CN109877714B - 一种多场辅助超微射流加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多场辅助超微射流加工装置，属于超微射流加工装置。运动控制系统固定连接在框架支撑系统的底部，多相射流聚焦喷射系统,闭环稳压控制系统和多场辅助系统分别安装在框架支撑系统上，闭环稳压控制系统通过多场辅助系统与多相射流聚焦喷射系统连接。优点是结构新颖，磨料浆体通过保护液体的压缩，保护液体再经过高压气体的压缩，使磨料浆体直径减小，使得射流加工的直径小于喷嘴的直径，提高加工精度的同时又有效的减少喷嘴的磨损，通过旋转磁场作用磨料浆体，磨料浆体的磁性磨粒会旋转起来，提高了射流的加工效率。

Description

一种多场辅助超微射流加工装置

技术领域

本发明涉及一种超微射流加工装置，采用旋转磁场发生、射流稳压技术，适用于复杂形貌工件表面的微细加工。

背景技术

传统的机械加工会使加工零件表面产生残余应力，特种加工技术如激光加工，电火花加工，会使加工零件表面产生热损伤，而磨料水射流加工后的工件表面既没有残余应力，也没有热损伤。但现有磨料水射流加工装备的加工效率较低，而且射流的加工直径受限于喷嘴的直径，加工精度较低，无法满足实际生产需要。

因此提高磨料水射流加工装备的加工效率，突破微磨料水射流加工直径，对于提高我国微磨料水射流加工技术的整体水平具有重要的理论意义和实用价值。

发明内容

本发明提供一种多场辅助超微射流加工装置，以解决目前存在的射流加工效率较低且喷嘴极易磨损，以及加工直径受限于喷嘴的直径的问题。

本发明采取的技术方案是：包括运动控制系统，多相射流聚焦喷射系统,闭环稳压控制系统，多场辅助系统及框架支撑系统，其中运动控制系统固定连接在框架支撑系统的底部，多相射流聚焦喷射系统,闭环稳压控制系统和多场辅助系统分别安装在框架支撑系统上，闭环稳压控制系统通过多场辅助系统与多相射流聚焦喷射系统连接。

所述运动控制系统包括电动升降机构，X向二维位移平台，Y向二维位移平台和加工平台，电动升降机构的底座固定在框架支撑系统的底板上，X向二维位移平台底部固定在电动升降机构上，Y向二维位移平台底部固定在二维位移平台X向上部，加工平台固定在Y向二维位移平台上部。

所述框架支撑系统包括支撑板，立柱一，立柱二，连接件一的支撑件，电机支撑架，微型压电驱动器二的支撑件二，微型压电驱动器一的支撑件一，微型注射器一的支座一，微型注射器二的支座二，大金属片的支撑件一，大金属片的支撑件二，射流保护，底板，其中微型压电驱动器一的支撑件一和微型压电驱动器二的支撑件二固定在支撑板上，微型注射器一的支座一和微型注射器二的支座二固定在支撑板上，连接件一的支撑件底部分别立柱一和立柱二固定连接、上部与支撑板底部固定连接，支撑板底部分别与立柱一和立柱二固定连接，立柱一和立柱二下面固定在底板上，电机支撑架固定在射流保护罩上，射流保护罩固定在底板上，大金属片的支撑件一和大金属片的支撑件二套在带有法兰的保护液体射流管上，且大金属片的支撑件一和大金属片的支撑件二固定连接。

所述多相射流聚焦喷射系统包括带有法兰的磨料浆体射流管，带有法兰的保护液体射流管，喷嘴，带有通气孔的气-液-液三相射流混合腔，带有聚焦小孔的混合腔底盖，带有通保护液体孔的连接件一，带有通磨料浆体孔的连接件二；其中带有法兰的磨料浆体射流管在带有法兰的保护液体射流管内部、且与带有法兰的保护液体射流管同轴，带有法兰的磨料浆体射流管与支撑板和带有通保护液体孔的连接件一通过法兰固定连接在一起，带有法兰的磨料浆体射流管与带有通磨料浆体孔的连接件二通过螺纹连接，带有法兰的保护液体射流管上端与带有通保护液体孔的连接件一下端螺纹连接，带有法兰的保护液体射流管下端与射流保护罩和带有通气孔的气-液-液三相射流混合腔通过螺栓固定连接，喷嘴通过螺纹连接在磨料浆体射流管内部，带有聚焦小孔的混合腔底盖固定连接在带有通气孔的气-液-液三相混合腔的底面，带有通保护液体孔的连接件一上部与支撑板通过法兰固定连接。

