本发明专利技术公开了一种六自由度可调刀尖聚焦磁场发生装置，包括：三自由度移动平台，用于实现装置3个自由度的运动；磁臂组件，包括对称安装在车刀两侧的两个磁臂，磁臂包括磁铁及磁场聚焦头和可调磁铁夹头，并分为A、B两种，用于在车刀刀尖处产生聚焦磁场；当需要磁臂组件产生垂直磁场时，使用两个磁臂A在车刀刀尖处对称布置；当需要磁臂组件产生平行磁场时，在刀具上方使用磁臂A，下方使用磁臂B，磁臂A尖端处的磁场聚焦头与车刀刀尖处的距离为0.5～5mm可调，磁臂B尖端处的磁铁及磁场聚焦头垂直设置在刀杆下方。本发明专利技术能实现磁感应强度可调的聚焦静磁场在车刀刀尖处多自由度施加。焦静磁场在车刀刀尖处多自由度施加。焦静磁场在车刀刀尖处多自由度施加。
【技术实现步骤摘要】
一种六自由度可调刀尖聚焦磁场发生装置
[0001]本专利技术属于机械加工
，更具体地，涉及一种六自由度可调刀尖聚焦磁场发生装置。
技术介绍
[0002]磁场辅助加工作为一种较新的磁场辅助加工技术，在车削加工中，可在加工区域形成静磁场，提高加工精度、降低加工表面粗糙度、降低刀具磨损等。
[0003]目前，磁场辅助加工研究中采用的静磁场施加方式为使用两块平行板状永磁体，通过两块大面积的平行板永磁体在加工区域整体形成静磁场，并通过支架固定于车床头，两磁铁可在一定范围内调整间距以调节磁场强度。但这种设计存在较多问题：(1)产生的磁场强度太小，可调范围内只能产生0.01T到0.04T的磁场；(2)磁场施加范围过大，不利于实验中控制变量研究磁场的影响；(3)磁场只能沿一个水平方向布置，无法改变角度进行研究。
技术实现思路
[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种六自由度可调刀尖聚焦磁场发生装置，能实现高强度聚焦静磁场在车刀刀尖处多自由度施加。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种六自由度可调刀尖聚焦磁场发生装置，应用于车削中，包括三自由度移动平台和磁臂组件；
[0006]三自由度移动平台，包括安装在切削刀架上的XY串联滑台和Z轴旋转环，用于实现磁臂组件两个平动自由度和一个旋转自由度的移动和定位；
[0007]磁臂组件，包括安装在车刀两侧的两个磁臂，两个磁臂均包括磁铁及磁场聚焦头和具有两个旋转自由度的可调磁铁夹头，并分为A、B两种，在同一磁臂中，磁铁及磁场聚焦头安装在可调磁铁夹头的一端，可调磁铁夹头的另一端通过安装板安装在Z轴旋转环上；工作时，两磁臂中的磁场聚焦头尖端处于同一平面，该平面在车刀刀尖后方0.5～2mm处，用于在车刀刀尖处产生聚焦磁场；
[0008]其中，当所述磁臂组件在车刀刀尖处产生的磁场方向需与刀尖切削方向在XY平面内相互垂直时，使用两个磁臂A对称安装在车刀两侧，且两个磁臂尖端处的磁场聚焦头分别与车刀刀尖处的距离为0.5～5mm；当所述磁臂组件在车刀刀尖处产生的磁场方向需与刀尖切削方向平行时，在车刀上方使用磁臂A，下方使用磁臂B，且磁臂A尖端处的磁场聚焦头与车刀刀尖处的距离为0.5～5mm，磁臂B尖端处的磁铁及磁场聚焦头垂直设置在刀杆下方。
[0009]在其中一个实施例中，所述XY串联滑台的一侧固定在底座上，所述底座通过拉紧件安装在刀架上，所述XY串联滑台的另一侧连接在Z轴旋转环上。
[0010]在其中一个实施例中，当刀尖切削方向朝向Y轴方向且要求磁臂组件在车刀刀尖处形成垂直磁场时，所述六自由度可调刀尖聚焦磁场发生装置的操作方法为：
