铁基材料磁场辅助加工机床及加工方法技术

一种铁基材料磁场辅助加工机床及加工方法，铁基材料磁场辅助加工机床包括主轴、安装架、金刚石刀具和线圈组件，所述主轴和所述安装架相对设置，所述金刚石刀具安装在所述主轴和所述安装架的其中一者，其余一者用于安装工件，所述线圈组件用于套设在所述工件的外周，所述线圈组件产生磁场，所述金刚石刀具在所述磁场中切削所述工件。通过在工件的外周设置线圈组件，线圈组件通电产生磁场，金刚石刀具在磁场中切削工件，能够较好地抑制了金刚石刀具的石墨化，有效降低了金刚石刀具的磨损，而且成本较低，工艺也较为简单，能够应用于长距离切削。切削。切削。

【技术实现步骤摘要】
铁基材料磁场辅助加工机床及加工方法


[0001]本专利技术属于铁基材料加工
，尤其涉及一种铁基材料磁场辅助加工机床和铁基材料磁场辅助加工方法。

技术介绍

[0002]铁及其合金等铁基材料因为其优良的力学性能而被广泛应用在工业生产中，但因其与碳元素的亲和性，因此在超精密切削中应用金刚石刀具切削铁基材料极易使刀具石墨化。金刚石刀具的石墨化会给锋锐的金刚石刀具带来灾难性的刀具磨损，因此刀具使用寿命大大降低，不仅会因为消耗金刚石带来高昂的加工成本，而且以车代磨加工出光学级镜面使的方案无法实现。
[0003]目前抑制金刚石刀具石墨化的技术手段主要有以下三种：
[0004]①
工件表面渗氮，渗氮工艺是利用在渗氮的过程，氮元素会与铁元素中未配对的d电子产生键合形成化合物，进而降低铁元素与碳元素的亲和性，减弱铁基材料对金刚石刀具石墨化的催化作用。为获得微米级别稳定厚度的渗氮层，工件表面渗氮方案多采用离子渗氮工艺，这有利于在超精密加工中获得光学级镜面的表面粗糙度。虽然采用表面渗氮工艺可以实现工件加工表面粗糙度Ra＜10nm，但渗氮过程的高温所导致的工件不均匀热变形以及渗氮层的复杂性与不均匀性会影响超精密加工精度，渗氮层内氮化物硬点会加大金刚石刀具的磨粒磨损与崩刃。
[0005]②
金刚石刀具离子注入，金刚石刀具离子注入工艺源自于天然金刚石刀具中的杂质元素会对金刚石石墨化产生影响，由此诞生了金刚石元素注入方案。在注入元素选取方面，采用氮离子注入金刚石刀具加工钢材，实验结果表明可以显著提高刀具耐磨性。采用铬离子注入金刚石刀具加工碳钢，但却加重了刀具磨损。采用镓离子注入金刚石刀具加工铁基合金可以获得10nm以下的表面粗糙度，金刚石刀具未见明显磨损，但其加工距离只有50m，无法进行长距离切削。与材料表面渗氮原理相似，金刚石刀具离子注入方案的本质也是为了降低铁元素与碳元素的亲和性，减弱铁基材料对金刚石石墨化的催化作用。离子注入工艺会对金刚石晶格结构会造成永久性损伤，影响金刚石的硬度属性，因此对超精密加工精度方面有负面影响。
[0006]③
超声振动辅助切削，是一种沿切削方向高速振动的一种特种切削技术，其切削钢铁材料试验表明，超声振动辅助金刚石切削黑色金属使金刚石刀具磨损明显减少并提高了工件表面质量。然而，金刚石刀具磨损只是在一定程度上减轻了并非完全得到了抑制，随着切削时间或切削距离的加长，金刚石石墨化和积屑瘤的迹象依然存在。
[0007]因此上述三种方案虽然在一定程度上抑制了金刚石刀具切削铁基材料的磨损，但抑制效果仍然不如人意，且不能应用于长距离切削，均需要复杂的工艺要求和昂贵的设备，导致成本也较高。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种铁基材料磁场辅助加工机床及方法，能够明显地抑制金刚石刀具的磨损，同时成本较低，工艺较为简单，能够应用于长距离切削。
[0009]为实现本专利技术的目的，本专利技术提供了如下的技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供了一种铁基材料磁场辅助加工机床，铁基材料磁场辅助加工机床包括主轴、安装架、金刚石刀具和线圈组件，所述主轴和所述安装架相对设置，所述金刚石刀具安装在所述主轴和所述安装架的其中一者，其余一者用于安装工件，所述线圈组件用于套设在所述工件的外周，所述线圈组件通电产生磁场，所述金刚石刀具在所述磁场中切削所述工件。
[0011]一种实施方式中，所述铁基材料磁场辅助加工机床还包括控制器以及为所述线圈组件通电的电源装置，所述控制器控制所述电源装置输出的电流的强度和方向。
[0012]一种实施方式中，所述控制器控制所述电源装置输入直流电，所述线圈组件产生方向恒定的磁场，以使所述工件内部的未配对电子自旋极化。
[0013]一种实施方式中，所述工件包括加工区域和非加工区域，所述线圈组件套设于所述加工区域，所述控制器控制所述电源装置周期性输入电流，所述线圈组件产生间断的磁场，以使所述加工区域内的磁熵发生变化，并与所述非加工区域发生热传递。