所述带有聚焦小孔的混合腔底盖的小孔直径为100mm。

所述闭环稳压控制系统包括微型注射器一，微型注射器二，微型压电驱动器一，微型压电驱动器二，压力传感器一，压力传感器二，其中微型注射器一连接在连接件二的左侧支口处，微型注射器二连接在连接件一的右上侧支口处，微型压电驱动器一连接在微型注射器一推杆上，微型压电驱动器二连接在微型注射器二推杆上，压力传感器一连接在带有通磨料浆体孔的连接件二上部，压力传感器二连接在带有通保护液体孔的连接件一的右端支口处，微型注射器一安装在大支座一上，微型注射器二安装在大支座二上，微型压电驱动器一安装在小支座一上，微型压电驱动器二安装在小支座二上。

所述多场辅助系统包括旋转磁场发生装置，大金属片和小金属片，其中旋转磁场发生装置包括圆环滑轨，下部带有滑块的空心输出齿轮，N极磁铁，S极磁铁，盖板，电机和连接电机的输入齿轮，其中：圆环滑轨固定在射流保护罩上，下部带有滑块的空心输出齿轮安装在圆环滑轨上，N极磁铁和S极磁铁安装在下部带有滑块的空心输出齿轮的两个腔体内，盖板封盖在腔体上面，输入齿轮连接在电机上，电机固定在电机支撑架上，空心输出齿轮和输入齿轮啮合，大金属片套在保护液射流管的外部、且位于大金属片的支撑件一和大金属片的支撑件二上方，小金属片安装在保护液体射流管的底部和带有聚焦小孔的混合腔底盖之间。

本发明的有益效果是：磨料浆体通过保护液体的压缩，保护液体再经过高压气体的压缩，使磨料浆体直径减小，使得射流加工的直径小于喷嘴的直径，提高加工精度的同时又有效的减少喷嘴的磨损，通过旋转磁场作用磨料浆体，磨料浆体的磁性磨粒会旋转起来，提高了射流的加工效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明运动控制系统的结构示意图；

图3是本发明多相射流聚焦喷射系统的结构示意图；

图4是本发明闭环稳压控制系统的结构示意图；

图5是本发明多场辅助系统的结构示意图；

图6是本发明旋转磁场装置的结构示意图；

图7是本发明框架支撑系统的结构示意图；

图8是本发明多场辅助流动聚焦腔的结构示意图。

具体实施方式

包括运动控制系统1，多相射流聚焦喷射系统2,闭环稳压控制系统3，多场辅助系统4及框架支撑系统5，其中运动控制系统1固定连接在框架支撑系统5的底部，多相射流聚焦喷射系统2,闭环稳压控制系统3和多场辅助系统4分别安装在框架支撑系统5上，闭环稳压控制系统3通过多场辅助系统4与多相射流聚焦喷射系统2连接。

所述运动控制系统1包括电动升降机构101，X向二维位移平台102，Y向二维位移平台103和加工平台104，电动升降机构101的底座固定在框架支撑系统1的底板513上，X向二维位移平台102底部固定在电动升降机构101上，Y向二维位移平台103底部固定在二维位移平台X向102上部，加工平台104固定在Y向二维位移平台103上部。

所述框架支撑系统5包括支撑板501，立柱一502，立柱二503，连接件一207的支撑件504，电机支撑架505，微型压电驱动器二的支撑件二506，微型压电驱动器一的支撑件一509，微型注射器一的支座一508，微型注射器二303的支座二507，大金属片的支撑件一510，大金属片的支撑件二511，射流保护罩512，底板513，其中微型压电驱动器一的支撑件一509和微型压电驱动器二的支撑件二506固定在支撑板501上，微型注射器一的支座一508和微型注射器二的支座二507固定在支撑板501上，连接件一207的支撑件504底部分别立柱一502和立柱二503固定连接、上部与支撑板501底部固定连接，支撑板501底部分别与立柱一502和立柱二503固定连接，立柱一502和立柱二503下面固定在底板513上，电机支撑架505固定在射流保护罩512上，射流保护罩512固定在底板513上，大金属片的支撑件一510和大金属片的支撑件二511套在带有法兰的保护液体射流管202上，且大金属片的支撑件一510和大金属片的支撑件二511固定连接。

所述多相射流聚焦喷射系统2包括带有法兰的磨料浆体射流管201，带有法兰的保护液体射流管202，喷嘴203，带有通气孔206的气-液-液三相射流混合腔204，带有聚焦小孔的混合腔底盖205且小孔的直径为100mm，带有通保护液体孔208的连接件一207，带有通磨料浆体孔210的连接件二209；其中带有法兰的磨料浆体射流管201在带有法兰的保护液体射流管202内部、且与带有法兰的保护液体射流管202同轴，带有法兰的磨料浆体射流管201与支撑板501和带有通保护液体孔208的连接件一207通过法兰固定连接在一起，带有法兰的磨料浆体射流管201与带有通磨料浆体孔210的连接件二209通过螺纹连接，带有法兰的保护液体射流管202上端与带有通保护液体孔208的连接件一207下端螺纹连接，带有法兰的保护液体射流管202下端与射流保护罩512和带有通气孔206的气-液-液三相射流混合腔204通过螺栓固定连接，喷嘴203通过螺纹连接在磨料浆体射流管202内部，带有聚焦小孔的混合腔底盖205固定连接在带有通气孔206的气-液-液三相混合腔204的底面，带有通保护液体孔208的连接件一207上部与支撑板501通过法兰固定连接。

