CN107877394A - 一种基于空化效应的气液固三相磨粒流平面抛光系统 - Google Patents

一种基于空化效应的气液固三相磨粒流平面抛光系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于空化效应的气液固三相磨粒流平面抛光系统，包括二自由度移动装置、气液固混合装置、旋转驱动装置、空化抛光工具、工件装夹装置、工件加工池、磨粒流循环装置、高压气体注入装置和控制台，空化抛光工具包括外约束块和内约束块，内约束块与外约束块共同形成入口大、出口小的环形窄缝流道，该环形窄缝流道通过外约束体上的内部流道与旋转主轴上的通孔相通。本发明利用结构空化原理，在空化抛光工具上设置环形窄缝流道，利用入口较大出口较小的流道设计实现了液体本身的结构空化，实现工件表面的高效材料去除率；通过空化抛光工具上圆角的设计实现液体二次空化，提高了流体抛光加工效率。

Description

一种基于空化效应的气液固三相磨粒流平面抛光系统
技术领域
本发明涉及超精密抛光加工技术领域，更具体的说，尤其涉及一种基于空化效应的气液固三相磨粒流平面抛光系统。
背景技术
随着电子信息技术的发展，精密和超精密的光学和半导体元器件被越来越多的使用。光学材料和半导体材料的表面实现高效的超光滑加工变得越来越重要。
液体抛光作为新兴的抛光方式，由于加工过程中不产生无亚表层损伤且表面粗糙度低等特点，逐渐被应用到光学材料和半导体材料加工中，然而液体抛光效率低的天生缺陷极大的限制了液体抛光的实际使用，使得液体抛光技术难以在实际生产中大范围推广。另外现有的液体抛光技术大多需要速度快，流量大，压力高的流体进行抛光作业，这也使得液体抛光对加工设备普遍都有较高的要求，从而造成流体抛光加工成本高。
空化效应是指液体内局部压力降低时，液体内部或液固交界面上蒸汽或气体的空穴的形成、发展和溃灭的过程。当液体经过由大到小的流道并流出时，会产生较大的低压区，液体在此区域会发生空化，产生巨大的能力。利用液体空化的微射流驱动液体内部混合的磨粒，使磨粒产生巨大能量撞击工件表示，达到工件表面的高效材料去除。
在流体加工中引入气体，利用气泡溃灭产生的微射流驱动磨粒撞击加工工件，即采用流体空化技术进行抛光加工，从而提高流体加工的效率是流体抛光的一种趋势。例如申请号为CN201510056821.1的中国发明专利提出了一种基于三相磨粒流的超光滑表面精密流体圆盘抛光装置，在入口处通入微气泡，利用微气泡的溃灭提高加工效率，然而该方法仅通过外部注入气泡的方式，产生的空化为伪空化，产生的微射流能量远小于结构空化或超声空化产生的微射流能量，无法实质性的提高加工效率；同时该方法利用三个入口通入磨粒流，无法在圆周上达到均匀地去除。再比如申请号为CN201610914661.4的中国发明专利提出了一种基于结构空化效应的高效流体光整加工方法及装置，利用文丘里管结构产生结构空化以提高加工效率，然而其在圆周设置多个文丘里管空化单元的方法依然存在圆周方向去除率不均匀的问题；专利CN201510056123.1提出一种利用气液固三相磨粒流的超声波抛光加工装置，利用超声产生空化提高加工效率，然而超声发生器价格昂贵能耗高，增加效率的同时也增加了加工成本。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有三相磨粒流抛光效率提升效果不明显，加工面去除量不均匀或者成本过高等缺点，提出了一种基于空化效应的气液固三相磨粒流平面抛光系统，利用外部混合气体和结构空化气体共同溃灭，产生微射流驱动磨粒撞击工件，在不增加加工成本的基础上，改变抛光工具结构从而改善现有三相磨粒流加工效率低以及抛光去除量不均匀的问题，从而提高了加工效率和加工效果，实现大平面工件高效和高质量加工，通过改变流道结构，实现工件加工圆周方向去除量的一致性。