论文摘要
电流变液是由高介电常数、低电导率的电介质颗粒分散于低介电常数、几乎绝缘的液体中形成的悬浮体系。在一定的电场强度下,电流变液中的固相电介质颗粒发生极化,通过彼此间感应电偶极距的作用使其沿电力线方向成链状排列,电流变液的粘度、弹性模量和屈服应力在短时间内迅速增大,发生固化。电场消失后,电流变液又由固态转化为液态。粒子从无序化到成链、成束的变化过程,使电流变液呈现明显的电流变效应。传统的电流变抛光导体材料时,针状电极工具和工件作为两个电极对工件进行抛光；抛光非导体材料时,需要一个圆环形的辅助电极包围在工件表面上进行抛光,从而限制了电流变抛光在非导体曲面材料上的应用。本文针对这种情况,开发了一种集成环形电极工具,该工具是将电场两极集成在抛光工具上。抛光导体时,避免了间距过小而导致的击穿现象；抛光非导体时,不需要外加辅助电极。通过对环形电极工具电场强度计算,得到其电场分布。计算结果表明,环形集成电极圆心部分场强最大,场强随着半径增大迅速减小,呈环状分布。在电极轴向方向上,工具头端部场强最大,中间近似为匀强电场,在工具头下端面以下,场强随距离增加迅速减小。使用Maxwell3 D电磁场仿真软件对电场进行仿真,仿真结果与理论计算相吻合。通过静态电流变效应实验和抛光区域实验对电场计算结果进行了验证。以Preston方程为基础,推导出集成环形电极工具的电流变抛光材料去除函数,并进行了材料去除实验,验证了材料去除模型的正确性。在五轴电流变抛光设备上进行了一系列抛光实验。通过实验考察电流变抛光中几个主要影响因素对工件表面粗糙度的影响规律。实验结果表明,影响电流变抛光表面粗糙度的各个因素主次关系依次是：抛光间隙、抛光时间、主轴转速、电压、磨料浓度和磨料粒度。各自优水平依次为：0.2mm、0min、4000 r/min、2500V、10%、10μm。表面粗糙度值随着主轴转速增加而减小；随着抛光间隙增大而增大。抛光时间、电压、磨料浓度和磨料粒度都存在一个最佳值,分别为T=10min,U=3000V,η=10%,d=10μm。对光学玻璃试件来说,若要得到较高的材料去除率则应采用硬度较高的磨料,如金刚石。如需获得较光滑的抛光表面,可采用硬度较低的磨料,如氧化铝或碳化硅。实验从不同角度验证了电流变抛光是一种非常具有前景的加工方法。首先,根据电流变抛光加工特征,分别计算出刀轴摆动误差和直线逼近误差。然后,提出两种刀轨规划方法：第一种方法是在已知工件模型的情况下,采集工件表面的数据点,若刀位点间的加工误差不满足误差要求,则对刀位点进行加密,直到满足误差要求,再由机床运动学方程计算得到机床各个轴的位移量。实验证明刀位点加密抛光后与未加密抛光后相比,表面质量相对提高,并且刀位点加密抛光后的工件型面更接近理想型面。第二种方法是在已知工件表面方程的情况下,选取适当的步长和行距计算轨迹点坐标和法向矢量,再由机床运动学方程得到机床各个轴的位移量。采用规划后的行距抛光工件能显著提高加工效率,达到无重抛和漏抛点。