加工设备及工艺属于特种加工技术领域范畴。其特征在于是一种定子式磁场发生器产生的旋转磁场与圆管工件内腔的转子珩磨头产生电磁作用，通过电磁作用转子珩磨头随旋转磁场旋转和移动，使转子珩磨头与静止的工件产生非机械驱动方式的相对运动，通过使用不同转子珩磨头即可实现圆管零件内表面的粗加工和精加工，尤其是对长度较长、直径较大圆管零件内孔表面的加工有很高的效率及良好的加工效果。其优点在于：实现了长度较长、直径较大圆管零件内孔表面的粗加工和精加工，全面地有效地解决了生产实际中由于零件结构本身的特殊性不宜做高速旋转运动的长圆管内表面加工难的问题，设备结构简单，成本低，该技术具有较高的使用价值。

权利要求

1.一种长圆管内表面加工设备，其特征在于是一种定子式旋转磁场驱动转子珩磨头加工长圆管内表面的设备，该设备由床身(1)、机床工作台(2)、丝杠螺母进给机构(3)、滑台(4)、定子式磁场发生器(5)、转子珩磨头(6)、圆管零件(7)、螺柱(8)、变频器(9)、调节螺母(10)及V型定位块(11)组成，其中转子珩磨头(6)由松紧杆(12)、顶紧弹簧(13)、连接轴(14)、支撑轮毂(15)、支撑轮毂外套(16)、磨块支架(17)、磨块(18)、转子铁心(19)和永磁铁(20)组成，定子式磁场发生器(5)固定于滑台(4)上，滑台(4)放置在机床工作台(2)的导轨上，并能沿导轨纵向移动，机床工作台(2)固定于床身(1)上，圆管零件(7)穿过定子式磁场发生器(5)在V型定位块(11)上定位夹紧，并通过调节螺母(10)调节圆管零件(7)的中心高度使其与磁场发生器(5)同轴；在定子式磁场发生器(5)的三相对称绕组中通以三相对称交流电流产生空间旋转合成磁场，转子珩磨头(6)位于圆管零件(7)内腔并处于定子式磁场发生器(5)所产生的空间旋转合成磁场中。

2.权利要求1所述的一种长圆管内表面加工设备的工艺，其特征在于是一种定子式磁场发生器产生的旋转磁场与圆管工件内腔的转子珩磨头产生电磁作用，通过电磁作用转子珩磨头随旋转磁场旋转和移动，使转子珩磨头与静止的工件产生非机械驱动方式的相对运动，实现长度较长和直径较大圆管零件内孔表面的粗加工和精加工的工艺，具体加工的工艺步骤为：Ⅰ、工件的装夹

首先将圆管零件(7)穿过定子式磁场发生器(5)在V型定位块(11)上定位夹紧，并通过调节螺母(10)调节圆管零件(7)的中心高度使其与磁场发生器(5)同轴，完成工件的装夹；

Ⅱ、磁性粗珩磨

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将装有80 ～120 磨块的转子珩磨头(6)放入圆管零件(7)内腔，定子式磁场发生器(5)的三相对称绕组通以三相对称交流电流，频率调为35～45HZ，转子珩磨头(6)将随旋转磁场以1050r/min～1200r/min的速度旋转，丝杠螺母进给机构(3)使定子式磁场发生器(5)沿轴向以3～6m/min的速度移动实现转子珩磨头(6)的纵向进给，完成长圆管内表面的磁性粗珩磨；

Ⅲ、磁性精珩磨

# #

将装有120 ～200 磨块的转子珩磨头(6)放入圆管零件(7)内腔，定子式磁场发生器(5)的三相对称绕组通以三相对称交流电流，频率调为40～50HZ，转子珩磨头(6)将随旋转磁场以1200r/min～1500r/min的速度旋转，丝杠螺母进给机构(3)使定子式磁场发生器(5)沿轴向以0.5～4m/min的速度移动实现转子珩磨头(6)的纵向进给，经过双行程加工可以使圆管零件(7)内表面的粗糙度值达到Ra0.63～0.08μm。

