一種磁射流光整加工裝置的制作方法

專利名稱：一種磁射流光整加工裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及不規則工件的表面精加工技術領域，具體地說涉及一種磁射流光 整加工裝置。
背景技術：
傳統的研磨拋光在應用上有很大的限制，隨著精度要求的提高和技術的突破，20 世紀80年代，計算機控制光學表面成形技術(簡稱CCOS技術)的出現大大提高了光學零件 的表面光整加工。20世紀90年代后期，美國Rochester大學光學技術中心的W. Kordonski， V. Prokhorov及合作者把磁流變精整加工(MRF)應用到光學零件的加工中，MRF克服了傳 統光學光整加工技術的許多限制，其切入量非常小，且加工的表面潔凈、無刮傷，成為當時 一種可控的確定性加工技術。QED公司的Kordonski等人的研究，提出磁射流拋光技術的第 一個專利，以及后來的國防科技大學的張學成等人的磁射流拋光技術研究從而實現了磁射 流技術的加工應用，在這些研究的基礎上開始實現了磁射流拋光技術的應用。磁射流拋光技術將磨料射流技術和磁流變效應結合起來，同時也可以突破導磁性 材料的加工和復雜不規則曲面的加工，尤其是鼻椎體工件的加工，其去除函數相對較穩定， 被稱為一種確定性的光整加工技術，有確定的加工去除函數，可以較好的控制加工路徑，實 現面形誤差為幾十納米和表面粗糙度達到數埃的精密表面，穩定性較好，應用范圍較廣，且 磁流變液可以循環使用，減少了磨具磨損。已有的磁流變拋光技術和磁射流拋光技術所針對的加工對象主要為光學零件或 者玻璃零件，在加工對象以及加工裝置方面少有突破。對于磁流變液的控制和實現方法仍 有限制，未能取得滿意的效果。
發明內容本實用新型要克服已有的磁流變拋光技術和磁射流拋光技術不能針對導磁性材 料進行加工的不足，提供一種能夠對導磁性材料進行精整加工的磁射流光整加工裝置。本實用新型的技術方案是一種磁射流光整加工裝置，包括機床，所述的機床的主軸上連接有使機床實現X 軸、y軸、ζ軸運動的軸動裝置，所述的軸動裝置與用于提供磁場的磁場發生裝置相連，所 述的磁場發生裝置中的電磁線圈的內部設有用于噴射磁流變液并使其形成射流束的噴嘴， 所述的噴嘴的入口通過磁流變液管與一回收裝置相連，所述的噴嘴的出口的正下方設有置 于防護罩中的待加工工件，所述的防護罩固定在所述的機床的操作平臺上；所述的回收裝 置包括容納磁流變液的收容器，所述的收容器內設有伸入所述的磁流變液的電動攪拌器和 冷卻絲，其特征在于所述的噴嘴的出口伸入所述的電磁線圈的長度的1/2處，所述的電磁 線圈在所述的噴嘴的下方的內側套有空心圓柱形純鐵，所述的電磁線圈的外部設有磁屏蔽 體。進一步，所述的噴嘴為高磁導性材料。[0009]進一步，所述的磁屏蔽體為多層具有高磁導率的硅鋼片。進一步，所述的防護罩的底部設有與所述的收容器相通的回流管，所述的回流管 通過一過濾器伸入所述的收容器內。進一步，所述的收容器內還設有一溫度計。進一步，所述的磁流變液管的管路上裝有隔膜泵。進一步，所述的電磁線圈的中心軸線和所述的噴嘴的中心軸線在同軸上。使用時，機床采用普通雕刻機，可以實現電腦精確控制三維定位，實現X軸、y軸、Z 軸運動，并根據工件的加工特性來對機床進行控制加工路徑來實現。機床的主軸可用雕刻 機的MACH程序來實現運動。