[0011](1)向Y轴方向调节XY串联滑台，使两个磁臂A中的磁场聚焦头向Y轴方向远离刀具
5～10mm；
[0012](2)手动调节两个磁臂A中的可调磁铁夹头角度和伸出长度，使两个磁臂A中的磁场聚焦头尖端的连线与待加工平面平行，且该平面位于刀尖后方0.5～2mm，两个磁场聚焦头尖端距离刀尖0.5～5mm；
[0013](3)沿Y轴调节XY串联滑台，使两个磁臂A中的磁场聚焦头聚焦中心置于刀尖处；
[0014](4)确保XY串联滑台与Z轴旋转环锁紧无松动以及两个磁臂中的磁铁与可调磁铁夹头装紧无松动。
[0015]在其中一个实施例中，当刀尖切削方向向Y轴正向且要求磁臂组件在车刀刀尖处形成平行磁场时，所述六自由度可调刀尖聚焦磁场发生装置的操作方法为：
[0016](1)松开所述磁臂B中的磁铁，然后向X轴方向调节XY串联滑台，使磁臂B中的磁场聚焦头在X轴方向对准刀杆并卡在刀杆上，从而使得磁臂B中的磁铁及磁场聚焦头自然吸附于刀杆下方；
[0017](2)调节磁臂A和B中的磁场聚焦头尖端处于同一平面，且该平面在刀尖后方0.5～2mm处，然后将磁臂A中的磁铁和可调磁铁夹头固定；
[0018](3)向Y轴方向调节XY串联滑台，使磁臂A中的磁场聚焦头与刀尖距离0.5～5mm，调整好后将磁臂B中的磁铁固定在该磁臂中的可调磁铁夹头上；
[0019](4)确保XY串联滑台与Z轴旋转环锁紧无松动以及两个磁臂中的磁铁与可调磁铁夹头装紧无松动。
[0020]在其中一个实施例中，两个磁臂中的磁铁及磁场聚焦头均采用钕铁硼永磁体及圆柱斜切形坡莫合金磁场聚焦头。
[0021]在其中一个实施例中，所述Z轴旋转环和两个磁臂中的可调磁铁夹头均采用铝合金件材料制成。
[0022]在其中一个实施例中，所述底座和安装板均采用钢件材料制成。
[0023]在其中一个实施例中，所述XY串联滑台的一侧通过4个M3螺钉固定在底座上。
[0024]在其中一个实施例中，所述Z轴旋转环通过4个M3螺钉安装在XY串联滑台上。
[0025]在其中一个实施例中，在同一磁臂中，可调磁铁夹头的另一端通过M4螺钉安装在安装板上，所述安装板通过M4螺钉安装在Z轴旋转环上。
[0026]本专利技术提供的六自由度可调刀尖聚焦磁场发生装置，具有如下效果：(1)可实现多角度连续可调磁场施加，使磁场辅助加工实验可尝试更多潜在的更优磁场辅助角度，更大程度上发挥磁场辅助的优势，另外，可靠的角度调节机构为实验保证可重复性，提高实验可信度；(2)通过磁场聚焦可提高磁通的利用率，聚焦头与刀尖距离1mm左右的情况下，刀尖磁感应强度达到0.5T，可研究的磁感应强度提高10倍以上，得使磁场辅助加工研究的可研究磁场强度突破0.04T，使磁场辅助加工实验可尝试更多潜在的更优磁场辅助强度，更大程度上发挥磁场辅助的优势；(3)与传统磁场辅助设备相比，采用磁场聚焦的方式可有效缩小磁场施加范围，利于在研究中控制变量，提高实验可信度；(4)降低了辅助装置的体积和重量，且安装于刀架，可减小对机床动态性能的影响；(5)模块化设计，可安装多种刀尖辅助设备。
附图说明
[0027]图1是本专利技术一实施例提供的底座安装在刀架上的结构示意图；
[0028]图2是本专利技术提供的XY串联滑台安装在图1中底座上的结构示意图；
[0029]图3是本专利技术提供的Z轴旋转环安装在图3中XY串联滑台上的结构示意图；