说明书

一种长圆管内表面加工设备及工艺

技术领域

[0001] 本发明一种长圆管内表面加工设备及工艺属于特种加工技术领域范畴。具体来讲，涉及电机设计技术、电磁技术、转子珩磨头制作技术、磨削加工技术、振动技术等。本发明适应于加工长圆管工件的内表面。

背景技术

[0002] 随着生产技术的提高，人们对零件表面质量的要求越来越高，比如在半导体生产过程中，对输送各种高纯度气体的不锈钢管内孔表面质量就有很高的要求，特别是实际生产中还有一些长圆管零件(如物流管道)，由于零件结构本身的特殊性不宜做高速旋转运动，其内孔表面的加工比较困难，目前尚无有效解决方法。现有的长圆管内表面加工技术主要有磁力研磨、挤压珩磨。磁力研磨的磁刷虽然为柔性的，有较强的自适应能力，但属于光整加工范畴，郭燕莹，张银喜.磁性研磨的加工特性.太原工业大学学报.1997(9)、徐立军，王文，杨诚.磁力研磨加工技术综述.组合机床与自动化加工技术，2003(1)、张银喜、丁艳红.热压烧结法制备磁性磨料.00136573中均有详细描述，方建成，金洙吉，徐文骥，周锦进.旋转磁场磁粒光整加工研究.中国机械工程.2001(11)一文中的试验数据显示磁力研磨十五分钟的去除量仅为45mg，磨料的磨削能力较小，难以加工比较粗糙的内孔表面；挤压珩磨的流体磨料为粘弹性的，也是柔性的，根据粘弹性力学，适用于加工异形复杂孔道，对于孔径小于20mm、孔道长大于1000mm时，流体的压力梯度太小，难以形成有效的加工作用，德国MicroStream Technologies GmbH公司.磨粒流加工工艺.航空制造技术.2005(12)一文中描述到对于内径较大的工件，流体在孔道中难以形成压力梯度，需要增加一个中心轴，使磨料通过中心轴与内孔径之间形成的狭小空隙来达到有效加工目的，因此难以适应长圆管工件的内表面的加工，并且上述两种加工工艺加工量太小，只适用于光整加工。所以急需高效的长圆管零件内表面加工方法。

发明内容

[0003] 本发明一种长圆管内表面加工设备及工艺目的在于：为了解决上述现有的长圆管零件内表面加工难的问题，从而公开一种由定子式磁场发生器产生的旋转磁场驱动转子珩磨头，而工件静止不动，使工件与转子珩磨头间产生非机械驱动方式的相对运动，实现圆管零件内表面的粗加工和精加工，尤其是对长度较长、直径较大圆管零件内孔表面的加工。

[0004] 本发明一种长圆管内表面加工设备，其特征在于是一种定子式旋转磁场驱动转子珩磨头加工长圆管内表面的设备，该设备由床身1、机床工作台2、丝杠螺母进给机构3、滑台4、定子式磁场发生器5、转子珩磨头6、圆管零件7、螺柱8、变频器9、调节螺母10及V型定位块11组成，其中转子珩磨头6由松紧杆12、顶紧弹簧13、连接轴14、支撑轮毂15、支撑轮毂外套16、磨块支架17、磨块18、转子铁心19和永磁铁20组成，定子式磁场发生器5固定于滑台4上，滑台4放置在机床工作台2的导轨上，并能沿导轨纵向移动，机床工作台2固定于床身1上，圆管零件7穿过定子式磁场发生器5在V型定位块11上定位夹紧，并通过调节螺母10调节圆管零件7的中心高度使其与磁场发生器5同轴；在定子式磁场发生器5的三相对称绕组中通以三相对称交流电流产生空间旋转合成磁场，转子珩磨头6位于圆管零件7内腔并处于定子式磁场发生器5所产生的空间旋转合成磁场中。

