一种分离式相控空化增强磨粒微射流抛光系统技术方案

本发明专利技术公开了一种分离式相控空化增强磨粒微射流抛光系统，包括多通道相控发射系统、六自由度移动平台、抛光工具、加工工件、工件安装平台、加工池、低粘性磨粒流、上位机控制系统、变频器、柱塞式水泵、磨粒流注入管路系统、安全管路系统、磨粒流输出管路系统，抛光工具包括固定本体、接线端盖、中部连接件、相控聚焦装置、角度调节件、微射流喷嘴、磨粒流注入口、喷嘴夹具。本发明专利技术利用相控聚焦原理产生声波聚焦空化，并将微射流喷嘴和相控聚焦装置进行分离设计，根据需求对空化强度、射流强度进行单独调节；通过调节多通道相控发射系统的声波频率和功率，可对空泡尺度、空化强度进行主动控制，实现微射流抛光效率的增强。

【技术实现步骤摘要】
一种分离式相控空化增强磨粒微射流抛光系统
本专利技术涉及磨粒微射流抛光加工
，尤其涉及一种分离式相控空化增强磨粒微射流抛光系统。
技术介绍
微尺度结构零件广泛存在于航空航天、生物工程、电子信息等领域中，这类零件在使用中往往需要较高的表面质量。微结构零件除了具有较小的尺度特征外，可能还具有非规则曲率变化的面形特征。磨粒微射流抛光方法采用柔性较好的流体作为磨粒驱动介质，可适应非规则曲率变化的微结构表面，实现全方位自适应抛光；并且，流体能够较好的缓冲磨粒过冲击效应，从而有效避免由于磨粒的硬性压入而造成工件损伤。但是，受到流体介质驱动力的影响，磨粒微射流抛光方法抛光效率较低，限制了其进一步的推广应用。利用流体空化效应可有效提高磨粒射流抛光效率。空化效应是指当流体内局部压力低于饱和蒸汽压时，在低压区会产生大量空化泡，当空化泡溃灭时会在周围产生巨大的冲击动能，借助冲击动能的助推作用实现磨粒切削动能的增强。目前空化增强式磨粒射流抛光方法在抛光微尺度零件时均存在一定的局限性。比如申请号为CN201910362390.X的专利技术专利提出了一种超声空化辅助射流抛光系统及抛光方法，该专利技术利用超声振动结合弧形聚焦透镜的方式增强磨粒射流抛光效率。但是，该方法无法实现对空泡尺度进行主动控制，在抛光微尺度结构零件时存在一定局限性；同时，该方法中若提高射流强度，则会导致近壁面空泡群溃灭区域的变化，不利于稳定性抛光。申请号为CN200910308691.0的专利技术专利提出了一种胶体液流动压空化射流抛光装置及方法，该专利技术采用结构空化原理产生的空泡群，提高微射流抛光效率。但是，该方法所采用的结构空化原理，其空化程度的强弱严重依赖于射流流速，若要提高空化强度，必须提高射流流速，无法保证抛光工艺参数的一致性；同时，该方法也无法对空泡尺度进行主动控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有空化增强磨粒微射流抛光方法难以实现空化强度、射流强度的分离可控以及空泡尺度无法主动控制的难题，提出了一种对空化强度、射流强度分离控制的分离式相控空化增强磨粒微射流抛光系统。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种分离式相控空化增强磨粒微射流抛光系统，包括多通道相控发射系统、六自由度移动平台、抛光工具、加工工件、工件安装平台、加工池、低粘性磨粒流、上位机控制系统、变频器、柱塞式水泵、磨粒流注入管路系统、安全管路系统、磨粒流输出管路系统；所述多通道相控发射系统与所述抛光工具连接，多通道相控发射系统控制所述抛光工具产生相控空化；所述抛光工具固定在所述六自由度移动平台的活动端，六自由度移动平台带动抛光工具移动并实现抛光工具沿x、y、z三轴的移动及绕x、y、z三轴的转动；所述加工工件安装于所述工件安装平台上；所述工件安装平台安装于所述加工池中上部区域；所述低粘性磨粒流位于所述加工池和管路系统内；所述上位机控制系统通过所述变频器与所述柱塞式水泵连接，上位机控制系统通过变频器控制柱塞式水泵的压力输出；所述柱塞式水泵设置有两个出口和一个入口，所述柱塞式水泵的其中一个出口与所述磨粒流注入管路系统连接，所述磨粒流注入管路系统的出口与所述抛光工具的磨粒流注入口连接；所述柱塞式水泵的另一个出口与所述安全管路系统连接，所述安全管路系统的出口与所述加工池的底部连接，所述安全管路系统保证管路水流压力安全；所述柱塞式水泵的入口通过所述磨粒流输出管路系统连接加工池的底部。进一步的，所述抛光工具包括固定本体、接线端盖、中部连接件、相控聚焦装置、角度调节件、微射流喷嘴、磨粒流注入口、喷嘴夹具；所述固定本体的上端面装夹在所述六自由度移动平台的活动端；所述相控聚焦装置通过所述中部连接件安装在所述固定本体的底端；所述接线端盖安装在所述固定本体的侧面出线口位置；所述多通道相控发射系统的连接线依次穿过接线端盖、固定本体、中部连接件后与所述相控聚焦装置相连；所述角度调节件安装于所述固定本体的侧壁位置；所述微射流喷嘴与喷嘴夹具固定连接，所述喷嘴夹具与所述角度调节件铰接；所述磨粒流注入口安装于所述微射流喷嘴的顶端位置。