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种基于空化效应的气液固三相磨粒流平面抛光系统，包括二自由度移动装置、气液固混合装置、旋转驱动装置、空化抛光工具、工件装夹装置、工件加工池、磨粒流循环装置、高压气体注入装置和控制台，所述旋转驱动装置安装在二自由度移动装置上，二自由度移动装置运动时带动旋转驱动装置在水平方向和竖直方向两个方向上做直线运动；所述气液固混合装置安装在旋转驱动装置的安装底座上，旋转驱动装置的旋转端连接空化抛光工具，所述工件装夹装置固定在所述空化抛光工具的下方，待加工工件装夹在工件装夹装置上；所述工件加工池安装在所述工件装夹装置下方，磨粒流循环装置连接工件加工池下方出口和气液固混合装置的液固二相磨粒流入口，在磨粒流循环装置、工件加工池和气液固混合装置之间形成液固二相磨粒流的内循环；所述高压气体注入装置连接气液固混合装置并向气液固混合装置中注入高压气体，所述二自由度移动装置、旋转驱动装置、工件装夹装置、磨粒流循环装置和高压气体注入装置均与控制台连接，控制台控制二自由度移动装置、旋转驱动装置、工件装夹装置、磨粒流循环装置和高压气体注入装置的运动；
所述二自由度移动装置包括水平直线模组、驱动所述水平直线模组运动的水平伺服电机、竖直直线模组和驱动所述竖直直线模组运动的竖直伺服电机，所述竖直直线模组安装在所述水平直线模组的滑块上；
所述气液固混合装置上设置有液固二相磨粒流入口、高压气体入口和气液固三相磨粒流出口，磨粒流循环装置通过磨粒流管道连接所述液固二相磨粒流入口，高压气体注入装置通过高压气管连接所述高压气体入口，所述气液固三相磨粒流出口与旋转驱动装置的旋转接头相连通；
所述旋转驱动装置包括安装底座、旋转伺服电机、旋转主轴、轴承、轴承座、主动同步带轮、从动同步带轮、同步带和旋转接头，所述安装底座固定在所述竖直直线模组的滑块上，所述旋转伺服电机固定安装底座上，气液固混合装置固定在所述安装底座的上方，气液固混合装置的气液固三相磨粒流出口通过旋转接头连接竖直设置的旋转主轴，所述旋转接头固定在安装底座上，所述旋转主轴通过轴承安装在固定于安装底座上的轴承座上；所述主动同步带轮安装在旋转伺服电机的电机轴上，所述从动同步带轮固定在旋转主轴上，所述主动同步带轮和从动同步带轮之间通过同步带连接，旋转伺服电机的运动时通过同步带带动所述旋转主轴转动；所述旋转主轴下部安装有有法兰，旋转主轴内部设置有上下贯穿并用作气液固三相磨粒流流道的通孔；
所述空化抛光工具包括外约束块和内约束块，所述外约束块的上端与旋转主轴下端的法兰固定连接，外约束块的底部设置有内陷的内锥形流道约束面，内陷的内锥形流道约束面底部设置有中心螺纹孔；所述内约束块上端设置有与外约束块上的中心螺纹孔相配合的中心螺杆，内约束块在中心螺杆的周围设置有外锥形流道约束面，内约束块与外约束块通过中心螺杆和中心螺纹孔配合连接时外约束块上的内锥形流道约束面和内约束块上的外锥形流道约束面共同形成入口大、出口小的环形窄缝流道，该环形窄缝流道通过外约束体上的内部流道与旋转主轴上的通孔相通。
进一步的，所述工件装夹装置包括负压吸附壳体、负压吸附盖板、负压泵、水过滤器、负压压力表、负压开关、电磁阀和负压气管，所述负压吸附壳体的上表面均匀设置有多个上下贯穿的细孔，所述负压吸附盖板上设置有有一个上下贯穿的气孔，所述负压吸附壳体和负压吸附盖板固定连接，负压吸附壳体和负压吸附盖板之间形成中空的负压吸附腔，所述负压泵通过负压气管依次连接电磁阀、负压开关、负压压力表、水过滤器和负压吸附盖板上的气孔，通过负压泵将负压气管和负压吸附腔内进行负压吸附，将待加工工件吸附在负压吸附壳体的上表面。
