[发明专利]一种微细磨料气射流单点直写加工系统及其使用方法

说明书

本发明提出一种微细磨料气射流单点直写加工系统及其使用方法，原理为在加工过程中将三维微结构视为由多层简单微结构叠加而成，每一层简单微结构又视为由数个单个加工点形成的加工凹痕按照一定的重叠量叠加而成，在每一层简单微结构的加工过程中，磨料气射流束为单点喷射并加工出单个加工凹痕，然后停止磨料供给，移动喷嘴再次加工出单个凹痕，依此实现单层微结构的加工,加工完成一层后，喷嘴回到加工起点，进行第二层简单微结构的加工,依此直至所有层都加工完成，获得复杂微结构。

技术领域

本发明属于微细磨料气射流加工技术领域，尤其涉及一种微细磨料气射流单点直写加工系统及其使用方法。

背景技术

微细磨料气射流加工技术可在硬脆材料、复合材料、高性能合金等先进材料上加工出微槽、微孔、微悬臂梁等多种微结构,具有柔性高、刻蚀率高、切削加工力小、加工热影响区小等优势。微细磨料气射流加工微结构的方法可以分为掩膜法和直写法(无掩膜加工法)，直写法指磨料气射流束直接作用在工件材料表面，射流束喷射处的工件材料被去除，形成微结构。相比于掩膜法，直写法不需使用掩膜板，加工成本低，加工周期短，应用广泛。磨料供给装置是微细磨料气射流直写法加工系统的核心部件。目前微细磨料气射流加工设备上主要使用直压式磨料供给装置和振动式磨料供给装置。

直压式磨料供给装置在供料过程中高压空气同时通入储料罐和磨料混合腔内，在高压气体的压力作用下，消除储料罐内磨料的起拱和搭桥现象，使其能连续落入混合腔，通入混合腔的高压气体携带落入混合腔内的磨料通过磨料喷嘴喷出，完成供料。但是在直压式磨料供给装置中无磨料截止阀，通过夹管阀夹住或松开高压气供送管来控制供料的启停，由于夹管阀的频繁启闭，常常导致高压气供送管损坏。另外，当夹管阀夹住高压气供送管后，储料罐和混合腔之间仍存在压力差，使储料罐内的部分磨料仍会继续落入混合腔，导致磨料在混合腔内堆积。当夹管阀再次松开高压气供送管时，该供送装置将喷出过量的磨料，导致磨料供料量误差较大，进而导致加工精度降低，表面质量变差，甚至堵塞喷嘴。

振动式磨料供给装置在供料过程中高压空气仍然同时通入储料罐和磨料混合腔内，此外使用电磁激振器使储料罐高频振动，进一步减少磨料的起拱和搭桥现象。通入混合腔的高压气体携带落入混合腔内的磨料喷出。但是振动式磨料供给装置储料罐内磨料的充填高度对磨料质量流量影响较大，使得磨料供料误差较大。另外，用夹管阀控制磨料供料的启停同样导致高压气供送管易损坏，而且磨料供料量误差较大。

以上不足使得当前微细磨料气射流直写加工系统只能实现连续磨料供给，对工件材料只能实现进行连续加工，而无法实现单点定量供给。连续加工方法能满足简单微结构的加工要求，比如等深度的微槽、微孔等，而无法实现变深度微槽、交叉微槽、微型腔等的加工。

综上，如何克服现有微细磨料气射流直写加工技术不能实现变深度微槽、交叉微槽、微型腔等复杂微细三维结构的加工，已经成为亟需解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的在于针对上述问题，提供一种微细磨料气射流单点直写加工系统，包括微机控制系统、微细磨料定量供给装置、喷嘴夹持装置、数控工作台、封闭工作腔和过滤器，所述微机控制系统控制数控工作台的运动，以及控制微细磨料定量供给装置的电磁控制换向阀的启闭；所述微细磨料定量供给装置包括气动控制系统模块、储料罐模块和混合腔模块，用于控制微细磨料喷射量；所述喷嘴夹持装置用于夹持喷嘴和调整射流角度，并将喷嘴和数控工作台连接；所述数控工作台在微机控制系统的控制下实现X-Y-Z三轴联动，其安装于封闭工作腔内，致使加工在封闭工作腔内完成；所述过滤器与封闭工作腔连接，用于清洁加工过程中产生的磨料废料以及加工碎屑。

进一步地，所述气动控制系统模块包括压缩空气源1、空气过滤器2、调压阀4、压力表5、第一电磁控制换向阀3、第二电磁控制换向阀7和气压控制换向阀6，所述压缩空气源1、空气过滤器2、第一电磁换向阀3依次相连，所述第一电磁换向阀3的出气口B同时与气压控制换向阀6的进气口G和调压阀4的进气口C相连，气压控制换向阀6的O口为排气口，所述调压阀4的出气口D与压力表5相连。