[0030]图4是本专利技术提供的六自由度可调刀尖聚焦磁场发生装置在车刀刀尖区域产生的聚焦磁场的磁路示意图；图中V
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表示车尖切削方向，根据切削方向和磁场方向的位置关系，分为垂直磁场(a)和平行磁场(b)；
[0031]图5是本专利技术一实施例提供的施加垂直磁场时六自由度可调刀尖聚焦磁场发生装置的结构示意图；
[0032]图6是本专利技术一实施例提供的施加平行磁场时六自由度可调刀尖聚焦磁场发生装置的结构示意图；
[0033]图7是本专利技术一实施例提供的两磁臂A中的安装板安装在图3中Z轴旋转环上的结构示意图；
[0034]图8是本专利技术提供的两磁臂A中磁铁及磁场聚焦头和可调磁铁夹头安装在图7中安装板上的结构示意图；
[0035]图9是本专利技术一实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种六自由度可调刀尖聚焦磁场发生装置，应用于切削加工中，其特征在于，包括三自由度移动平台和磁臂组件；三自由度移动平台，包括安装在切削刀架上的XY串联滑台和Z轴旋转环，用于实现磁臂组件两个平动自由度和一个旋转自由度的移动和定位；磁臂组件，包括安装在车刀两侧的两个磁臂，两个磁臂均包括磁铁及磁场聚焦头和具有五个旋转自由度的可调磁铁夹头，并分为A、B两种，在同一磁臂中，磁铁及磁场聚焦头安装在可调磁铁夹头的一端，可调磁铁夹头的另一端通过安装板安装在Z轴旋转环上；工作时，两磁臂中的磁场聚焦头尖端处于同一平面，用于在车刀刀尖处产生聚焦磁场，该平面根据不干涉原则调节至与加工平面间距0.5～2mm处，根据实际加工工件形状，位于车刀刀尖后方一定距离以避免干涉；其中，当所述磁臂组件在车刀刀尖处产生的磁场方向需与刀尖切削方向在XY平面内相互垂直时，使用两个磁臂A对称安装在车刀两侧，且确保两个磁臂末端处的磁场聚焦头与工件距离一定安全距离；当所述磁臂组件在车刀刀尖处产生的磁场方向需与刀尖切削方向平行时，在车刀上方使用磁臂A，下方使用磁臂B，且磁臂A尖端处的磁场聚焦头与车刀刀尖处的距离为0.5～5mm，磁臂B尖端处的磁铁及磁场聚焦头垂直设置在刀杆下方。2.根据权利要求1所述的六自由度可调刀尖聚焦磁场发生装置，其特征在于，所述XY串联滑台的一侧固定在底座上，所述底座通过拉紧件安装在刀架上，所述XY串联滑台的另一侧连接在Z轴旋转环上。3.根据权利要求2所述的六自由度可调刀尖聚焦磁场发生装置，其特征在于，当刀尖切削方向向Y轴方向且要求磁臂组件在车刀刀尖处形成垂直磁场时，所述六自由度可调刀尖聚焦磁场发生装置的操作方法为：(1)向Y轴方向调节XY串联滑台，使两个磁臂A中的磁场聚焦头向Y轴方向远离刀具5～10mm；(2)手动调节两个磁臂A中的可调磁铁夹头角度和伸出长度，使两个磁臂A中的磁场聚焦头尖端的连线与待加工平面平行，且该平面位于刀尖后方0.5～2mm，两个磁场聚焦头尖端距离刀尖0.5～5mm；(3)沿Y轴...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖峻峰，张琛，许剑锋，张建国，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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