一种二维超声振动磁流变液精密光整加工装置及方法
阅读说明：本技术 一种二维超声振动磁流变液精密光整加工装置及方法 (Two-dimensional ultrasonic vibration magnetorheological fluid precision finishing device and method ) 是由 董志国 李孟楠 曹桂新 郑志鑫 于 2021-09-14 设计创作，主要内容包括：本发明属于机械工程中的光整加工技术领域,具体涉及一种二维超声振动磁流变液逐点可控精密光整加工装置。本发明包括供料系统、振动系统、可变磁场系统以及工件；供料系统通过进出两个软管与工件的狭窄内腔连通并形成回路,工件与振动系统连接并且位于可变磁场系统内部,振动系统带动工件振动,并且在可变磁场系统的磁场的作用下,狭窄内腔表面受到磁性磨料的压力,在磁性磨料压力和滑移的作用下对狭窄内腔表面进行光整加工；可变磁场系统可调整磁场的强弱,可控制狭窄内腔表面的去除量；可变磁场系统上的移动机构改变可变磁场系统与狭窄内腔的相对位置,实现对狭窄内腔表面无死点的逐点光整加工。本发明解决了工件狭窄内腔表面光整加工的难题。(The invention belongs to the technical field of finishing processing in mechanical engineering, and particularly relates to a two-dimensional ultrasonic vibration magnetorheological fluid point-by-point controllable precise finishing processing device. The invention comprises a feeding system, a vibration system, a variable magnetic field system and a workpiece; the feeding system is communicated with a narrow inner cavity of a workpiece through an inlet hose and an outlet hose to form a loop, the workpiece is connected with the vibration system and is positioned in the variable magnetic field system, the vibration system drives the workpiece to vibrate, the surface of the narrow inner cavity is subjected to the pressure of the magnetic grinding materials under the action of the magnetic field of the variable magnetic field system, and the surface of the narrow inner cavity is subjected to finishing processing under the action of the pressure and slippage of the magnetic grinding materials; the variable magnetic field system can adjust the intensity of the magnetic field and control the removal amount of the surface of the narrow inner cavity; the moving mechanism on the variable magnetic field system changes the relative position of the variable magnetic field system and the narrow inner cavity, and realizes the point-by-point finishing processing of the surface of the narrow inner cavity without dead points. The invention solves the problem of finishing the surface of the narrow inner cavity of the workpiece.)