进一步的，所述高压气体注入装置包括高压气泵、电气比例阀、高压气体开关、高压气体气压表、单向阀和高压气管，所述高压气泵通过高压气管依次连接电气比例阀、高压气体开关、高压气体气压表、单向阀和气液固混合装置的高压气体入口。
进一步的，所述气液固混合装置上设置的高压气体入口垂直于气液固混合装置内的流体流动方向，高压气体入口与气液固混合装置内部的通孔之间通过微孔连通。
进一步的，所述微孔的孔径在0.1～0.2mm之间。
进一步的，所述外约束块的底部边缘呈圆角设置。
进一步的，所述负压吸附壳体和负压吸附盖板之间通过密封圈密封，负压吸附壳体和负压吸附盖板通过螺钉固定连接。
进一步的，所述空化抛光工具的内约束块下表面为与待加工工件需要加工的表面形状相仿的平面或固定曲率的曲面。
进一步的，所述磨粒流循环装置包括自吸泵、伺服阀、磨粒流流量计、磨粒流压力表和磨粒流管道，所述自吸泵入口通过磨粒流管道连接工件加工池下方的磨粒流出口，所述自吸泵出口通过磨粒流管道依次经过伺服阀、磨粒流流量计和磨粒流压力表连接气液固混合装置的液固二相磨粒流入口。
本发明的有益效果在于：
1、本发明利用结构空化原理，在空化抛光工具上设置环形窄缝流道，利用入口较大出口较小的流道设计实现了液体本身的结构空化，实现工件表面的高效材料去除率。
2、本发明通过空化抛光工具上圆角的设计实现液体二次空化，提高了流体抛光加工效率。
3、本发明通过多次空化和外部空气混入使抛光工具可在较低的入口流速下工作，从而降低了配套设备的费用，且加工效率依然得到保障。
4、本发明的气体入口利用微孔即较小的细孔混入空气，便于控制高压气体的混入量，提高了加工的稳定性。
5、本发明利用气液固混合装置将气体混入液固二相磨粒流中，增加了工件表面气泡溃灭的概率，提供了抛光效率。
6、本发明利用流道的结构将单个入口的磨粒流均匀地与加工工件接触，确保了加工材料去除的均匀性，提高了加工工件表面的一致性。
7、本发明可以通过改变空化抛光工具的下底面形状，可实现对平面或定曲率曲面工具的加工。
8、本发明利用气液固三相磨粒流对工件表面进行加工，不会对工件造成牙表面损伤。
9、本发明采用高精度的伺服阀、电气比例阀灯电控阀实现磨粒流和高压气体流速和压力的精确控制，确保不同材料的加工参数精确可控。
10、本发明利用旋转驱动装置使空化抛光工具在加工时自转，消除了空化抛光工具本身加工不均匀对抛光加工造成的影响，提高了工件加工的均匀性。
11、本发明利用高精度的水平直线模组和竖直直线模组实现空化抛光工具的二自由度运动，可精确控制空化抛光工具与待加工工件之间的距离，并且可以实现大面积工件的加工。
12、本发明利用吸负压的方式装夹工件，不会对工件造成破坏性的影响，并且便于工件的反复拆装。
13、本发明利用磨粒流循环装置实现液固二相磨粒流的循环利用，并通过伺服阀精确控制液固二相磨粒流的流速，通过磨粒流压力表实时掌握液固二相磨粒流的压力，利用磨粒流流量计精确观测液固二相磨粒流的流量，从而对液固二相磨粒流的流速和压力进行精确控制，通过与气液固混合装置的配合更好的获得指定流速和压力的气液固三相磨粒流，减少了液固二相磨粒流的消耗并提高了加工效率。
14、本发明通过控制台分别对水平伺服电机、竖直伺服电机、旋转伺服电机、电气比例阀、电磁阀和伺服阀进行控制，并读取流量计、磨粒流压力表、高压气体压力表和负压压力表的数据，从而准确控制气液固三相磨粒流的流速、高压气体的气压、工件装夹装置的开合、空化抛光工具的空间位置和转速，从而获得了更好的加工效果和加工效率。
附图说明
图1是本发明一种基于空化效应的气液固三相磨粒流平面抛光系统的结构示意图。
图2是本发明旋转驱动装置、工件装夹装置、空化抛光工具、磨粒流循环装置和控制台的结构及连接示意图。
图3是本发明旋转驱动装置、工件装夹装置和空化抛光工具的部件放大示意图。
图4是发明高压气体注入装置的结构示意图。
图5是本发明工件装置装置的吸负压部分的结构头示意图。
图6是本发明空化抛光工具和工件装置的部件放大示意图。
