CN107344302A - 卧式内拉床拉刀刀尖磁性调控方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了卧式内拉床拉刀刀尖磁性调控方法及装置。目前没有考虑如何有效减小拉削刀具刀尖的磁性以及如何提高切削液的作用。本发明方法：向刀齿喷射磁性切削液，对刀齿进行定向磁化；拉刀移动过程中高压脉冲电源产生交流电，驱动电极对已加工过工件的拉刀刀齿放电；高压脉冲电源停止供电，拉刀复位。本发明装置包括切削液喷射装置、高压脉冲电源和电极；切削液喷射装置包括超声电源、节流阀、超声搅拌器、喷头、蛇形管、导管和阀块；超声电源驱动设置在储液箱内的超声搅拌器；喷头向刀齿喷射磁性切削液；高压脉冲电源驱动电极放电。本发明在拉削加工前对刀尖喷射磁性切削液定向增磁，拉刀加工工件后基于高压脉冲电源消磁，使沾屑掉落。
Description
技术领域
本发明涉及拉刀刀尖磁性的调控方法，特别是涉及一种基于高频脉冲电场和雾化喷射作用的卧式内拉床拉刀刀尖磁性调控方法及装置。
背景技术
拉削加工是一种广泛应用于航空航天器械、海洋装备和汽车关键零部件等领域的一种切削工艺，具有加工精度高、加工范围广、生产效率高和操作简便等优点。现有的拉削加工在加工过程中为了提高刀具的耐磨性及润滑度，通常会依赖于切削液雾化作用。虽然这在加工过程中会产生一定的积极作用，但同时也会产生一定的负面效应，影响刀具的加工效果与寿命。
而申请专利号201310670859.9的专利发明公开了一种粉末高温合金的涡轮盘榫槽的拉削加工方法。该方法依据粉末高温合金涡轮盘的材料特性，对拉刀进行优化，优化拉刀的材料以提高拉刀的韧性和抗磨耗性能，优化拉刀的齿升量以提高拉刀的耐磨性、拉削过程的平稳性以及加工精确性，但是该方法的操作复杂，对温度的要求严格而且热处理后得到的粉末高温合金涡轮盘的质量不能得以保证，因此运用该方法后拉削刀具的耐磨性是否会提高将是一个值得探究的问题。专利申请号201220417863.3的专利公开发明了一种切削液料屑回收装置，该装置包括传输机构、储液箱、收集箱等。此装置可把储液箱中切削液所含的金属碎屑由磁排带走，然后通过消磁装置消磁后落到收集箱内，处理后的切削液还可以再利用，可以减少切削液的损耗。如果拉削刀具加工后的粘屑也能得到有效的处理，二者结合，将会大大增加拉削刀具的寿命，提高生产效率。综上所述，目前并没有考虑到如何有效减小拉削刀具刀尖的磁性以及如何提高切削液的作用，也没有出现应用在拉削刀具上的消磁方法及装置等。因此，研制一种拉床拉刀刀尖磁性调控方法及装置，将会为拉削加工行业的发展助一臂之力。
发明内容
本发明针对现有卧式内拉床存在拉刀刀尖易磁化粘屑，且摩擦磨损较大等问题，提供一种拉刀刀尖的磁性调控方法与装置。该发明是一种基于磁性切削液雾化作用，在拉削加工前对刀尖定向增磁的方法；是基于高频脉冲电场，在拉削加工后对刀尖消磁的方法；是一种以稀土永磁微纳颗粒、油(植物油)、表面活化剂和水为切削液原料，经超声乳化制备和气动喷射作用来调控刀尖磁性的方法；是一种在拉刀刀尖施加高频高压脉冲电场作用来调控刀尖磁性的方法；是一种可根据拉削加工需要，磁性可控型切削液超声乳化制备和气动喷射装置；是一种可根据拉刀刀尖消磁需求，频率和电压幅值可调型高压脉冲电场产生与作用装置。
本发明卧式内拉床拉刀刀尖磁性调控方法，包括如下步骤：
步骤一、向刀齿喷射磁性切削液，对拉刀进行清洗的同时，对刀齿进行定向磁化；
步骤二、拉刀开始加工工件；