技术领域
本发明属于机械工程中的光整加工技术领域，具体涉及一种二维超声振动磁流变液精密光整加工装置及方法。
背景技术
随着航空航天、光电通信等高新产业的飞速发展，诸多形状复杂、由难加工材料制成的元器件对表面粗糙度提出了更高的要求；尤其是3D打印复杂构型工件，在高精密高可靠性场景使用时需进行表面光整加工，来降低表面粗糙度或去除表面残留的打印熔化物。传统的光整加工工艺如磨料流光整、磁流变光整和滚磨光整等技术均可对一定的复杂构型表面进行光整加工；但是在对一些狭窄内腔表面进行光整加工时，这类传统的光整加工技术不仅难达到工件所需要的光整加工效果，甚至无法在狭窄内腔实现去除表面残留物或光整加工的目的。虽然传统的磨料流光整加工技术和磁流变液能够实现对一定构型的腔体内表面进行形状适应的光整加工，但在挤压作用下流体磨料和磁流变液都是直接沿阻力最小的方向流动，不能覆盖大部分内腔表面，特别是工件内的非流动区域根本无法加工；尤其是进口和出口在同侧的腔体，基本难以对狭窄内腔表面进行有效光整。而且利用传统磨料流和磁流变液对工件进行加工时，无法控制表面不同区域的材料去除量，不能达到表面光整加工的差异化需求。因此需要一种新的光整加工技术来实现狭窄内腔表面的光整加工，同时能够解决狭窄内腔表面不同区域实现材料去除量可控的光整难题。
专利CN 112405127 A公开了一种超声辅助低频交流电磁粒研磨装置，该装置通过变幅杆将振动放大后通过连杆装置将振动传给电磁铁，从而使电磁铁上的磁性磨料产生轴向的高频振动，通过摇动手轮实现电磁装置的往复进给作用，磁性磨料压覆在管件内表面对表面做摩擦、刻划和挤压作用，实现对工件表面缺陷的去除。该装置通过手动摇动进给量，加工表面不均匀，只能形成沿流动方向的单一纹理，使工件内表面各方向粗糙度不一样，且无法实现定点光整加工。
专利CN 109732467A公开了一种椭圆振动复合静压磨料流的圆管内壁精密光正加工装置，该装置主要在圆管的轴向和纵向同时施加超声振动，由大量的磨粒的椭圆划痕相互交织，能够显著提高圆管试样内表面各个方向粗糙度的均匀性一致性，提高磨料流的加工效果。但该装置不仅难以对狭窄内腔直接加工，而且难以实现逐点可控高精度表面光整加工。
专利CN107520684A公开了一种通过电机驱动转动磁盘从而生成磁场，滑动板带动转动磁盘水平滑动，使磁场的中心处于移动状态，避免磁力死角产生，使磁性磨料能够全方位的摩擦到工件，同时通过过滤板的晃动使磁性磨料和工件产生纵向的移动，使工件的下表面能够与过滤板相分离，磁性磨料得以碰撞加工工件下表面。但该装置不适合对狭窄内腔进行光整加工。
综上所述，现有的光整加工方法存在不能实现具有狭窄内腔工件的狭窄内腔表面的光整需求，不能解决狭窄内腔表面不同区域的可控材料去除量光整加工的问题。
发明内容
本发明要解决现有技术不能对具有狭窄内腔工件的狭窄内腔表面进行光整，以及不能对狭窄内腔表面的不同区域进行可控材料去除量的光整加工问题，提供了一种二维超声振动磁流变液精密光整加工装置及方法。
本发明采用如下的技术方案实现：一种二维超声振动磁流变液精密光整加工装置，包括用于提供磁性磨料的供料系统、横向和纵向复合振动的振动系统、可变磁场系统以及具有狭窄内腔的工件；
所述供料系统通过进出两个软管与工件的狭窄内腔连通并形成回路，工件与振动系统连接并且位于可变磁场系统内部，振动系统带动工件振动，使磁性磨料与狭窄内腔表面之间形成相对滑移，并且在可变磁场系统的磁场的作用下，狭窄内腔表面受到磁性磨料的压力，在磁性磨料压力和滑移的作用下对狭窄内腔表面进行光整加工；可变磁场系统可调整磁场的强弱，可控制狭窄内腔表面的去除量；
所述可变磁场系统上连接有移动机构，移动机构改变可变磁场系统与狭窄内腔的相对位置，实现对狭窄内腔表面无死点的逐点光整加工。
进一步的，所述供料系统包括机架、推料缸、料筒和液压缸；
所述推料缸放置于机架上，推料缸的一端与液压缸连接，推料缸内设有推料活塞，推料活塞与液压缸的活塞杆连接，推料缸的另一端通过第一软管与狭窄内腔连通，推料缸与位于其顶部料筒连通，狭窄内腔通过第二软管与推料缸的料筒连通。
进一步的，所述狭窄内腔上设有入口和出口，入口与第一软管连接，并且入口的内侧设有硬直管，硬直管通入狭窄内腔的最内侧；出口与第二软管连接。
