[发明专利]一种基于电磁流变效应的球形微磨具在线柔性修整装置

权利要求书

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，其特征在于：在所述主轴线圈(6)产生的垂直磁场与电源(12)输出电流产生的垂直电场的协同作用下，电磁流变磨削液(15)发生粘变固化,其中的电磁流变纳米颗粒在微磨具端部大量聚集并沿着电磁力线方向形成链状结构,电磁流变磨削液(15)中的微细磨粒被束缚在链状结构之间，球形微磨具(8)端部垂直电磁场强度最大，会以球形微磨具(8)端部为中心形成较大电磁场梯度，并呈放射状分布。

4.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：当球形微磨具(8)以一定速度旋转时，电磁流变磨削液(22)中的磨粒在球形微磨具(8)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(8)和微小曲面零件(14)表面产生切削作用，同时，由于所述球型微磨具(8)与微小曲面零件(14)的曲率不同，在曲面压力的作用下，球形微磨具(8)中心去除量最大，并沿径向向外逐渐减小，形成球形微磨具(8)表面修整和微小曲面零件(14)表面抛光或微细加工过程。

5.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：球形微磨具(8)通过主轴夹头(5)安装在主轴上，主轴夹头(5)与主轴(4)的连接部位涂覆上绝缘涂层。

6.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：电源(12)的正极通过碳刷与主轴夹头(5)连接，负极连接于微小曲面零件(14)下方的电极(16)上，以产生垂直电场；主轴线圈(6)环绕安装在主轴夹头(5)外围，并通过接头与变频控制单元(10)连接，以产生垂直磁场。

7.一种用于权利要求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(22)通过硅油、二氧化钛(TiO₂)、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。