[0014]一种实施方式中，所述控制器控制所述电源装置输入周期性变化的电流，所述线圈组件产生高频磁场，以使所述工件内的电子自旋紊乱。
[0015]一种实施方式中，所述铁基材料磁场辅助加工机床还包括安装件，所述安装件与所述线圈组件连接，且所述安装件带动所述线圈组件跟随所述工件的切削位置同步移动。
[0016]第二方面，本专利技术还提供了一种铁基材料磁场辅助加工方法，铁基材料磁场辅助加工方法包括：
[0017]将金刚石刀具安装在主轴和安装架的其中一者，将工件安装在其余一者，并使所述金刚石刀具和所述工件对位；
[0018]在所述工件的外周设置线圈组件，并将所述线圈组件通电以使所述工件位于磁场中。
[0019]一种实施方式中，在所述工件的外周设置线圈组件，并将所述线圈组件通电以使所述工件位于磁场中，包括：
[0020]设置控制器和电源装置，通过所述控制器控制所述电源装置输出的电流的强度和方向。
[0021]一种实施方式中，设置控制器和电源装置，通过所述控制器控制所述电源装置输出的电流的强度和方向，包括：
[0022]通过所述控制器控制所述电源装置输入直流电，使所述线圈组件产生方向恒定的磁场，以使所述工件内部的未配对电子自旋极化。
[0023]一种实施方式中，所述工件包括加工区域和非加工区域，所述线圈组件套设于所述加工区域；设置控制器和电源装置，通过所述控制器控制所述电源装置输出的电流的强度和方向，包括：
[0024]通过所述控制器控制所述电源装置周期性输入电流，使所述线圈组件产生间断的磁场，以使所述加工区域内的磁熵发生变化，并与所述非加工区域发生热传递。
[0025]一种实施方式中，设置控制器和电源装置，通过所述控制器控制所述电源装置输出的电流的强度和方向，包括：
[0026]通过所述控制器控制所述电源装置输入周期性变化的电流，使所述线圈组件产生高频磁场，以使所述工件内的电子自旋紊乱。
[0027]本专利技术提供的铁基材料磁场辅助加工机床及加工方法，通过在工件的外周设置线圈组件，线圈组件通电产生磁场，金刚石刀具在磁场中切削工件，能够较好地抑制了金刚石刀具的石墨化，有效降低了金刚石刀具的磨损，而且成本较低，工艺也较为简单，能够应用于长距离切削。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1是本专利技术提供的一种实施例提供的安装有工件的铁基材料磁场辅助加工机床的立体结构示意图；
[0030]图2是图1的主轴、主轴箱以及工件的立体结构示意图；
[0031]图3是图1的安装件的立体结构示意图；
[0032]图4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁基材料磁场辅助加工机床，其特征在于，包括主轴、安装架、金刚石刀具和线圈组件，所述主轴和所述安装架相对设置，所述金刚石刀具安装在所述主轴和所述安装架的其中一者，其余一者用于安装工件，所述线圈组件用于套设在所述工件的外周，所述线圈组件通电产生磁场，所述金刚石刀具在所述磁场中切削所述工件。2.如权利要求1所述的铁基材料磁场辅助加工机床，其特征在于，所述铁基材料磁场辅助加工机床还包括控制器以及为所述线圈组件通电的电源装置，所述控制器控制所述电源装置输出的电流的强度和方向。3.如权利要求2所述的铁基材料磁场辅助加工机床，其特征在于，所述控制器控制所述电源装置输入直流电，所述线圈组件产生方向恒定的磁场，以使所述工件内部的未配对电子自旋极化。4.如权利要求2所述的铁基材料磁场辅助加工机床，其特征在于，所述工件包括加工区域和非加工区域，所述线圈组件套设于所述加工区域，所述控制器控制所述电源装置周期性输入电流，所述线圈组件产生间断的磁场，以使所述加工区域内的磁熵发生变化，并与所述非加工区域发生热传递。5.如权利要求2所述的铁基材料磁场辅助加工机床，其特征在于，所述控制器控制所述电源装置输入周期性变化的电流，所述线圈组件产生高频磁场，以使所述工件内的电子自旋紊乱。6.如权利要求1所述的铁基材料磁场辅助加工机床，其特征在于，所述铁基材料磁场辅助加工机床还包括安装件，所述安装件与所述线圈组件连接，且所述安装件带动所述线圈组件跟随所述工件的切削位置同步移动。7.一种铁基材料磁场辅助加工方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国庆，王建鹏，周梦华，陈燕冰，罗通，姜建凯，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：