所述闭环稳压控制系统3包括微型注射器一302，微型注射器二303，微型压电驱动器一301，微型压电驱动器二304，压力传感器一305，压力传感器二306，其中微型注射器一302连接在连接件二209的左侧支口处，微型注射器二303连接在连接件一207的右上侧支口处，微型压电驱动器一301连接在微型注射器一302推杆上，微型压电驱动器二304连接在微型注射器二303推杆上，压力传感器一305连接在带有通磨料浆体孔210的连接件二209上部，压力传感器二306连接在带有通保护液体孔208的连接件一207的右端支口处，微型注射器一302安装在大支座一508上，微型注射器二303安装在大支座二507上，微型压电驱动器一301安装在小支座一509上，微型压电驱动器二304安装在小支座二506上。

所述多场辅助系统4包括旋转磁场发生装置401，大金属片402和小金属片403，其中旋转磁场发生装置401包括圆环滑轨40101，下部带有滑块的空心输出齿轮40102，N极磁铁40103，S极磁铁40104，盖板40105，电机40106和连接电机的输入齿轮40107，其中：圆环滑轨40101固定在射流保护罩512上，下部带有滑块的空心输出齿轮40102安装在圆环滑轨40101上，N极磁铁40103和S极磁铁40104安装在下部带有滑块的空心输出齿轮40102的两个腔体内，盖板40105封盖在腔体上面，输入齿轮40107连接在电机40106上，电机40106固定在电机支撑架505上，空心输出齿轮40102和输入齿轮40107啮合，大金属片402套在保护液射流管202的外部、且位于大金属片的支撑件一510和大金属片的支撑件二511上方，参见图7，小金属片403安装在保护液体射流管202的底部和带有聚焦小孔的混合腔底盖205之间。

下面结合附图说明本发明的工作过程：

首先，把待加工工件安装在图2的加工平台104上，图2的电动升降机构101将待加工工件提升到距离图3带有聚焦小孔的混合腔底盖205正下方5mm处，使得待加工工件的加工零点与聚焦小孔对齐，且小孔的直径为100mm；根据待加工工件的表面形貌编辑好程序，通过计算机调用程序，控制图1的运动控制系统1运动，从而在工件表面加工出所需的形貌。所述的多相射流聚焦喷射系统2，高压气体是由高压气泵提供的，高压气体的压强范围为0-30Mpa,保护液体和磨料浆体由气液增压泵增压,保护液体和磨料浆体的压强为0-30Mpa。如图3所示，高压气体从通气孔206通入气-液-液三相射流混合腔204，保护液体由保护液体孔208通入磨料浆体射流管202，磨料浆体由磨料浆体孔210通入磨料浆体射流管201。所述的闭环稳压控制系统3，稳定系统压力是通过图4的压力传感器一305对保护液体压力变化的反馈，从而控制压电驱动器二304的推杆推拉微注射器二303的活塞，以此来保证保护液体压强的稳定。同时，图4的压力传感器二306对磨料浆体压力变化的反馈，从而控制压电驱动器一301的推杆推拉微注射器一302的活塞，以此来保证磨料浆体压强的稳定。所述的多场辅助系统4，包括如图5的旋转磁场发生装置401，通有高压电的大金属片402和小金属片403。所述的旋转磁场发生装置401如图6所示，通过电机40106的旋转带动连接电机的输入齿轮40107，从而带动下部带有滑块的空心输出齿轮40102在圆环滑轨40101上旋转，从而产生旋转磁场。如图8，磁铁的磁感应强度为3500高斯。高强电场则由大金属片402通过导线连接高压电源正极和小金属片403通过导线连接高压电源负极产生，大金属片402安装在保护液体射流管202外部，小金属片403安装在流动聚焦底部，大金属片402与小金属片403之间的电压为0-20000V；

磨料浆体的磨料颗粒直径为60-100nm的纳米级磁性磨粒，保护液为导电液体，保护液体的压强大于磨料浆体的压强，气-液-液三相混合腔204内通入气体的压强大于保护液体的压强；

待加工工件的加工深度通过射流对待加工工件的作用时间来精确控制。

Claims (1)

