专利名称：一种磁射流光整加工装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及不规则工件的表面精加工技术领域，具体地说涉及一种磁射流光 整加工装置。
背景技术：
传统的研磨抛光在应用上有很大的限制，随着精度要求的提高和技术的突破，20 世纪80年代，计算机控制光学表面成形技术(简称CCOS技术)的出现大大提高了光学零件 的表面光整加工。20世纪90年代后期，美国Rochester大学光学技术中心的W. Kordonski， V. Prokhorov及合作者把磁流变精整加工(MRF)应用到光学零件的加工中，MRF克服了传 统光学光整加工技术的许多限制，其切入量非常小，且加工的表面洁净、无刮伤，成为当时 一种可控的确定性加工技术。QED公司的Kordonski等人的研究，提出磁射流抛光技术的第 一个专利，以及后来的国防科技大学的张学成等人的磁射流抛光技术研究从而实现了磁射 流技术的加工应用，在这些研究的基础上开始实现了磁射流抛光技术的应用。磁射流抛光技术将磨料射流技术和磁流变效应结合起来，同时也可以突破导磁性 材料的加工和复杂不规则曲面的加工，尤其是鼻椎体工件的加工，其去除函数相对较稳定， 被称为一种确定性的光整加工技术，有确定的加工去除函数，可以较好的控制加工路径，实 现面形误差为几十纳米和表面粗糙度达到数埃的精密表面，稳定性较好，应用范围较广，且 磁流变液可以循环使用，减少了磨具磨损。已有的磁流变抛光技术和磁射流抛光技术所针对的加工对象主要为光学零件或 者玻璃零件，在加工对象以及加工装置方面少有突破。对于磁流变液的控制和实现方法仍 有限制，未能取得满意的效果。
发明内容本实用新型要克服已有的磁流变抛光技术和磁射流抛光技术不能针对导磁性材 料进行加工的不足，提供一种能够对导磁性材料进行精整加工的磁射流光整加工装置。本实用新型的技术方案是一种磁射流光整加工装置，包括机床，所述的机床的主轴上连接有使机床实现X 轴、y轴、ζ轴运动的轴动装置，所述的轴动装置与用于提供磁场的磁场发生装置相连，所 述的磁场发生装置中的电磁线圈的内部设有用于喷射磁流变液并使其形成射流束的喷嘴， 所述的喷嘴的入口通过磁流变液管与一回收装置相连，所述的喷嘴的出口的正下方设有置 于防护罩中的待加工工件，所述的防护罩固定在所述的机床的操作平台上；所述的回收装 置包括容纳磁流变液的收容器，所述的收容器内设有伸入所述的磁流变液的电动搅拌器和 冷却丝，其特征在于所述的喷嘴的出口伸入所述的电磁线圈的长度的1/2处，所述的电磁 线圈在所述的喷嘴的下方的内侧套有空心圆柱形纯铁，所述的电磁线圈的外部设有磁屏蔽 体。进一步，所述的喷嘴为高磁导性材料。[0009]进一步，所述的磁屏蔽体为多层具有高磁导率的硅钢片。进一步，所述的防护罩的底部设有与所述的收容器相通的回流管，所述的回流管 通过一过滤器伸入所述的收容器内。进一步，所述的收容器内还设有一温度计。进一步，所述的磁流变液管的管路上装有隔膜泵。进一步，所述的电磁线圈的中心轴线和所述的喷嘴的中心轴线在同轴上。使用时，机床采用普通雕刻机，可以实现电脑精确控制三维定位，实现X轴、y轴、Z 轴运动，并根据工件的加工特性来对机床进行控制加工路径来实现。机床的主轴可用雕刻 机的MACH程序来实现运动。加入磨粒的磁流变液在收容器中通过电动搅拌器充分搅拌，经 过隔膜泵的吸入，从具有加入外磁场的喷嘴中喷出，喷嘴周围的电磁线圈通电以后产生平 行于射流束方向的磁场，使磁流变液中的铁磁性颗粒形成纵向的磁性链，可以稳定射流束 并准直地喷射到工件表面。