图中，01-二自由度移动装置、02-气液固混合装置、03-旋转驱动装置、04-空化抛光工具、05-工件装夹装置、06-工件加工池、07-磨粒流循环装置、08-高压气体注入装置、09-控制台、10-待加工工件、0101-水平直线模组、0102-水平伺服电机、0103-竖直直线模组、0104-竖直伺服电机、0201-液固二相磨粒流入口、0202-高压气体入口、0203-气液固三相磨粒流出口、0301-安装底座、0302-旋转伺服电机、0303-旋转主轴、0304-轴承、0305-轴承座、0306-主动同步带轮、0307-从动同步带轮、0308-同步带、0309-旋转接头、030201-电机轴、030301-法兰、030302-通孔、0401-外约束块、0402-内约束块、0403-环形窄缝流道、0501-负压吸附壳体、0502-负压吸附盖板、0503-负压泵、0504-水过滤器、0505-负压压力表、0506-负压开关、0507-电磁阀、0508-负压气管、050101-细孔、0701-自吸泵、0702-伺服阀、0703-磨粒流流量计、0704-磨粒流压力表、0705-磨粒流管道、0801-高压气泵、0802-电气比例阀、0803-高压气体开关、0804-高压气体气压表、0805-单向阀、0806-高压气管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1～6所示，一种基于空化效应的气液固三相磨粒流平面抛光系统，包括二自由度移动装置01、气液固混合装置02、旋转驱动装置03、空化抛光工具04、工件装夹装置05、工件加工池06、磨粒流循环装置07、高压气体注入装置08和控制台09，所述旋转驱动装置03安装在二自由度移动装置01上，二自由度移动装置01运动时带动旋转驱动装置03在水平方向和竖直方向两个方向上做直线运动；所述气液固混合装置02安装在旋转驱动装置03的安装底座0301上，旋转驱动装置03的旋转端连接空化抛光工具04，所述工件装夹装置05固定在所述空化抛光工具04的下方，待加工工件10装夹在工件装夹装置05上；所述工件加工池06安装在所述工件装夹装置05下方，磨粒流循环装置07连接工件加工池06下方出口和气液固混合装置02的液固二相磨粒流入口0201，在磨粒流循环装置07、工件加工池06和气液固混合装置02之间形成液固二相磨粒流的内循环；所述高压气体注入装置08连接气液固混合装置02并向气液固混合装置02中注入高压气体，所述二自由度移动装置01、旋转驱动装置03、工件装夹装置05、磨粒流循环装置07和高压气体注入装置08均与控制台09连接，控制台09控制二自由度移动装置01、旋转驱动装置03、工件装夹装置05、磨粒流循环装置07和高压气体注入装置08的运动。
所述二自由度移动装置01包括水平直线模组0101、驱动所述水平直线模组0101运动的水平伺服电机0102、竖直直线模组0103和驱动所述竖直直线模组0103运动的竖直伺服电机0104，所述竖直直线模组0103安装在所述水平直线模组0101的滑块上。
所述气液固混合装置02上设置有液固二相磨粒流入口0201、高压气体入口0202和气液固三相磨粒流出口0203，磨粒流循环装置07通过磨粒流管道0705连接所述液固二相磨粒流入口0201，高压气体注入装置08通过高压气管0806连接所述高压气体入口0202，所述气液固三相磨粒流出口0203与旋转驱动装置03的旋转接头0309相连通。