进一步的，所述振动系统包括箱体和设于箱体内部的振动平台；
所述箱体内横向和纵向分别设有一个超声振动杆，两个超声振动杆均与振动平台连接，振动平台的顶部设有夹具，夹具与工件连接。
进一步的，所述振动平台上与两个超声振动杆相对的另一侧均连接有滑槽，滑槽内滑动连接有滑块，滑块上连接有弹簧压片，弹簧压片通过销子与滑块的一端铰接，与滑块的另一端自由接触；
所述箱体上靠近弹簧压片的位置设有螺栓，螺栓上位于箱体的一端紧贴在弹簧压片上。
进一步的，所述螺栓靠近箱体外壁处连接有螺母。
进一步的，所述可变磁场系统包括一侧开口的架体，架体的开口处的顶部和底部均设有磁极，工件位于两个磁极之间；架体上远离开口的一侧设有电磁线圈。
进一步的，所述移动机构包括数控机床和刀柄，刀柄连接在架体的顶部，刀柄在数控机床的控制下，带动可变磁场系统移动。
进一步的，所述供料系统的磁性磨料为磁流变抛光液。
一种二维超声振动磁流变液精密光整加工方法：
S1；将工件固定在夹具上，使工件处于可变磁场系统22；
S2；将第一软管和第二软管分别连接在工件的狭窄内腔的入口和出口，与提供磁性磨料的供料系统形成回路；
S3；开启供料系统，向狭窄内腔中通入磁流变抛光液，使其充满狭窄内腔；
S4；开启振动系统，使工件内的磁流变抛光液在振动平台的作用下，开始震动；
S5；向可变磁场系统通电，狭窄内腔表面受到磁性磨料的压力，在磁性磨料压力和滑移的作用下对狭窄内表面进行光整加工；通过控制通入电流的大小，进而可以调整可变磁场的强弱，来控制狭窄内腔表面的去除量；
可变磁场系统在移动机构的带动下移动，进而改变可变磁场系统与狭窄内腔的相对位置，实现对狭窄内腔表面无死点的逐点光整加工。
本发明相比现有技术的有益效果：
1.本申请通过二维超声振动装置使工件进行椭圆超声振动，在磁流变抛光液和工件的狭窄内腔表面之间形成相对滑移，在磁场的作用下磁流变抛光液以一定的压力接触工件的狭窄内腔表面，在磁流变抛光液压力和滑移的作用下对狭窄内腔表面进行光整加工，解决了工件狭窄内腔表面光整加工的难题；
2.本申请的振动装置为超声振动，超声振动的加速度大，使磁性磨粒（磁流变抛光液）与工件内腔表面之间产生相对滑移，磨粒在超声振动下的运动轨迹为微米量级的小椭圆，与利用挤压流体形成的压力流相比，在拐角等区域不存在流体磨料非流动区，能够实现狭窄内腔表面的全面光整加工；
3.本申请通过移动机构实现磁极与工件的相对位置变化，能够实现对工件的狭窄内腔表面无死点的逐点光整加工，来控制确定位置或区域处的光整加工材料去除量，使得加工更均匀，更全面；
4.本申请通过控制电磁线圈的电流的大小来调整磁场的强弱，从而控制磁流变抛光液与工件表面的接触压力，进而控制不同区域的单位时间工件表面材料去除量，实现逐点可控高精度磁性磨粒表面光整加工。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为图1的B-B剖视图；
图4为本发明的原理图；
图中：1-机架，2-液压缸，3-推料缸，4-推料活塞，5-料筒，6-第二软管，7-狭窄内腔，8-磁极，9-刀柄，10-电磁线圈，11-箱体，12-螺栓，13-超声振动杆，14-第一软管，15-螺母，16-振动平台，17-滑块，18-弹簧压片，19-销子，20-供料系统，21-硬直管，22-可变磁场系统，23-工件，24-移动机构，25-入口，26-出口，27-夹具，28-振动系统，29-架体。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
参照图1至图4，本发明提供一种技术方案：一种二维超声振动磁流变液精密光整加工装置，包括用于提供磁性磨料的供料系统20、横向和纵向复合振动的振动系统28、可变磁场系统22以及具有狭窄内腔7的工件23；
所述供料系统通过进出两个软管与工件23的狭窄内腔7连通并形成回路，工件23与振动系统28连接并且位于可变磁场系统22内部，振动系统28带动工件23振动，使磁性磨料与狭窄内腔7表面之间形成相对滑移，并且在可变磁场系统22的磁场的作用下，狭窄内腔7表面受到磁性磨料的压力，在磁性磨料压力和滑移的作用下对狭窄内腔7表面进行光整加工；可变磁场系统22可调整磁场的强弱，可控制狭窄内腔7表面的去除量；
所述可变磁场系统上连接有移动机构24，移动机构24改变可变磁场系统与狭窄内腔7的相对位置，实现对狭窄内腔7表面无死点的逐点光整加工。
所述供料系统20包括机架1、推料缸3、料筒5和液压缸2；