进一步的，所述相控聚焦装置包括顶部端盖、相控聚焦单元、耦合层、密封层；所述顶部端盖固定在所述中部连接件下方，所述耦合层安装于所述顶部端盖下方，加工时耦合层淹没于所述加工池内的低粘性磨粒流中，实现聚焦声波与磨粒流的有效耦合；所述密封层设置在所述顶部端盖和所述耦合层之间，实现所述顶部端盖和所述耦合层之间的可靠静密封；所述相控聚焦单元为线性阵列布置的矩形压电陶瓷片，位于所述顶部端盖和所述耦合层之间的密封的中空区域，所述多通道相控发射系统的连接线直接与所述相控聚焦单元的接线端连接。进一步的，低粘性磨粒流在所述磨粒流注入管路系统沿所述柱塞式水泵到所述抛光工具的方向流动，所述磨粒流注入管路系统包括通过磨粒流注入管路依次连接的脉冲阻尼器、一号球阀开关、背压阀、调压阀、压力表、流体粘度测量仪、流体PH测量仪和温度计；低粘性磨粒流在磨粒流注入管路中依次经过脉冲阻尼器、一号球阀开关、背压阀、调压阀、压力表、流体粘度测量仪、流体PH测量仪和温度计后进入抛光工具的磨粒流注入口中。进一步的，所述安全管路系统包括安全管路、安全阀；安全阀安装在安全管路上，低粘性磨粒流在安全管路系统中沿所述柱塞式水泵到所述加工池的方向流动。进一步的，所述磨粒流输出管路系统包括磨粒流输出管路、二号球阀开关和过滤器，二号球阀开关和过滤器依次连接在磨粒流输出管路上，低粘性磨粒流在所述磨粒流输出管路系统中沿所述加工池到所述柱塞式水泵的方向流动，低粘性磨粒流在磨粒流输出管路中流动时依次经过二号球阀开关和过滤器。进一步的，所述微射流喷嘴与所述固定本体之间的角度可通过所述角度调节件进行相对角度调节，调节角度范围为0～60度。进一步的，所述微射流喷嘴的中心对称面和所述固定本体的中心对称面重合。进一步的，所述喷嘴的出口直径在0.1mm～10mm之间。进一步的，所述压力表、流体粘度测量仪、流体PH测量仪、温度计均与所述上位机控制系统连接，压力表、流体粘度测量仪、流体PH测量仪、温度计分别实时监测粒流注入管路内压力、流体粘度、流体PH值、温度的变化。本专利技术的有益效果在于：1)本专利技术的分离式相控空化增强磨粒微射流抛光工具，可实现空化强度、射流强度的分离控制；根据微射流抛光工艺技术需求，通过调节调压阀和相控发射功率，可对微射流强度和空化强度进行单独调节，实现微射流强度和空化强度两个工艺参数的灵活组合。2)本专利技术的相控聚焦装置，可通过调节声波频率、功率实现对空化尺度、空化强度的主动控制，保证空泡群能够充分进入到微尺度工件表面。3)本专利技术实时监测管路内压力、流体粘度、流体PH和流体温度的变化，保证空化环境的稳定性，进而确保加工质量的一致性。4)本专利技术采用线性阵列压电陶瓷作为相控聚焦单元，加工制作较为简单，成本较为低廉。附图说明图1是本专利技术一种分离式相控空化增强磨粒微射流抛光系统的整体示意图。图2是本专利技术抛光工具结构的整体剖视示意图。图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分离式相控空化增强磨粒微射流抛光系统，其特征在于：包括多通道相控发射系统(01)、六自由度移动平台(02)、抛光工具(03)、加工工件(04)、工件安装平台(05)、加工池(06)、低粘性磨粒流(07)、上位机控制系统(08)、变频器(09)、柱塞式水泵(10)、磨粒流注入管路系统(11)、安全管路系统(12)、磨粒流输出管路系统(13)；所述多通道相控发射系统(01)与所述抛光工具(03)连接，多通道相控发射系统(01)控制所述抛光工具(03)产生相控空化；所述抛光工具(03)固定在所述六自由度移动平台(02)的活动端，六自由度移动平台(02)带动抛光工具(03)移动并实现抛光工具(03)沿x、y、z三轴的移动及绕x、y、z三轴的转动；所述加工工件(04)安装于所述工件安装平台(05)上；所述工件安装平台(05)安装于所述加工池(06)中上部区域；所述低粘性磨粒流(07)位于所述加工池(06)和管路系统内；所述上位机控制系统(08)通过所述变频器(09)与所述柱塞式水泵(10)连接，上位机控制系统(08)通过变频器(09)控制柱塞式水泵(10)的压力输出；所述柱塞式水泵(10)设置有两个出口和一个入口，所述柱塞式水泵(10)的其中一个出口与所述磨粒流注入管路系统(11)连接，所述磨粒流注入管路系统(11)的出口与所述抛光工具(03)的磨粒流注入口(0307)连接；所述柱塞式水泵(10)的另一个出口与所述安全管路系统(12)连接，所述安全管路系统(12)的出口与所述加工池(06)的底部连接，所述安全管路系统(12)保证管路水流压力安全；所述柱塞式水泵(10)的入口通过所述磨粒流输出管路系统(13)连接加工池(06)的底部。/n...