[0005] 应用上述一种长圆管内表面加工设备的工艺，其特征在于是一种定子式磁场发生器产生的旋转磁场与圆管工件内腔的转子珩磨头产生电磁作用，通过电磁作用转子珩磨头随旋转磁场旋转和移动，使转子珩磨头与静止的工件产生非机械驱动方式的相对运动，实现长度较长和直径较大圆管零件内孔表面的粗加工和精加工的工艺，具体加工的工艺步骤为：

[0006] Ⅰ、工件的装夹

[0007] 首先将圆管零件7穿过定子式磁场发生器5在V型定位块11上定位夹紧，并通过调节螺母10调节圆管零件7的中心高度使其与磁场发生器5同轴，完成工件的装夹；

[0008] Ⅱ、磁性粗珩磨

[0009] 将装有80#～120#磨块的转子珩磨头6放入圆管零件7内腔，定子式磁场发生器5的三相对称绕组通以三相对称交流电流，频率调为35～45HZ，转子珩磨头6将随旋转磁场以1050r/min～1200r/min的速度旋转，丝杠螺母进给机构3使定子式磁场发生器5沿轴向以3～6m/min的速度移动实现转子珩磨头6的纵向进给，完成长圆管内表面的磁性粗珩磨；

[0010] Ⅲ、磁性精珩磨

[0011] 将装有120#～200#磨块的转子珩磨头6放入圆管零件7内腔，定子式磁场发生器5的三相对称绕组通以三相对称交流电流，频率调为40～50HZ，转子珩磨头6将随旋转磁场以1200r/min～1500r/min的速度旋转，丝杠螺母进给机构3使定子式磁场发生器5沿轴向以0.5～4m/min的速度移动实现转子珩磨头6的纵向进给，经过双行程加工可以使圆管零件7内表面的粗糙度值达到Ra0.63～0.08μm；

[0012] 本发明一种长圆管内表面加工设备及工艺的优点在于：利用定子式磁场发生器产生的旋转磁场与圆管工件内腔的转子珩磨头产生电磁作用，通过电磁作用转子珩磨头随旋转磁场旋转和移动，使转子珩磨头与静止的工件产生非机械驱动方式的相对运动，实现圆管零件内表面的加工，尤其是对长度大于1000mm、直径大于30mm圆管零件内孔表面的加工有很高的效率及良好的加工效果，从而解决了由于零件结构本身的特殊性不宜做高速旋转运动的长圆管内表面加工难的生产实际问题。有益效果是不但实现了长圆管内表面的粗加工，而且解决了长圆管内表面的精加工。该技术可以全面有效地对内表面进行粗加工及精加工，有效降低零件的表面粗糙度值，从而大幅度提高零件的使用性能。

附图说明

[0013] 图1磁性珩磨加工原理图

[0014] 图中的标号为：

[0015] 1、床身 2、机床工作台 3、丝杠螺母进给机构 4、滑台 5、定子式磁场发生器6、转子珩磨头 7、圆管零件 8、螺柱 9、变频器 10、调节螺母 11、V型定位块[0016] 图2转子珩磨头示意图

[0017] 图中的标号为：

[0018] 12、松紧杆 13、顶紧弹簧 14、连接轴 15、支撑轮毂 16、支撑轮毂外套17、磨块支架 18、磨块 19、转子铁心 20、永磁铁具体实施方式：

[0019] 实施方式1：

[0020] Ⅰ、工件的装夹

[0021] 结合附图1，具体来进一步阐述，圆管零件7是如何实现装夹的。首先将内腔具有氧化皮的φ108×4长3m不锈钢圆管零件7穿过定子式磁场发生器5在V型定位块11上定位夹紧，并通过调节螺母10调节圆管零件7的中心高度使其与磁场发生器5同轴，完成工件的装夹；