所述推料缸3放置于机架1上，推料缸3的一端与液压缸2连接，推料缸3内设有推料活塞4，推料活塞4与液压缸2的活塞杆连接，推料缸3的另一端通过第一软管14与狭窄内腔7连通，推料缸3与位于其顶部的料筒5连通，狭窄内腔7通过第二软管6与推料缸3的料筒连通。
所述狭窄内腔7上设有入口25和出口26，入口25与第一软管14连接，并且入口25的内侧设有硬直管21，硬直管21通入狭窄内腔7的最内侧，这样保证磁性磨料能够充入整个内腔；出口26与第二软管6连接。
所述振动系统28包括箱体11和设于箱体11内部的振动平台16；
所述箱体11内横向和纵向分别设有一个超声振动杆13，两个超声振动杆13均与振动平台16连接，振动平台16的顶部设有夹具27，夹具27与工件23连接，两个超声振动杆13形成二维超声振动，使工件进行椭圆超声振动。
所述振动平台16上与两个超声振动杆13相对的另一侧均连接有滑槽，滑槽内滑动连接有滑块17，滑块17上连接有弹簧压片18，弹簧压片18通过销子19与滑块17的一端铰接，与滑块17的另一端自由接触；
所述箱体11上靠近弹簧压片18的位置设有螺栓12，螺栓12上位于箱体11的一端紧贴在弹簧压片18上；在振动的过程中，通过螺栓12调节弹簧压片18的压力，能够保证滑块17在滑动的同时振动平台16在一定范围内振动。
所述螺栓12靠近箱体11外壁处连接有螺母15，防止由于振动平台16振动而造成螺栓12松动。
所述可变磁场系统22包括一侧开口的架体29，架体29的开口处的顶部和底部均设有磁极8，工件23位于两个磁极8之间；架体29上远离开口的一侧设有电磁线圈10。
所述移动机构24包括数控机床和刀柄9，刀柄9连接在架体29的顶部，刀柄9在数控机床的控制下，带动可变磁场系统22在X-Y轴平面移动。
所述供料系统20的磁性磨料为磁流变抛光液。
本申请提出了一种利用二维超声振动实现磁性磨粒与工件之间的相对滑动，用过控制磁场强度和磁场作用位置的装置来实现对工件狭窄内腔表面的均匀光整加工和逐点可控材料去除量的光整技术。
利用磁流变液在磁场中形成的具有黏塑行为的柔性"小磨头"接触压紧工件的狭窄内腔表面，通过超声振动使工件与磁流变抛光液之间具有快速的相对运动，使工件表面在较大的剪切力下相对磁性磨粒滑动，从而光整去除工件表面材料，在移动磁极与工件的相对位置的同时，通过电流的大小来控制磁场的强弱，进而控制磁流变液中磨粒对工件表面的压力，实现逐点可控精密光整加工狭窄内腔表面。
本发明的工作原理：
振动平台16的振动通过夹具27传递到狭窄腔体7上，此时通过入口25的第一软管14向狭窄腔体7内通入磁流变抛光液，通过振动平台16的振动，使磁流变抛光液和狭窄内腔7表面之间形成相对滑移，向电磁线圈10中通电后，使磁极8产生磁场，在磁场的作用下，狭窄内腔7表面会受到磁流变抛光液的压力，在磁流变抛光液压力和滑移的作用下对内腔表面进行光整加工；
通过控制电磁线圈10的电流的大小来调整磁场8的强弱，进而对狭窄内腔7表面的去除量的大小进行控制；
刀柄9在数控机床的控制下，能够实现磁极8在X-Y轴平面的运动，从而实现磁极8与狭窄内腔7的相对位置变化，实现对狭窄内腔7的表面无死点的逐点光整加工；
当狭窄内腔7的一个表面光整加工后，通过改变电磁线圈10的电流方向，进而改变磁场8的方向，使得狭窄内腔7另一面受到磁流变抛光液的压力，进而对狭窄内腔7另一面进行光整加工，从而使得狭窄腔体7上下表面都能够进行全面光整加工，加工后的磁流变抛光液从第二软管6再流入料筒5，从而保证磁流变抛光液的循环利用。
一种二维超声振动磁流变液精密光整加工装置：
S1；将工件23固定在夹具27上，使工件23处于可变磁场系统22；
S2；将第一软管14和第二软管6分别连接在工件23的狭窄内腔7的入口25和出口26，与提供磁性磨料的供料系统20形成回路；
S3；开启供料系统20，向狭窄内腔7中通入磁流变抛光液，使其充满狭窄内腔7；
S4；开启振动系统28，使工件23内的磁流变抛光液在振动平台16的作用下，开始震动；
S5；向可变磁场系统22通电，狭窄内腔7表面受到磁性磨料的压力，在磁性磨料压力和滑移的作用下对狭窄内表面进行光整加工；通过控制通入电流的大小，进而可以调整可变磁场的强弱，来控制狭窄内腔7表面的去除量；
可变磁场系统22在移动机构14的带动下移动，进而改变可变磁场系统22与狭窄内腔7的相对位置，实现对狭窄内腔7表面无死点的逐点光整加工。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
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