本发明专利技术提供了基于电磁流变效应的球形微磨具在线柔性修整装置，所述装置由水平磁场辅助装置、垂直电场发生装置、垂直磁场发生装置等组成，在所产生的水平磁场与垂直电磁场的叠加作用下，可实现对纳米流体电磁流变磨削液中的纳米流体磁性复合颗粒的分布和运动状态进行控制，在电/磁场辅助发生装置以及微小曲面零件表面压力的共同作用下，能够对材料进行微量去除，从而对球形微磨具进行在线柔性修整。本发明专利技术通过对球形微磨具的在线修整/修锐，不仅能够解决在微小曲面零件加工前，由于球形微磨具与微小曲面零件接触面积小而导致的微磨具损耗严重和加工表面质量差的问题，而且能够避免微磨具由于钝化需要离线修整而导致的重复安装误差。复安装误差。复安装误差。
【技术实现步骤摘要】
一种基于电磁流变效应的球形微磨具在线柔性修整装置
[0001]本专利技术属于磨削加工中的微细磨具修整
，具体涉及一基于电磁流变效应的球形微磨具在线柔性修整装置。
技术介绍
[0002]微细磨削技术具有精度好、成本低、柔性强等优势，能够实现微小复杂形状/结构零件的加工。但是应用于微细磨削加工的微磨具尺寸较小(<1mm)，制造十分困难，尤其是在微磨具的制造过程中，很难保证磨粒的分布均匀性和出刃高度，且微刀具磨损后难以精确修型。此外，用于微小曲面零件加工的球形微磨具与微小曲面零件表面曲率存在差异，使得球形微磨具与微小曲面零件表面往往为点接触。在加工初期，球形微磨具往往只有少量磨粒参与实际切削加工，从而加剧了磨粒的损耗，甚至会破坏微小曲面零件表面完整性。因此，在微小曲面加工之前进行微磨具的修型/修锐十分重要。
[0003]国内外研究人员发现电磁流变液作为一种新型的智能材料，能够在电磁场的作用下发生流变效应，从而实现硬脆材料的高效抛光和微量去除，电磁流变液作为一种可控液体，不受加工区域、尺寸的限制，因此，电磁流变液常作为抛光介质对微小曲面零件进行局部微抛光和微细加工，以提高微小光学元件的面形精度和微器件的三维结构加工质量，但以流变液直接作为工具进行加工，一方面难以对流变液进行量化控制，只能进行表面抛光等定性加工，另一方面，流变液需要不断更换，以保持有效磨粒的数量，电磁流变液消耗巨大。
[0004]公告号为CN205438026U的一种自修整磁流变柔性抛光砂轮，公开了一种利用磁流变效应实现在加工过程中砂轮快磨料自动更新和砂轮快形状实时修复的技术，但其所使用砂轮为普通砂轮，砂轮和磨粒的尺寸较大，且由于磁流变液的黏变特性，无法精确控制其中的磁性磨粒的分布和运动特征，需要通过使磁极旋转的方式来改变磁极磁力线变化从而实现砂轮的修锐，其不适用于尺寸微小的微磨具的在线修整。
技术实现思路
[0005]本专利技术为解决由于球头微磨具与微小曲面零件接触面较小而导致的磨具损耗较快等难题。本围绕微磨具的修整/修锐问题，提出一种经济高效，节能环保，且适用于球头微磨具的在线柔性修整方法，该方法不仅可以根据微小曲面零件曲率实现球形微磨具的在线修型/修锐，同时，可以对零件表面进行优化处理。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采取如下技术方案：实施例还提供了一种基于电磁流变效应的球形微磨具在线柔性修整装置，包括磨削液储存器、水泵、流量控制阀、主轴线圈、喷嘴、水平磁场辅助装置、变频控制单元、电源、示波器、绝缘板、电极、装置机架，其特征在于：
[0007]磨削液储存器与水泵、流量控制阀、喷嘴通过管路顺次连接，液体流量和流速可通过流量控制阀进行控制调节，磨削液经喷嘴输出到球形微磨具与微小曲面零件之间的区
域；
[0008]电磁流变磨削液装入磨削液储存器后，会在水泵作用下经喷嘴输入到球形微磨具与微小曲面零件中间区域，在水平磁场辅助装置所产生的磁场作用下，电磁流变磨削液中的电磁流变纳米颗粒水平铺开并环绕微磨具中心作旋转运动；
[0009]微小曲面零件通过绝缘板与电极固定在装置机架上，所述绝缘板将微小曲面零件与电极隔开，电源和示波器一侧连接电极，一侧通过电刷连接主轴夹头，依靠电源控制电流输出大小，以产生垂直方向上的恒定电场；主轴线圈环绕安装在主轴夹头外围，通过接线连接变频控制单元，依靠变频控制单元调整周边环境垂直电磁场作用大小；
[0010]水平磁场辅助装置安装在机床的工作台上，包括4个弧形磁极；
[0011]所述铜线圈缠绕在弧形铁芯上，所述弧形铁芯与聚合物隔板安装在装置机架上，4个弧形磁极通过接线分别连接变频控制单元，依靠变频控制单元控制磁场作用的方向和大小，所述4个弧形磁极顺序同向设置，以此控制电磁流变纳米颗粒在水平方向均匀铺展，并在球形微磨具的旋转作用下，绕球形微磨具中心旋转。
[0012]进一步地，弧形磁极均弧包括形铁芯、铜线圈和聚合物隔板。
[0013]进一步地，在所述主轴线圈产生的垂直磁场与电源输出电流产生的垂直电场的协同作用下，电磁流变磨削液发生粘变固化电磁流变磨削液中的微细磨粒被束缚在链状结构之间，球形微磨具端部垂直电磁场强度最大，会以球形微磨具端部为中心形成较大电磁场梯度，并呈放射状分布。