[0022] Ⅱ、磁性粗珩磨

[0023] 结合附图1、附图2，具体来进一步阐述，圆管零件7内表面是如何实现磁性粗珩磨#的。将装有80 的棕刚玉磨块的转子珩磨头6放入圆管零件7内腔，具体操作如下：转动松紧杆12，顶紧弹簧13被压，磨块支架17和磨块18内移，转子珩磨头6被轻松放入圆管零件
7内腔，松开松紧杆12，顶紧弹簧13回复，磨块支架17和磨块18外移，磨块18在弹簧力的作用下被紧紧压在圆管零件7内壁；定子式磁场发生器5的三相对称绕组接通三相对称交流电流，频率调为35HZ，转子珩磨头6将随旋转磁场以1050r/min的速度旋转，丝杠螺母进给机构3使定子式磁场发生器5沿轴向以6m/min的速度移动实现转子珩磨头6的纵向进给；双行程加工后可以去除圆管零件7内表面的氧化皮及毛坯缺陷。

[0024] Ⅲ、磁性精珩磨

[0025] 结合附图1、附图2，具体来进一步阐述，圆管零件7内表面是如何实现磁性精珩磨的。磁性粗珩磨工序后，转动松紧杆12，取出转子珩磨头6，将转子珩磨头6上的磨块换成粒#度为120 的棕刚玉磨块，再将转子珩磨头6放入圆管零件7内腔，定子式磁场发生器5的三相对称绕组接通三相对称交流电流，频率调为40HZ，转子珩磨头6将随旋转磁场以1200r/min的速度旋转，丝杠螺母进给机构3使定子式磁场发生器5沿轴向以4m/min的速度移动实现转子珩磨头6的纵向进给；经过双行程加工可以使圆管零件7内表面的粗糙度值达到Ra0.63μm。

[0026] 实施方式2：

[0027] Ⅰ、工件的装夹

[0028] 同实施方式1；

[0029] Ⅱ、磁性粗珩磨

[0030] 转子珩磨头6上的磨块选用100#棕刚玉磨块，定子式磁场发生器5的三相对称绕组接通三相对称交流电流，频率调为40HZ，转子珩磨头6将随旋转磁场以1200r/min的速度旋转，丝杠螺母进给机构3使定子式磁场发生器5沿轴向以4m/min的速度移动实现转子珩磨头6的纵向进给；双行程加工后可以去除圆管零件7内表面的毛坯缺陷及氧化皮，其它同实施方式1；

[0031] Ⅲ、磁性精珩磨

[0032] 转子珩磨头6上的磨块选用160#棕刚玉磨块，定子式磁场发生器5的三相对称绕组接通三相对称交流电流，频率调为45HZ，转子珩磨头6将随旋转磁场以1350r/min的速度旋转，丝杠螺母进给机构3使定子式磁场发生器5沿轴向以2m/min的速度移动实现转子珩磨头6的纵向进给；经过双行程加工可以使圆管零件7内表面的粗糙度值达到Ra0.20μm，其它同实施方式1；

[0033] 实施方式3：

[0034] Ⅰ、工件的装夹

[0035] 同实施方式1；

[0036] Ⅱ、磁性粗珩磨

[0037] 转子珩磨头6上的磨块选用120#棕刚玉磨块，定子式磁场发生器5的三相对称绕组接通三相对称交流电流，频率调为45HZ，转子珩磨头6将随旋转磁场以1350r/min的速度旋转，丝杠螺母进给机构3使定子式磁场发生器5沿轴向以3m/min的速度移动实现转子珩磨头6的纵向进给；双行程加工后可以去除圆管零件7内表面的毛坯缺陷及氧化皮，其它同实施方式1；

[0038] Ⅲ、磁性精珩磨

[0039] 转子珩磨头6上的磨块选用200#棕刚玉磨块，，定子式磁场发生器5的三相对称绕组接通三相对称交流电流，频率调为50HZ，转子珩磨头6将随旋转磁场以1500r/min的速度旋转，丝杠螺母进给机构3使定子式磁场发生器5沿轴向以0.5m/min的速度移动实现转子珩磨头6的纵向进给；经过双行程加工可以使圆管零件7内表面的粗糙度值达到Ra0.08μm，其它同实施方式1。