加入磨粒的磁流變液在收容器中通過電動攪拌器充分攪拌，經 過隔膜泵的吸入，從具有加入外磁場的噴嘴中噴出，噴嘴周圍的電磁線圈通電以后產生平 行于射流束方向的磁場，使磁流變液中的鐵磁性顆粒形成縱向的磁性鏈，可以穩定射流束 并準直地噴射到工件表面。按照機床本身對機床的主軸編制的程序運作，可以對操作平臺 進行手工操作，以輔助工件加工，按照加工工件的加工精度確定加工時間。噴射到工件表面 的磁流變液失去磁場作用，變成牛頓流體狀態，并在重力作用下，流到防護罩中。流入防護 罩的磁流變液，經由回流管回流到回收裝置的收容器中，回收裝置在回收之前通過回流管 中的過濾器進行過濾，濾掉加工過程中產生的碎屑，同時避免加工磨削影響磁流變液的加 工效果。磁流變液在加工過程中與工件之間的相互作用會使其升溫，所以采用冷卻絲進行 冷卻，經過攪拌器充分攪拌后的磁流變液要用溫度計進行測溫，以保證給冷卻絲以合適的 溫度，然后合適粘度和合適溫度的磁流變液再經過隔膜泵進行循環加工。加工過程中，通過改變電磁線圈中的電流的大小來改變外加磁場的大小，并調節 隔膜泵的出口壓力來調節噴嘴中射流束的出口速度，可以使用高頻相機來拍攝射流束的情 況，確定其速度并加以控制，從而使得工件表面的壓力適當，控制工件的加工效果和去除效 率。同時工件的固定可以采用真空吸盤來實現，也可以通過相應的夾具來實現。為了便于 隔膜泵在收容器里吸取磁流變液，可以在吸入口部分使用碗裝吸入口，以免使用過程中的 堵塞。磁場發生裝置如附圖2所示，要保證通過噴嘴的穩直的射流束，采用高導磁性材 料制成的噴嘴，并保證噴嘴的出口在整個電磁線圈長度的1/2處左右，在電磁線圈內部充 當鐵芯，可以更好的集中磁場強度，并減小電磁線圈的體積。電磁線圈采用馬步式繞法，實 現均勻磁場，同時電磁線圈在所述的噴嘴的下方的內側套有空心圓柱形純鐵，充當部分鐵 芯功能，由于純鐵具有較高的導磁性，保證電磁線圈提供一個盡量均勻的磁場，而電磁線圈 需要一個基本支架的支撐，噴嘴還充當電磁線圈的部分鐵芯，來提高電磁線圈的磁場強度。 電磁線圈的匝數、導線直徑、線圈外徑、內徑、高度等都是根據電磁鐵設計而完成的。電磁 線圈外圍設有的多層高磁導率硅鋼片制成的磁屏蔽體即可以有效防止待加工工件被磁化， 在同樣的電流下成倍的抬高電磁線圈產生的磁場強度，又可以使電磁線圈免受磁流變液侵 蝕，便于磁流變液的回收，是實現導磁性材料加工的關鍵。磁屏蔽體的固定和工件之間的連 接通過緊固螺釘來實現。整個磁場發生裝置是根據加工所需要的磁場強度來設計的，適用 性較強。本實用新型具有如下優點(1)磁場發生裝置中的噴嘴采用高導磁性材料制成，在電磁線圈內部充當鐵芯，可以減小電磁線圈的體積，并使磁場集中于噴嘴出口處，更好的約束射流束。(2)電磁線圈的上端部的內側套有的空心圓柱形純鐵，充當部分鐵芯功能，基本實 現均勻磁場的要求，保證磁場發生裝置可以提供足夠的磁場強度。(3)電磁線圈外圍設有的多層高磁導率硅鋼片制成的磁屏蔽體可以有效防止待加 工工件被磁化，影響加工效果，且在同樣的電流下成倍的抬高電磁線圈產生的磁場強度。(4)磁屏蔽體的外圍的防護罩，用于磁流變液的回收。