按照机床本身对机床的主轴编制的程序运作，可以对操作平台 进行手工操作，以辅助工件加工，按照加工工件的加工精度确定加工时间。喷射到工件表面 的磁流变液失去磁场作用，变成牛顿流体状态，并在重力作用下，流到防护罩中。流入防护 罩的磁流变液，经由回流管回流到回收装置的收容器中，回收装置在回收之前通过回流管 中的过滤器进行过滤，滤掉加工过程中产生的碎屑，同时避免加工磨削影响磁流变液的加 工效果。磁流变液在加工过程中与工件之间的相互作用会使其升温，所以采用冷却丝进行 冷却，经过搅拌器充分搅拌后的磁流变液要用温度计进行测温，以保证给冷却丝以合适的 温度，然后合适粘度和合适温度的磁流变液再经过隔膜泵进行循环加工。加工过程中，通过改变电磁线圈中的电流的大小来改变外加磁场的大小，并调节 隔膜泵的出口压力来调节喷嘴中射流束的出口速度，可以使用高频相机来拍摄射流束的情 况，确定其速度并加以控制，从而使得工件表面的压力适当，控制工件的加工效果和去除效 率。同时工件的固定可以采用真空吸盘来实现，也可以通过相应的夹具来实现。为了便于 隔膜泵在收容器里吸取磁流变液，可以在吸入口部分使用碗装吸入口，以免使用过程中的 堵塞。磁场发生装置如附图2所示，要保证通过喷嘴的稳直的射流束，采用高导磁性材 料制成的喷嘴，并保证喷嘴的出口在整个电磁线圈长度的1/2处左右，在电磁线圈内部充 当铁芯，可以更好的集中磁场强度，并减小电磁线圈的体积。电磁线圈采用马步式绕法，实 现均勻磁场，同时电磁线圈在所述的喷嘴的下方的内侧套有空心圆柱形纯铁，充当部分铁 芯功能，由于纯铁具有较高的导磁性，保证电磁线圈提供一个尽量均勻的磁场，而电磁线圈 需要一个基本支架的支撑，喷嘴还充当电磁线圈的部分铁芯，来提高电磁线圈的磁场强度。 电磁线圈的匝数、导线直径、线圈外径、内径、高度等都是根据电磁铁设计而完成的。电磁 线圈外围设有的多层高磁导率硅钢片制成的磁屏蔽体即可以有效防止待加工工件被磁化， 在同样的电流下成倍的抬高电磁线圈产生的磁场强度，又可以使电磁线圈免受磁流变液侵 蚀，便于磁流变液的回收，是实现导磁性材料加工的关键。磁屏蔽体的固定和工件之间的连 接通过紧固螺钉来实现。整个磁场发生装置是根据加工所需要的磁场强度来设计的，适用 性较强。本实用新型具有如下优点(1)磁场发生装置中的喷嘴采用高导磁性材料制成，在电磁线圈内部充当铁芯，可以减小电磁线圈的体积，并使磁场集中于喷嘴出口处，更好的约束射流束。(2)电磁线圈的上端部的内侧套有的空心圆柱形纯铁，充当部分铁芯功能，基本实 现均勻磁场的要求，保证磁场发生装置可以提供足够的磁场强度。(3)电磁线圈外围设有的多层高磁导率硅钢片制成的磁屏蔽体可以有效防止待加 工工件被磁化，影响加工效果，且在同样的电流下成倍的抬高电磁线圈产生的磁场强度。(4)磁屏蔽体的外围的防护罩，用于磁流变液的回收。