所述旋转驱动装置03包括安装底座0301、旋转伺服电机0302、旋转主轴0303、轴承0304、轴承座0305、主动同步带轮0306、从动同步带轮0307、同步带0308和旋转接头0309，所述安装底座0301固定在所述竖直直线模组0103的滑块上，所述旋转伺服电机0302固定安装底座0301上，气液固混合装置02固定在所述安装底座0301的上方，气液固混合装置02的气液固三相磨粒流出口0203通过旋转接头0309连接竖直设置的旋转主轴0303，所述旋转接头0309固定在安装底座0301上，所述旋转主轴0303通过轴承0304安装在固定于安装底座0301上的轴承座0305上；所述主动同步带轮0306安装在旋转伺服电机0302的电机轴030201上，所述从动同步带轮0307固定在旋转主轴0303上，所述主动同步带轮0306和从动同步带轮0307之间通过同步带0308连接，旋转伺服电机0302的运动时通过同步带0308带动所述旋转主轴0303转动；所述旋转主轴0303下部安装有有法兰0300301，旋转主轴0303内部设置有上下贯穿并用作气液固三相磨粒流流道的通孔0300302。
所述空化抛光工具04包括外约束块0401和内约束块0402，所述外约束块0401的上端与旋转主轴0303下端的法兰0300301固定连接，外约束块0401的底部设置有内陷的内锥形流道约束面，内陷的内锥形流道约束面底部设置有中心螺纹孔，外约束块0401内部还设置有内部流道；所述内约束块0402上端设置有与外约束块0401上的中心螺纹孔相配合的中心螺杆，内约束块0402在中心螺杆的周围设置有外锥形流道约束面，内约束块0402与外约束块0401通过中心螺杆和中心螺纹孔配合连接时外约束块0401上的内锥形流道约束面和内约束块0402上的外锥形流道约束面共同形成入口大、出口小的环形窄缝流道0403，该环形窄缝流道0403通过外约束体上的内部流道与旋转主轴0303上的通孔0300302相通。外约束块0401的上端连接法兰0300301，且外约束块0401和法兰0300301之间通过密封圈密封连接。
所述工件装夹装置05包括负压吸附壳体0501、负压吸附盖板0502、负压泵0503、水过滤器0504、负压压力表0505、负压开关0506、电磁阀0507和负压气管0508，所述负压吸附壳体0501的上表面均匀设置有多个上下贯穿的细孔050101，所述负压吸附盖板0502上设置有有一个上下贯穿的气孔，所述负压吸附壳体0501和负压吸附盖板0502固定连接，负压吸附壳体0501和负压吸附盖板0502之间形成中空的负压吸附腔，所述负压泵0503通过负压气管0508依次连接电磁阀0507、负压开关0506、负压压力表0505、水过滤器0504和负压吸附盖板0502上的气孔，通过负压泵0503将负压气管0508和负压吸附腔内进行负压吸附，将待加工工件10吸附在负压吸附壳体0501的上表面。
所述高压气体注入装置08包括高压气泵0801、电气比例阀0802、高压气体开关0803、高压气体气压表0804、单向阀0805和高压气管0806，所述高压气泵0801通过高压气管0806依次连接电气比例阀0802、高压气体开关0803、高压气体气压表0804、单向阀0805和气液固混合装置02的高压气体入口0202。
所述气液固混合装置02上设置的高压气体入口0202垂直于气液固混合装置02内的流体流动方向，高压气体入口0202与气液固混合装置02内部的通孔0300302之间通过微孔连通。所述微孔的孔径在0.1～0.2mm之间。
所述外约束块0401的底部边缘呈圆角设置。气液固三相磨粒流经过该圆角时压力突然减小使气液固三相磨粒流产生第二次空化效应，使抛光效果更好。
所述负压吸附壳体0501和负压吸附盖板0502之间通过密封圈密封，负压吸附壳体0501和负压吸附盖板0502通过螺钉固定连接。
所述空化抛光工具04的内约束块0402下表面为与待加工工件10需要加工的表面形状相仿的平面或固定曲率的曲面。即内约束块0402下表面上任何一点与待加工工件10需要加工的表面的最短距离都是相同的，保证在加工时待加工工件10需要加工的表面上沿圆周方向加工始终是均匀的。