【技术特征摘要】
1.一种分离式相控空化增强磨粒微射流抛光系统，其特征在于：包括多通道相控发射系统(01)、六自由度移动平台(02)、抛光工具(03)、加工工件(04)、工件安装平台(05)、加工池(06)、低粘性磨粒流(07)、上位机控制系统(08)、变频器(09)、柱塞式水泵(10)、磨粒流注入管路系统(11)、安全管路系统(12)、磨粒流输出管路系统(13)；所述多通道相控发射系统(01)与所述抛光工具(03)连接，多通道相控发射系统(01)控制所述抛光工具(03)产生相控空化；所述抛光工具(03)固定在所述六自由度移动平台(02)的活动端，六自由度移动平台(02)带动抛光工具(03)移动并实现抛光工具(03)沿x、y、z三轴的移动及绕x、y、z三轴的转动；所述加工工件(04)安装于所述工件安装平台(05)上；所述工件安装平台(05)安装于所述加工池(06)中上部区域；所述低粘性磨粒流(07)位于所述加工池(06)和管路系统内；所述上位机控制系统(08)通过所述变频器(09)与所述柱塞式水泵(10)连接，上位机控制系统(08)通过变频器(09)控制柱塞式水泵(10)的压力输出；所述柱塞式水泵(10)设置有两个出口和一个入口，所述柱塞式水泵(10)的其中一个出口与所述磨粒流注入管路系统(11)连接，所述磨粒流注入管路系统(11)的出口与所述抛光工具(03)的磨粒流注入口(0307)连接；所述柱塞式水泵(10)的另一个出口与所述安全管路系统(12)连接，所述安全管路系统(12)的出口与所述加工池(06)的底部连接，所述安全管路系统(12)保证管路水流压力安全；所述柱塞式水泵(10)的入口通过所述磨粒流输出管路系统(13)连接加工池(06)的底部。


2.根据权利要求1所述的一种分离式相控空化增强磨粒微射流抛光系统，其特征在于：所述抛光工具(03)包括固定本体(0301)、接线端盖(0302)、中部连接件(0303)、相控聚焦装置(0304)、角度调节件(0305)、微射流喷嘴(0306)、磨粒流注入口(0307)、喷嘴夹具(0308)；所述固定本体(0301)的上端面装夹在所述六自由度移动平台(02)的活动端；所述相控聚焦装置(0304)通过所述中部连接件(0303)安装在所述固定本体(0301)的底端；所述接线端盖(0302)安装在所述固定本体(0301)的侧面出线口位置；所述多通道相控发射系统(01)的连接线依次穿过接线端盖(0302)、固定本体(0301)、中部连接件(0303)后与所述相控聚焦装置(0304)相连；所述角度调节件(0305)安装于所述固定本体(0301)的侧壁位置；所述微射流喷嘴(0306)与喷嘴夹具(0308)固定连接，所述喷嘴夹具(0308)与所述角度调节件(0305)铰接；所述磨粒流注入口(0307)安装于所述微射流喷嘴(0306)的顶端位置。


3.根据权利要求2所述的一种分离式相控空化增强磨粒微射流抛光系统，其特征在于：所述相控聚焦装置(0304)包括顶部端盖(030401)、相控聚焦单元(030402)、耦合层(030403)、密封层(030404)；所述顶部端盖(030401)固定在所述中部连接件(0303)下方，所述耦合层(030403)安装于所述顶部端盖(030401)下方，加工时耦合层(030403)淹没于所述加工池(06)内的低粘性磨粒流(...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛江勤，陈洁，周晖，高佳文，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33