圖1是本實用新型的結構示意圖。圖2是磁場發生裝置的剖視圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明參照圖1-圖2，本實用新型所述的一種磁射流光整加工裝置，包括機床1，所述的 機床1的主軸11上連接有使機床1實現X軸、y軸、Z軸運動的軸動裝置12，所述的軸動裝 置12與用于提供磁場的磁場發生裝置2相連，所述的磁場發生裝置2中的電磁線圈M的 內部設有用于噴射磁流變液6并使其形成射流束61的噴嘴21，所述的噴嘴21的入口通過 磁流變液管62與一回收裝置3相連，所述的噴嘴21的出口的正下方設有置于防護罩4中 的待加工工件5，所述的防護罩4固定在所述的機床1的操作平臺上；所述的回收裝置3包 括容納磁流變液的收容器34，所述的收容器34內設有伸入所述的磁流變液的電動攪拌器 31和冷卻絲32，所述的噴嘴21的出口伸入所述的電磁線圈M的長度的1/2處，所述的電 磁線圈M在所述的噴嘴21的下方的內側套有空心圓柱形純鐵25，所述的電磁線圈M的外 部設有磁屏蔽體23。所述的噴嘴21為高磁導性材料。所述的磁屏蔽體23為多層具有高磁導率的硅鋼片。所述的防護罩4的底部設有與所述的收容器34相通的回流管65，所述的回流管 65通過一過濾器63伸入所述的收容器34內。所述的收容器；34內還設有一溫度計33。所述的磁流變液管62的管路上裝有隔膜泵64。所述的電磁線圈M的中心軸線和所述的噴嘴21的中心軸線在同軸上。使用時，機床1采用普通雕刻機，可以實現電腦精確控制三維定位，實現χ軸、y軸、 ζ軸運動，并根據工件5的加工特性來對機床進行控制加工路徑來實現。機床1的主軸11 可用雕刻機的MACH程序來實現運動。加入磨粒的磁流變液6在收容器34中通過電動攪拌 器31充分攪拌，經過隔膜泵64的吸入，從具有加入外磁場的噴嘴21中噴出，噴嘴21周圍 的電磁線圈M通電以后產生平行于射流束61方向的磁場，使磁流變液6中的鐵磁性顆粒 形成縱向的磁性鏈，可以穩定射流束61并準直地噴射到工件5表面。按照機床1本身對機 床1的主軸11編制的程序運作，可以對操作平臺進行手工操作，以輔助工件5加工，按照加 工工件5的加工精度確定加工時間。噴射到工件5表面的磁流變液6失去磁場作用，變成 牛頓流體狀態，并在重力作用下，流到防護罩4中。流入防護罩4的磁流變液6，經由回流管65回流到回收裝置3的收容器34中，回收裝置3在回收之前通過回流管65中的過濾器 63進行過濾，濾掉加工過程中產生的碎屑，同時避免加工磨削影響磁流變液6的加工效果。 磁流變液6在加工過程中與工件5之間的相互作用會使其升溫，所以采用冷卻絲32進行冷 卻，經過攪拌器31充分攪拌后的磁流變液6要用溫度計33進行測溫，以保證給冷卻絲32 以合適的溫度，然后合適粘度和合適溫度的磁流變液6再經過隔膜泵64進行循環加工。加工過程中，通過改變電磁線圈M中的電流的大小來改變外加磁場的大小，并調 節隔膜泵64的出口壓力來調節噴嘴21中射流束61的出口速度，可以使用高頻相機來拍攝 射流束61的情況，確定其速度并加以控制，從而使得工件5表面的壓力適當，控制工件5的 加工效果和去除效率。同時工件5的固定可以采用真空吸盤51來實現，也可以通過相應的 夾具來實現。為了便于隔膜泵64在收容器34里吸取磁流變液6，可以在吸入口部分使用碗 裝吸入口，以免使用過程中的堵塞。磁場發生裝置2如附圖2所示，要保證通過噴嘴21的穩直的射流束61，采用高導 磁性材料制成的噴嘴21，并保證噴嘴21的出口在整個電磁線圈M長度的1/2處左右，在 電磁線圈對內部充當鐵芯，可以更好的集中磁場強度，并減小電磁線圈的體積。電磁線圈 M采用馬步式繞法，實現均勻磁場，同時電磁線圈M在所述的噴嘴21的下方的內側套有空 心圓柱形純鐵25，充當部分鐵芯功能，由于純鐵25具有較高的導磁性，保證電磁線圈M提 供一個盡量均勻的磁場，而電磁線圈M需要一個基本支架22的支撐，噴嘴21還充當電磁 線圈M的部分鐵芯，來提高電磁線圈M的磁場強度。