[0014]进一步地，当球形微磨具以一定速度旋转时，电磁流变磨削液中的磨粒在球形微磨具旋转运动，在垂直电场、垂直磁场和水平磁场的共同作用下，对球形微磨具和微小曲面零件表面产生切削作用，同时，由于所述球型微磨具与微小曲面零件的曲率不同，在曲面压力的作用下，球形微磨具中心去除量最大，并沿径向向外逐渐减小，形成球形微磨具表面修整和微小曲面零件表面抛光或微细加工过程。
[0015]进一步地，球形微磨具通过主轴夹具安装在主轴上，主轴夹具与主轴的连接部位涂覆上绝缘涂层。
[0016]进一步地，电源的正极通过碳刷与主轴夹头连接，负极连接于微小曲面零件下方的电极上，以产生垂直电场；主轴线圈环绕安装在主轴夹头外围，并通过接头与变频控制单元连接，以产生垂直磁场。
[0017]该实施例还提供了一种基于电磁流变效应的球形微磨具在线柔性修整装置的纳米流体电磁流变磨削液，其特征在于：纳米流体电磁流变磨削液通过硅油、二氧化钛、四氧化三铁(Fe3O4)纳米颗粒、二氧化硅(SiO2)粉末按一定比例配置而成，配置的磨削液中具有磁性的Fe3O4纳米颗粒包裹在多孔二氧化硅(SiO2)内，形成SiO2和Fe3O4复合颗粒，具有高介电常数的二氧化钛(TiO2)包覆在SiO2和Fe3O4复合颗粒颗粒表面，形成电磁性复合纳米颗粒。
[0018]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和显著效果：
[0019](1)所配置的纳米流体电磁流变磨削液综合电流变液与磁流变液的优点，同时具有优良的剪切去除力与流动性。所配置的磨削液中将六水合氯化铁(FeCl3·
H2O)作为反应物，通过高温反应可将FeCl3还原为Fe3O4，通过化学作用将具有磁性的Fe3O4纳米颗粒包裹在具有多孔的二氧化硅(SiO2)内，形成SiO2/Fe3O4颗粒，将具有高介电常数的二氧化钛(TiO2)
包覆在SiO2/Fe3O4颗粒表面，形成增强型电磁性复合颗粒，在电磁场的控制下，即提高了电磁流变磨削液的剪切去除能力，也提高了电磁流变磨削液的可控性和流动能力。
[0020](2)可对球形微磨具的磨粒进行修锐，并根据微小曲面零件表面形貌进行球形微磨具表面轮廓的自适应修整，以增大球形微磨具与微小曲面零件的接触区域面积，提高加工表面质量。本专利技术所述球形微磨具在线柔性成型修整装置通过所产生的水平磁场与垂直电磁场的相互配合能够控制电磁流变磨削液中的电磁流变纳米颗粒的分布和运动状态，并在微小零件曲面压力的协同作用下，对球形微磨具的表面进行自适应修整，增加球形微磨具表面磨粒的出刃高度，提高加工过程中球形微磨具与微小曲面零件表面之间的接触面积，进而提高加工表面质量和刀具的使用寿命。
[0021](3)无需增加本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于电磁流变效应的球形微磨具在线柔性修整装置，包括磨削液储存器(1)、水泵(2)、流量控制阀(3)、主轴线圈(6)、喷嘴(7)、水平磁场辅助装置(9)、变频控制单元(10)、电源(12)、示波器(13)、绝缘板(15)、电极(16)、装置机架(18)，其特征在于：磨削液储存器(1)与水泵(2)、流量控制阀(3)、喷嘴(7)通过管路顺次连接，液体流量和流速可通过流量控制阀(3)进行控制调节，磨削液经喷嘴(7)输出到球形微磨具(8)与微小曲面零件(14)之间的区域；电磁流变磨削液(22)装入磨削液储存器(1)后，会在水泵(2)作用下经喷嘴(7)输入到球形微磨具(8)与微小曲面零件(14)中间区域，在水平磁场辅助装置(9)所产生的磁场作用下，电磁流变磨削液(15)中的电磁流变纳米颗粒水平铺开并环绕球形微磨具(8)中心作旋转运动；微小曲面零件(14)通过绝缘板(15)与电极(16)固定在装置机架(18)上，所述绝缘板(15)将微小曲面零件(14)与电极(16)隔开，电源(12)和示波器(13)一侧连接电极(16)，一侧通过电刷连接主轴夹头(5)，依靠电源(12)控制电流输出大小，以产生垂直方向上的恒定电场；主轴线圈(6)环绕安装在主轴夹头(5)外围，通过接线连接变频控制单元(10)，依靠变频控制单元(10)调整垂直电磁场作用大小；水平磁场辅助装置(9)安装在机床(11)的工作台上，包括4个弧形磁极(17)；铜线圈(20)缠绕在弧形铁芯(19)上，所述弧形铁芯(19)与聚合物隔板(21)安装在装置机架(18)上，4个弧形磁极(17)通过接线分别连接变频控制单元(10)，依靠变频控制单元(10)控制磁场作用的方向和大小，所述4个弧形磁极(17)顺序同向设置，以此控制电磁流变纳米颗粒在水平方向均匀铺展，并在球形微磨具(8)的旋转作用下，绕球形微磨具(8)中心旋转。2.根据权利要求1所述的基于电磁流变效应的球形微磨具在线柔性修整装置，其特征在于：弧形磁极(17)均包括弧形铁芯(19)、铜线圈(20)和聚合物隔板(21)。3.根据权利要求1所述的基于电磁流变效应的球形微磨具在线柔性修整装置，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜潮，陈启迪，李伟，任莹晖，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：
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