所述磨粒流循环装置07包括自吸泵0701、伺服阀0702、磨粒流流量计0703、磨粒流压力表0704和磨粒流管道0705，所述自吸泵0701入口通过磨粒流管道0705连接工件加工池06下方的磨粒流出口，所述自吸泵0701出口通过磨粒流管道0705依次经过伺服阀0702、磨粒流流量计0703和磨粒流压力表0704连接气液固混合装置02的液固二相磨粒流入口0201。自吸泵0701为液固二相磨粒流的循环运动提供动力，通过伺服阀0702的开关和通量调节实现液固二相磨粒流的流速调节，磨粒流流量计0703用于实时检测和获取液固二相磨粒流的流速、磨粒流压力表0704用于实时检测和获取液固二相磨粒流的压力。
本发明在进行抛光加工时，液固二相磨粒流通过自吸泵0701获得较高的流速和压力，通过磨粒流管道0705依次经过伺服阀0702、流量计0703、磨粒流压力表0704和液固二相磨粒流入口0201进入到气液固混合装置02中；于此同时，气压泵0801中产生高压气体，高压气体通过高压气管0806依次经过电气比例阀0802、高压气体开关0803、高压气体压力表0804、单向阀0805后从高压气体入口0202连接气液固混合装置02的微孔中进入气液固混合装置02。液固二相磨粒流与高压气体在气液固混合装置02内混合形成气液固三相磨粒流，气液固三相磨粒流依次经过气液固三相磨粒流出口0203、旋转接头0309和旋转主轴0303进入空化抛光装置04中，气液固三相磨粒流在经过空化抛光装置04的环形窄缝流道0403后形成第一次空化，第一次空化产生的微射流驱动气液固三相磨粒流内部的磨粒撞击空化加工装置04下方的待加工工件10，从而实现工待加工工件10表面的高效加工。加工后的气液固三相磨粒流进入工件加工池06，由工件加工池06底部磨粒流出口通过磨粒流管道0705进入自吸泵0701中并再次进入循环中。二自由度移动装置01的水平直线模组0101和竖直直线模组0103分别由水平伺服电机0102和竖直伺服电机0104驱动，带动安装在竖直直线模组0103上的旋转驱动装置03上下和左右运动，旋转伺服电机0302通过安装在电机轴030201上的主动同步带轮0306和同步带0308带动从动同步带轮0307旋转，从动同步带轮0307带动旋转主轴0303和安装在旋转主轴0303下方的空化抛光工具04旋转。旋转主轴0303上方的旋转接头0309下部随旋转主轴0303转动，上部保持静止，确保安装在上方的气液固混合装置02保持静止状态而不随旋转主轴0303一起转动。
负压泵0503产生负压，通过负压气管0508依次经过电磁阀0507、负压开关0506、负压气压表0505和水过滤器0504后连接到负压吸附腔0509，并在负压吸附腔0509内产生负压，负压吸附腔0509通过负压吸附壳体0501的上表面的细孔050101将待加工工件10吸附在负压吸附壳体0501上表面。
控制台09分别对水平伺服电机0102、竖直伺服电机0104、旋转伺服电机0302、电气比例阀0802、电磁阀0507和伺服阀0702进行控制，并读取流量计0703、磨粒流压力表0704、高压气体压力表0804和负压压力表0505的数据。从而准确控制气液固三相磨粒流的流速、高压气体的气压、工件装夹装置05的开合、空化抛光工具04的空间位置和转速。