步骤三、拉刀移动过程中高压脉冲电源产生幅值大于380V且频率大于1kHz的交流电，驱动电极对已加工过工件的拉刀刀齿放电，扰乱拉刀刀齿的磁场，使沾屑不能被磁化，从拉刀刀尖掉落；
步骤四、高压脉冲电源停止供电，拉刀复位。
所述交流电的幅值为500V、频率为5kHz。
所述的磁性切削液包括100份重量份数的以下原料：稀土永磁微纳颗粒1-5份、表面活性剂1-5份、油1-5份、其余为水，其中稀土永磁微纳颗粒、表面活性剂和油所占重量份数相同。
本发明卧式内拉床拉刀刀尖磁性调控装置，包括切削液喷射装置、高压脉冲电源和电极。所述的电极固定在拉床上，且位于已加工过工件的拉刀刀齿两侧；所述的高压脉冲电源驱动电极放电。所述的切削液喷射装置包括超声电源、节流阀、超声搅拌器、喷头、蛇形管、导管和阀块；导管穿过阀块；所述的阀块开设有两端均开放的导气孔，导气孔的侧壁开设入气孔；所述的导管穿过导气孔，入气管道的出气口连通入气孔；导管的入液端侵入盛有磁性切削液的储液箱内，出液端套置蛇形管；蛇形管的入气口连通导气孔远离储液箱的那端，蛇形管的出气口处设有喷头；导管的出液口设置在喷头内；导气孔两端及入气孔外端均设有堵头，入气管道和导管上均设有节流阀。所述的超声电源驱动设置在储液箱内的超声搅拌器。
所述的高压脉冲电源包括桥式整流电路、全桥逆变电路、DSP控制器和电压信号采集电路；220V交流电压通过EMI滤波电路滤除杂波和干扰信号，然后通过桥式整流电路变为直流电压；直流电压通过LC滤波电路滤除谐波成分，将所得母线电压经过压保护电路后为DSP控制器供电；同时，DSP控制器控制驱动电路驱动全桥逆变电路发生全桥逆变，将母线电压变为交流电压，同时滤除谐波成分；全桥逆变及滤除谐波后的交流电压通过谐振检测电路抑制谐振的干扰，最后通过升压变压器升压输出；同时电压信号采集电路将采集到的升压变压器输出电压经隔离及信号调理电路反馈给DSP控制器，DSP控制器控制升压变压器稳定输出电压。DSP控制器与上位机通过串口通信。升压变压器输出的交流电压驱动电极放电。
本发明具有的有益效果：
本发明在拉刀加工工件前基于磁性切削液喷射装置对拉刀刀齿定向增磁，起到润滑，减小磨损的作用；拉刀加工工件后基于高压脉冲电源扰乱拉刀刀尖磁场，使粘屑不能被磁化，粘屑便会从刀齿上掉落，以解决由于加工过程的摩擦和极压，产生附加磁性而粘屑的问题，有效减小拉刀磨损，提高其工作寿命。
附图说明
图1为本发明卧式内拉床拉刀刀尖磁性调控装置的结构结构示意图。
图2为本发明中切削液喷射装置的喷射原理图。
图3为本发明中高压脉冲电源的系统结构框图。
图4为本发明中电极的安装示意图。
附图标记说明：
01-拉床、0101-导套、0102-端板、0103-夹刀装置、0104-溜板、0105-接杆、0106-导向柱、0107-床身、0108-主油缸、02-拉刀、03-工件、04-切削液喷射装置、0401-超声电源、0402-节流阀、0403-超声搅拌器、0404-磁性切削液、0405-刀齿、0406-喷头、0407-蛇形管、0408-导管、0409-阀块、0410-压缩空气、05-高压脉冲电源、0501-EMI滤波电路、0502-桥式整流电路、0503-LC滤波电路、0504-母线电压、0505-过压保护电路、0506-DSP控制器、0507-全桥逆变电路、0508-谐振检测电路、0509-升压变压器、0510-电压信号采集电路、0511-隔离及信号处理电路、0512-上位机、0513-串口、06-电极、07-抱箍、08-固定板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述。