1.一种多场辅助超微射流加工装置，其特征在于：包括运动控制系统、多相射流聚焦喷射系统、闭环稳压控制系统和多场辅助系统及框架支撑系统，其中运动控制系统固定连接在框架支撑系统的底部，多相射流聚焦喷射系统, 闭环稳压控制系统和多场辅助系统分别安装在框架支撑系统上，闭环稳压控制系统通过多相射流聚焦喷射系统与多场辅助系统连接；

所述运动控制系统包括电动升降机构、X向二维位移平台、Y向二维位移平台和加工平台，电动升降机构的底座固定在框架支撑系统的底板上，X向二维位移平台底部固定在电动升降机构上，Y向二维位移平台底部固定在X向二维位移平台上部，加工平台固定在Y向二维位移平台上部；

所述框架支撑系统包括支撑板、立柱一、立柱二、连接件一的支撑件、电机支撑架、微型压电驱动器二的支撑件二、微型压电驱动器一的支撑件一、微型注射器一的支座一、微型注射器二的支座二、大金属片的支撑件一、大金属片的支撑件二、射流保护罩和底板，其中微型压电驱动器一的支撑件一和微型压电驱动器二的支撑件二固定在支撑板上，微型注射器一的支座一和微型注射器二的支座二固定在支撑板上，连接件一的支撑件分别与立柱一和立柱二固定连接，连接件一的支撑件上部与支撑板底部固定连接，支撑板底部分别与立柱一和立柱二固定连接，立柱一和立柱二下面固定在底板上，电机支撑架固定在射流保护罩上，射流保护罩固定在底板上，大金属片的支撑件一和大金属片的支撑件二套在带有法兰的保护液体射流管上，且大金属片的支撑件一和大金属片的支撑件二固定连接；

所述多相射流聚焦喷射系统包括带有法兰的磨料浆体射流管、带有法兰的保护液体射流管、喷嘴、带有通气孔的气-液-液三相射流混合腔、带有聚焦小孔的混合腔底盖、带有通保护液体孔的连接件一和带有通磨料浆体孔的连接件二；其中带有法兰的磨料浆体射流管在带有法兰的保护液体射流管内部、且与带有法兰的保护液体射流管同轴，带有法兰的磨料浆体射流管与带有通保护液体孔的连接件一通过法兰固定连接在一起，带有法兰的磨料浆体射流管与带有通磨料浆体孔的连接件二通过螺纹连接，带有法兰的保护液体射流管上端与带有通保护液体孔的连接件一下端螺纹连接，带有法兰的保护液体射流管下端与射流保护罩和带有通气孔的气-液-液三相射流混合腔通过螺栓固定连接，喷嘴通过螺纹连接在带有法兰的保护液体射流管内部，带有聚焦小孔的混合腔底盖固定连接在带有通气孔的气-液-液三相混合腔的底面，带有通保护液体孔的连接件一上部与支撑板通过法兰固定连接；

所述带有聚焦小孔的混合腔底盖的小孔直径为100mm；

所述闭环稳压控制系统包括微型注射器一、微型注射器二、微型压电驱动器一、微型压电驱动器二、压力传感器一和压力传感器二，其中微型注射器一连接在带有通磨料浆体孔的连接件二的左侧支口处，微型注射器二连接在带有通保护液体孔的连接件一的右上侧支口处，微型压电驱动器一连接在微型注射器一推杆上，微型压电驱动器二连接在微型注射器二推杆上，压力传感器一连接在带有通磨料浆体孔的连接件二上部，压力传感器二连接在带有通保护液体孔的连接件一的右端支口处，微型注射器一安装在微型注射器一的支座一上，微型注射器二安装在微型注射器二的支座二上，微型压电驱动器一安装在微型压电驱动器一的支撑件一上，微型压电驱动器二安装在微型压电驱动器二的支撑件二上；

所述多场辅助系统包括旋转磁场发生装置、大金属片和小金属片，其中旋转磁场发生装置包括圆环滑轨、下部带有滑块的空心输出齿轮、N极磁铁、S极磁铁、盖板、电机和连接电机的输入齿轮，其中：圆环滑轨固定在射流保护罩上，下部带有滑块的空心输出齿轮安装在圆环滑轨上，N极磁铁和S极磁铁安装在下部带有滑块的空心输出齿轮的两个腔体内，盖板封盖在腔体上面，输入齿轮连接在电机上，电机固定在电机支撑架上，下部带有滑块的空心输出齿轮和输入齿轮啮合，大金属片套在带有法兰的保护液体射流管的外部、且位于大金属片的支撑件一和大金属片的支撑件二上方，小金属片安装在气-液-液三相射流混合腔的底部和带有聚焦小孔的混合腔底盖之间，大金属片通过导线连接高压电源正极和小金属片通过导线连接高压电源负极，磨料浆体的磨料颗粒直径为60-100nm的纳米级磁性磨粒，保护液为导电液体，保护液体的压强大于磨料浆体的压强，气-液-液三相混合腔内通入气体的压强大于保护液体的压强。