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于空化效应的气液固三相磨粒流平面抛光系统，其特征在于：包括二自由度移动装置(01)、气液固混合装置(02)、旋转驱动装置(03)、空化抛光工具(04)、工件装夹装置(05)、工件加工池(06)、磨粒流循环装置(07)、高压气体注入装置(08)和控制台(09)，所述旋转驱动装置(03)安装在二自由度移动装置(01)上，二自由度移动装置(01)运动时带动旋转驱动装置(03)在水平方向和竖直方向两个方向上做直线运动；所述气液固混合装置(02)安装在旋转驱动装置(03)的安装底座(0301)上，旋转驱动装置(03)的旋转端连接空化抛光工具(04)，所述工件装夹装置(05)固定在所述空化抛光工具(04)的下方，待加工工件(10)装夹在工件装夹装置(05)上；所述工件加工池(06)安装在所述工件装夹装置(05)下方，磨粒流循环装置(07)连接工件加工池(06)下方出口和气液固混合装置(02)的液固二相磨粒流入口(0201)，在磨粒流循环装置(07)、工件加工池(06)和气液固混合装置(02)之间形成液固二相磨粒流的内循环；所述高压气体注入装置(08)连接气液固混合装置(02)并向气液固混合装置(02)中注入高压气体，所述二自由度移动装置(01)、旋转驱动装置(03)、工件装夹装置(05)、磨粒流循环装置(07)和高压气体注入装置(08)均与控制台(09)连接，控制台(09)控制二自由度移动装置(01)、旋转驱动装置(03)、工件装夹装置(05)、磨粒流循环装置(07)和高压气体注入装置(08)的运动；
所述二自由度移动装置(01)包括水平直线模组(0101)、驱动所述水平直线模组(0101)运动的水平伺服电机(0102)、竖直直线模组(0103)和驱动所述竖直直线模组(0103)运动的竖直伺服电机(0104)，所述竖直直线模组(0103)安装在所述水平直线模组(0101)的滑块上；
所述气液固混合装置(02)上设置有液固二相磨粒流入口(0201)、高压气体入口(0202)和气液固三相磨粒流出口(0203)，磨粒流循环装置(07)通过磨粒流管道(0705)连接所述液固二相磨粒流入口(0201)，高压气体注入装置(08)通过高压气管(0806)连接所述高压气体入口(0202)，所述气液固三相磨粒流出口(0203)与旋转驱动装置(03)的旋转接头(0309)相连通；
所述旋转驱动装置(03)包括安装底座(0301)、旋转伺服电机(0302)、旋转主轴(0303)、轴承(0304)、轴承座(0305)、主动同步带轮(0306)、从动同步带轮(0307)、同步带(0308)和旋转接头(0309)，所述安装底座(0301)固定在所述竖直直线模组(0103)的滑块上，所述旋转伺服电机(0302)固定安装底座(0301)上，气液固混合装置(02)固定在所述安装底座(0301)的上方，气液固混合装置(02)的气液固三相磨粒流出口(0203)通过旋转接头(0309)连接竖直设置的旋转主轴(0303)，所述旋转接头(0309)固定在安装底座(0301)上，所述旋转主轴(0303)通过轴承(0304)安装在固定于安装底座(0301)上的轴承座(0305)上；所述主动同步带轮(0306)安装在旋转伺服电机(0302)的电机轴(030201)上，所述从动同步带轮(0307)固定在旋转主轴(0303)上，所述主动同步带轮(0306)和从动同步带轮(0307)之间通过同步带(0308)连接，旋转伺服电机(0302)的运动时通过同步带(0308)带动所述旋转主轴(0303)转动；所述旋转主轴(0303)下部安装有有法兰(0300301)，旋转主轴(0303)内部设置有上下贯穿并用作气液固三相磨粒流流道的通孔(0300302)；
所述空化抛光工具(04)包括外约束块(0401)和内约束块(0402)，所述外约束块(0401)的上端与旋转主轴(0303)下端的法兰(0300301)固定连接，外约束块(0401)的底部设置有内陷的内锥形流道约束面，内陷的内锥形流道约束面底部设置有中心螺纹孔；所述内约束块(0402)上端设置有与外约束块(0401)上的中心螺纹孔相配合的中心螺杆，内约束块(0402)在中心螺杆的周围设置有外锥形流道约束面，内约束块(0402)与外约束块(0401)通过中心螺杆和中心螺纹孔配合连接时外约束块(0401)上的内锥形流道约束面和内约束块(0402)上的外锥形流道约束面共同形成入口大、出口小的环形窄缝流道(0403)，该环形窄缝流道(0403)通过外约束体上的内部流道与旋转主轴(0303)上的通孔(0300302)相通。