图1是本实用新型的结构示意图。图2是磁场发生装置的剖视图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明参照图1-图2，本实用新型所述的一种磁射流光整加工装置，包括机床1，所述的 机床1的主轴11上连接有使机床1实现X轴、y轴、Z轴运动的轴动装置12，所述的轴动装 置12与用于提供磁场的磁场发生装置2相连，所述的磁场发生装置2中的电磁线圈M的 内部设有用于喷射磁流变液6并使其形成射流束61的喷嘴21，所述的喷嘴21的入口通过 磁流变液管62与一回收装置3相连，所述的喷嘴21的出口的正下方设有置于防护罩4中 的待加工工件5，所述的防护罩4固定在所述的机床1的操作平台上；所述的回收装置3包 括容纳磁流变液的收容器34，所述的收容器34内设有伸入所述的磁流变液的电动搅拌器 31和冷却丝32，所述的喷嘴21的出口伸入所述的电磁线圈M的长度的1/2处，所述的电 磁线圈M在所述的喷嘴21的下方的内侧套有空心圆柱形纯铁25，所述的电磁线圈M的外 部设有磁屏蔽体23。所述的喷嘴21为高磁导性材料。所述的磁屏蔽体23为多层具有高磁导率的硅钢片。所述的防护罩4的底部设有与所述的收容器34相通的回流管65，所述的回流管 65通过一过滤器63伸入所述的收容器34内。所述的收容器；34内还设有一温度计33。所述的磁流变液管62的管路上装有隔膜泵64。所述的电磁线圈M的中心轴线和所述的喷嘴21的中心轴线在同轴上。使用时，机床1采用普通雕刻机，可以实现电脑精确控制三维定位，实现χ轴、y轴、 ζ轴运动，并根据工件5的加工特性来对机床进行控制加工路径来实现。机床1的主轴11 可用雕刻机的MACH程序来实现运动。加入磨粒的磁流变液6在收容器34中通过电动搅拌 器31充分搅拌，经过隔膜泵64的吸入，从具有加入外磁场的喷嘴21中喷出，喷嘴21周围 的电磁线圈M通电以后产生平行于射流束61方向的磁场，使磁流变液6中的铁磁性颗粒 形成纵向的磁性链，可以稳定射流束61并准直地喷射到工件5表面。按照机床1本身对机 床1的主轴11编制的程序运作，可以对操作平台进行手工操作，以辅助工件5加工，按照加 工工件5的加工精度确定加工时间。喷射到工件5表面的磁流变液6失去磁场作用，变成 牛顿流体状态，并在重力作用下，流到防护罩4中。流入防护罩4的磁流变液6，经由回流管65回流到回收装置3的收容器34中，回收装置3在回收之前通过回流管65中的过滤器 63进行过滤，滤掉加工过程中产生的碎屑，同时避免加工磨削影响磁流变液6的加工效果。 磁流变液6在加工过程中与工件5之间的相互作用会使其升温，所以采用冷却丝32进行冷 却，经过搅拌器31充分搅拌后的磁流变液6要用温度计33进行测温，以保证给冷却丝32 以合适的温度，然后合适粘度和合适温度的磁流变液6再经过隔膜泵64进行循环加工。加工过程中，通过改变电磁线圈M中的电流的大小来改变外加磁场的大小，并调 节隔膜泵64的出口压力来调节喷嘴21中射流束61的出口速度，可以使用高频相机来拍摄 射流束61的情况，确定其速度并加以控制，从而使得工件5表面的压力适当，控制工件5的 加工效果和去除效率。同时工件5的固定可以采用真空吸盘51来实现，也可以通过相应的 夹具来实现。为了便于隔膜泵64在收容器34里吸取磁流变液6，可以在吸入口部分使用碗 装吸入口，以免使用过程中的堵塞。磁场发生装置2如附图2所示，要保证通过喷嘴21的稳直的射流束61，采用高导 磁性材料制成的喷嘴21，并保证喷嘴21的出口在整个电磁线圈M长度的1/2处左右，在 电磁线圈对内部充当铁芯，可以更好的集中磁场强度，并减小电磁线圈的体积。电磁线圈 M采用马步式绕法，实现均勻磁场，同时电磁线圈M在所述的喷嘴21的下方的内侧套有空 心圆柱形纯铁25，充当部分铁芯功能，由于纯铁25具有较高的导磁性，保证电磁线圈M提 供一个尽量均勻的磁场，而电磁线圈M需要一个基本支架22的支撑，喷嘴21还充当电磁 线圈M的部分铁芯，来提高电磁线圈M的磁场强度。