如图1所示，卧式内拉床拉刀刀尖磁性调控方法，包括如下步骤：
步骤一、将拉刀02平放至夹刀装置0103，通过夹刀装置夹持拉刀；且拉刀02嵌入导套0101开设的滑槽内；
步骤二、将工件03套在导套0101上；导套0101通过端板0102固定在床身0107上；
步骤三、切削液喷射装置04通过喷头0406向刀齿喷射磁性切削液，对拉刀刀齿进行定向磁化；
步骤四、拉刀02开始加工工件03；
步骤五、拉刀02移动过程中高压脉冲电源05产生高频高压电场，驱动电极06对已加工过工件03的拉刀02刀齿放电，打乱拉刀刀齿的磁场，使沾屑不能被磁化，从拉刀刀尖掉落；
步骤六、高压脉冲电源停止供电，拉刀02复位。
上述为一次拉削过程，重复步骤一至步骤六可实现多次拉削。
如图1所示，卧式拉床拉刀刀尖磁性调控装置，包括切削液喷射装置04、高压脉冲电源05和电极06。
拉刀02加工工件03之前，切削液喷射装置04通过喷头06向刀齿定向喷射磁性液体，起到润滑和减小刀具磨损的作用。拉床01上主油缸0108的活塞杆通过接杆0105固定溜板0104，溜板0104上夹刀装置0103夹持拉刀02，从而主油缸0108驱动拉刀进行加工，导向柱0106对溜板起导向作用；高压脉冲电源驱动电极对加工过程中已经从工件03内孔穿出的拉刀02刀齿放电，扰乱其磁场，使粘屑不能被磁化，粘屑便会从刀齿上掉落，以解决由于加工过程的摩擦和极压，产生附加磁性而粘屑的问题。
图2即为切削液喷射装置原理示意图，切削液喷射装置包括超声电源0401、节流阀0402、超声搅拌器0403、喷头0406、蛇形管0407、导管0408和阀块0409；阀块0409通过螺钉固定在拉床上，阀块0409开设有两端均开放的导气孔，导气孔的侧壁开设入气孔；导管0408穿过导气孔，入气管道的出气口连通入气孔；导管的入液端侵入储液箱内，出液端套置蛇形管0407；蛇形管0407的入气口连通导气孔远离储液箱的那端，蛇形管0407的出气口处设有喷头0406；导管的出液口设置在喷头内；导气孔两端及入气孔外端均设有用于密封的堵头，入气管道和导管上均设有节流阀0402；启动超声电源0401带动超声搅拌器0403把储液箱内的乳化液搅拌成混合均匀的磁性切削液0404，该磁性切削液包括100份重量份数的以下原料：稀土永磁微纳颗粒(稀土永磁材料制作的微纳米颗粒)1-5份、表面活性剂1-5份、油1-5份、其余为水，其中稀土永磁微纳颗粒、表面活性剂和油所占重量份数相同。本实施例中，稀土永磁微纳颗粒(稀土永磁材料制作的微纳米颗粒)2份、表面活性剂2份、油2份、水94份。0.6-0.8MPa的压缩空气0410依次经入气管道、入气孔和导气孔进入蛇形管，然后由喷头喷出，从而在导管0408中形成真空状态，而导管的入液口有压强作用，磁性切削液0404由于气压差进入导管0408，压缩空气将磁性切削液雾化最终由导管0408的喷头0406定向喷向刀齿0405，入气管道上的节流阀0402控制气体流量，导管上的节流阀0402控制液体流量。
图3即为高压脉冲电源系统原理图。如图3所示，220V交流电压通过EMI滤波电路0501滤除杂波和干扰信号，然后通过桥式整流电路0502变为直流电压；直流电压通过LC滤波电路0503滤除谐波成分，将所得母线电压0504经过压保护电路0505后为DSP控制器0506供电；同时，DSP控制器控制驱动电路0514驱动全桥逆变电路0507发生全桥逆变，将母线电压0504变为交流电压，同时滤除谐波成分；全桥逆变及滤除谐波后的交流电压通过谐振检测电路0508抑制谐振的干扰，最后通过升压变压器0509升压输出；同时电压信号采集电路0510将采集到的升压变压器0509输出电压经隔离及信号调理电路0511反馈给DSP控制器，DSP控制器控制升压变压器0509将输出电压稳定在输出幅值为500V、频率为5kHz。DSP控制器与上位机0512通过串口0513通信。升压变压器0509输出的交流电压驱动电极放电，电极作用刀齿达到消磁的目的。