電磁線圈M的匝數、導線直徑、線圈 外徑、內徑、高度等都是根據電磁鐵設計而完成的。電磁線圈M外圍設有的多層高磁導率 硅鋼片制成的磁屏蔽體23即可以有效防止待加工工件5被磁化，在同樣的電流下成倍的抬 高電磁線圈M產生的磁場強度，又可以使電磁線圈M免受磁流變液6侵蝕，便于磁流變液 6的回收，是實現導磁性材料加工的關鍵。磁屏蔽體23的固定和工件5之間的連接通過緊 固螺釘沈來實現。整個磁場發生裝置2是根據加工所需要的磁場強度來設計的，適用性較 強。本說明書實施例所述的內容僅僅是對實用新型構思的實現形式的列舉，本實用新 型的保護范圍不應當被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本實用新型的保護范圍也及 于本領域技術人員根據本實用新型構思所能夠想到的等同技術手段。
權利要求1.一種磁射流光整加工裝置，包括機床，所述的機床的主軸上連接有使機床實現X軸、 y軸、ζ軸運動的軸動裝置，所述的軸動裝置與用于提供磁場的磁場發生裝置相連，所述的 磁場發生裝置中的電磁線圈的內部設有用于噴射磁流變液并使其形成射流束的噴嘴，所述 的噴嘴的入口通過磁流變液管與一回收裝置相連，所述的噴嘴的出口的正下方設有置于防 護罩中的待加工工件，所述的防護罩固定在所述的機床的操作平臺上；所述的回收裝置包 括容納磁流變液的收容器，所述的收容器內設有伸入所述的磁流變液的電動攪拌器和冷卻 絲，其特征在于所述的噴嘴的出口伸入所述的電磁線圈的長度的1/2處，所述的電磁線圈 在所述的噴嘴的下方的內側套有空心圓柱形純鐵，所述的電磁線圈的外部設有磁屏蔽體。
2.根據權利要求1所述的一種磁射流光整加工裝置，其特征在于所述的噴嘴為高磁 導性材料。
3.根據權利要求1所述的一種磁射流光整加工裝置，其特征在于所述的磁屏蔽體為 多層具有高磁導率的硅鋼片。
4.根據權利要求1所述的一種磁射流光整加工裝置，其特征在于所述的防護罩的底 部設有與所述的收容器相通的回流管，所述的回流管通過一過濾器伸入所述的收容器內。
5.根據權利要求4所述的一種磁射流光整加工裝置，其特征在于所述的收容器內還 設有一溫度計。
6.根據權利要求1或5所述的一種磁射流光整加工裝置，其特征在于所述的磁流變 液管的管路上裝有隔膜泵。
7.根據權利要求1或2所述的一種磁射流光整加工裝置，其特征在于所述的電磁線 圈的中心軸線和所述的噴嘴的中心軸線在同軸上。
專利摘要一種磁射流光整加工裝置，包括機床，所述的機床的主軸上連接有軸動裝置，所述的軸動裝置與用于提供磁場的磁場發生裝置相連，所述的磁場發生裝置中的電磁線圈的內部設有用于噴射磁流變液并使其形成射流束的噴嘴，所述的噴嘴的入口通過磁流變液管與一回收裝置相連，所述的噴嘴的出口的正下方設有置于防護罩中的待加工工件，所述的防護罩固定在所述的機床的操作平臺上；所述的回收裝置包括容納磁流變液的收容器，所述的收容器內設有伸入所述的磁流變液的電動攪拌器和冷卻絲，所述的噴嘴的出口伸入所述的電磁線圈的長度的1/2處，所述的電磁線圈在所述的噴嘴的下方的內側套有空心圓柱形純鐵，所述的電磁線圈的外部設有磁屏蔽體。
文檔編號B24B1/00GK201841443SQ201020561348
公開日2011年5月25日 申請日期2010年10月14日 優先權日2010年10月14日
發明者姜少飛, 柴國鐘, 魯聰達 申請人:浙江工業大學