电磁线圈M的匝数、导线直径、线圈 外径、内径、高度等都是根据电磁铁设计而完成的。电磁线圈M外围设有的多层高磁导率 硅钢片制成的磁屏蔽体23即可以有效防止待加工工件5被磁化，在同样的电流下成倍的抬 高电磁线圈M产生的磁场强度，又可以使电磁线圈M免受磁流变液6侵蚀，便于磁流变液 6的回收，是实现导磁性材料加工的关键。磁屏蔽体23的固定和工件5之间的连接通过紧 固螺钉沈来实现。整个磁场发生装置2是根据加工所需要的磁场强度来设计的，适用性较 强。本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新 型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及 于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。
权利要求1.一种磁射流光整加工装置，包括机床，所述的机床的主轴上连接有使机床实现X轴、 y轴、ζ轴运动的轴动装置，所述的轴动装置与用于提供磁场的磁场发生装置相连，所述的 磁场发生装置中的电磁线圈的内部设有用于喷射磁流变液并使其形成射流束的喷嘴，所述 的喷嘴的入口通过磁流变液管与一回收装置相连，所述的喷嘴的出口的正下方设有置于防 护罩中的待加工工件，所述的防护罩固定在所述的机床的操作平台上；所述的回收装置包 括容纳磁流变液的收容器，所述的收容器内设有伸入所述的磁流变液的电动搅拌器和冷却 丝，其特征在于所述的喷嘴的出口伸入所述的电磁线圈的长度的1/2处，所述的电磁线圈 在所述的喷嘴的下方的内侧套有空心圆柱形纯铁，所述的电磁线圈的外部设有磁屏蔽体。
2.根据权利要求1所述的一种磁射流光整加工装置，其特征在于所述的喷嘴为高磁 导性材料。
3.根据权利要求1所述的一种磁射流光整加工装置，其特征在于所述的磁屏蔽体为 多层具有高磁导率的硅钢片。
4.根据权利要求1所述的一种磁射流光整加工装置，其特征在于所述的防护罩的底 部设有与所述的收容器相通的回流管，所述的回流管通过一过滤器伸入所述的收容器内。
5.根据权利要求4所述的一种磁射流光整加工装置，其特征在于所述的收容器内还 设有一温度计。
6.根据权利要求1或5所述的一种磁射流光整加工装置，其特征在于所述的磁流变 液管的管路上装有隔膜泵。
7.根据权利要求1或2所述的一种磁射流光整加工装置，其特征在于所述的电磁线 圈的中心轴线和所述的喷嘴的中心轴线在同轴上。
专利摘要一种磁射流光整加工装置，包括机床，所述的机床的主轴上连接有轴动装置，所述的轴动装置与用于提供磁场的磁场发生装置相连，所述的磁场发生装置中的电磁线圈的内部设有用于喷射磁流变液并使其形成射流束的喷嘴，所述的喷嘴的入口通过磁流变液管与一回收装置相连，所述的喷嘴的出口的正下方设有置于防护罩中的待加工工件，所述的防护罩固定在所述的机床的操作平台上；所述的回收装置包括容纳磁流变液的收容器，所述的收容器内设有伸入所述的磁流变液的电动搅拌器和冷却丝，所述的喷嘴的出口伸入所述的电磁线圈的长度的1/2处，所述的电磁线圈在所述的喷嘴的下方的内侧套有空心圆柱形纯铁，所述的电磁线圈的外部设有磁屏蔽体。
文档编号B24B1/00GK201841443SQ201020561348
公开日2011年5月25日 申请日期2010年10月14日 优先权日2010年10月14日
发明者姜少飞, 柴国钟, 鲁聪达 申请人:浙江工业大学