电极作用于刀齿的示意图如图4所示。电极06通过抱箍07固定在固定板08上，固定板08固定在拉床01上。
本发明在拉刀加工工件前基于磁性切削液喷射装置对拉刀刀齿增磁，起到润滑，减小磨损的作用；拉刀加工工件后基于高压脉冲电源消磁，使沾屑掉落，不影响拉刀的再次使用，有效减小拉刀磨损，提高其工作寿命。
Claims (5)
1.卧式内拉床拉刀刀尖磁性调控方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、向刀齿喷射磁性切削液，对拉刀进行清洗的同时，对刀齿进行定向磁化；
步骤二、拉刀开始加工工件；
步骤三、拉刀移动过程中高压脉冲电源产生幅值大于380V且频率大于1kHz的交流电，驱动电极对已加工过工件的拉刀刀齿放电，扰乱拉刀刀齿的磁场，使沾屑不能被磁化，从拉刀刀尖掉落；
步骤四、高压脉冲电源停止供电，拉刀复位。
2.根据权利要求1所述的卧式内拉床拉刀刀尖磁性调控方法，其特征在于：所述交流电的幅值为500V、频率为5kHz。
3.根据权利要求1所述的卧式内拉床拉刀刀尖磁性调控方法，其特征在于：所述的磁性切削液包括100份重量份数的以下原料：稀土永磁微纳颗粒1-5份、表面活性剂1-5份、油1-5份、其余为水，其中稀土永磁微纳颗粒、表面活性剂和油所占重量份数相同。
4.卧式内拉床拉刀刀尖磁性调控装置，其特征在于：包括切削液喷射装置、高压脉冲电源和电极；所述的电极固定在拉床上，且位于已加工过工件的拉刀刀齿两侧；所述的高压脉冲电源驱动电极放电；所述的切削液喷射装置包括超声电源、节流阀、超声搅拌器、喷头、蛇形管、导管和阀块；所述的阀块开设有两端均开放的导气孔，导气孔的侧壁开设入气孔；所述的导管穿过导气孔，入气管道的出气口连通入气孔；导管的入液端侵入盛有磁性切削液的储液箱内，出液端套置蛇形管；蛇形管的入气口连通导气孔远离储液箱的那端，蛇形管的出气口处设有喷头；导管的出液口设置在喷头内；导气孔两端及入气孔外端均设有堵头，入气管道和导管上均设有节流阀；所述的超声电源驱动设置在储液箱内的超声搅拌器。
5.根据权利要求4所述的卧式内拉床拉刀刀尖磁性调控装置，其特征在于：所述的高压脉冲电源包括桥式整流电路、全桥逆变电路、DSP控制器和电压信号采集电路；220V交流电压通过EMI滤波电路滤除杂波和干扰信号，然后通过桥式整流电路变为直流电压；直流电压通过LC滤波电路滤除谐波成分，将所得母线电压经过压保护电路后为DSP控制器供电；同时，DSP控制器控制驱动电路驱动全桥逆变电路发生全桥逆变，将母线电压变为交流电压，同时滤除谐波成分；全桥逆变及滤除谐波后的交流电压通过谐振检测电路抑制谐振的干扰，最后通过升压变压器升压输出；同时电压信号采集电路将采集到的升压变压器输出电压经隔离及信号调理电路反馈给DSP控制器，DSP控制器控制升压变压器稳定输出电压；DSP控制器与上位机通过串口通信；升压变压器输出的交流电压驱动电极放电。
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