2.根据权利要求1所述的一种基于空化效应的气液固三相磨粒流平面抛光系统，其特征在于：所述工件装夹装置(05)包括负压吸附壳体(0501)、负压吸附盖板(0502)、负压泵(0503)、水过滤器(0504)、负压压力表(0505)、负压开关(0506)、电磁阀(0507)和负压气管(0508)，所述负压吸附壳体(0501)的上表面均匀设置有多个上下贯穿的细孔(050101)，所述负压吸附盖板(0502)上设置有有一个上下贯穿的气孔，所述负压吸附壳体(0501)和负压吸附盖板(0502)固定连接，负压吸附壳体(0501)和负压吸附盖板(0502)之间形成中空的负压吸附腔，所述负压泵(0503)通过负压气管(0508)依次连接电磁阀(0507)、负压开关(0506)、负压压力表(0505)、水过滤器(0504)和负压吸附盖板(0502)上的气孔，通过负压泵(0503)将负压气管(0508)和负压吸附腔内进行负压吸附，将待加工工件(10)吸附在负压吸附壳体(0501)的上表面。
3.根据权利要求1所述的一种基于空化效应的气液固三相磨粒流平面抛光系统，其特征在于：所述高压气体注入装置(08)包括高压气泵(0801)、电气比例阀(0802)、高压气体开关(0803)、高压气体气压表(0804)、单向阀(0805)和高压气管(0806)，所述高压气泵(0801)通过高压气管(0806)依次连接电气比例阀(0802)、高压气体开关(0803)、高压气体气压表(0804)、单向阀(0805)和气液固混合装置(02)的高压气体入口(0202)。
4.根据权利要求1所述的一种基于空化效应的气液固三相磨粒流平面抛光系统，其特征在于：所述气液固混合装置(02)上设置的高压气体入口(0202)垂直于气液固混合装置(02)内的流体流动方向，高压气体入口(0202)与气液固混合装置(02)内部的通孔(0300302)之间通过微孔连通。
5.根据权利要求4所述的一种基于空化效应的气液固三相磨粒流平面抛光系统，其特征在于：所述微孔的孔径在0.1～0.2mm之间。
6.根据权利要求1所述的一种基于空化效应的气液固三相磨粒流平面抛光系统，其特征在于：所述外约束块(0401)的底部边缘呈圆角设置。
7.根据权利要求2所述的一种基于空化效应的气液固三相磨粒流平面抛光系统，其特征在于：所述负压吸附壳体(0501)和负压吸附盖板(0502)之间通过密封圈密封，负压吸附壳体(0501)和负压吸附盖板(0502)通过螺钉固定连接。
8.根据权利要求1所述的一种基于空化效应的气液固三相磨粒流平面抛光系统，其特征在于：所述空化抛光工具(04)的内约束块(0402)下表面为与待加工工件(10)需要加工的表面形状相仿的平面或固定曲率的曲面。
9.根据权利要求1所述的一种基于空化效应的气液固三相磨粒流平面抛光系统，其特征在于：所述磨粒流循环装置(07)包括自吸泵(0701)、伺服阀(0702)、磨粒流流量计(0703)、磨粒流压力表(0704)和磨粒流管道(0705)，所述自吸泵(0701)入口通过磨粒流管道(0705)连接工件加工池(06)下方的磨粒流出口，所述自吸泵(0701)出口通过磨粒流管道(0705)依次经过伺服阀(0702)、磨粒流流量计(0703)和磨粒流压力表(0704)连接气液固混合装置(02)的液固二相磨粒流入口(0201)。
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