本發明涉及精密電火花加工，更具體地，涉及一種磁流變液動態補償電火花加工系統及方法。

背景技術：

1、電火花加工（electrical?discharge?machining,?edm）作為一種非接觸式特種加工技術，在航空航天、醫療器械等領域的高硬度材料及復雜微細結構加工中具有不可替代的作用。然而，傳統電火花加工依賴固體金屬電極作為工具電極，其核心問題在于電極材料的不可逆損耗。放電過程中，電極表面因高溫等離子體的持續蝕除作用逐漸變形，導致加工間隙動態變化，進而引發加工精度下降、表面粗糙度惡化等問題。

2、為緩解電極損耗問題，現有技術主要圍繞電極材料優化、損耗補償控制及介質改進展開。例如，采用高熔點合金（如銅鎢合金）或表面涂層技術可降低電極損耗，但材料成本高昂且加工效率受限；通過實時檢測電極損耗并調整加工路徑的補償方法，雖能部分修正幾何誤差，但受限于檢測精度與響應速度，難以實現動態微米級補償。此外，利用電解液或氣體介質輔助排屑的流體技術雖能改善極間環境，但無法直接替代固體電極的功能，且介質導電性不足導致放電能量利用率降低。

技術實現思路

1、本發明的目的就在于克服現有技術的不足，提供一種基于脈沖磁場調控的磁流變液動態補償電火花加工系統及方法。

2、磁流變液（magnetorheological?fluid,?mrf）是一種由非磁性基液、微米級磁性顆粒及添加劑（分散劑、穩定劑）組成的智能材料，其核心特性是通過外加磁場快速（毫秒級）可逆地改變流變行為—無磁場時呈液態，施加磁場后因磁性顆粒形成鏈狀或網狀結構而表現出類固態特性，剪切屈服應力可提升數個數量級。這種獨特的“液-固”可控轉變能力使其廣泛應用于機械工程、精密加工及智能控制領域，如阻尼器、離合器、拋光裝置等，尤其在精密光整加工中可實現納米級表面精度，同時兼具快速響應、低能耗和高可靠性。

3、在光整加工領域中磁流變液技術多聚焦于拋光領域，但其在電火花加工中的創新應用很少，傳統電火花加工與磁流變液技術的結合，有望突破電極損耗、排屑效率及表面質量等核心問題：本發明提出基于磁流變液動態補償的電火花加工方法，顛覆傳統電極形式，以磁流變液替代剛性金屬電極，通過磁場動態重構導電層，消除電極損耗問題；結合脈沖磁場與流體動力學，實現放電間隙的實時閉環控制，并通過高速沖刷同步解決排屑難題；集成放電蝕除與磨粒研磨，顯著降低表面粗糙度。

4、本發明采用的技術方案是：

5、本發明的第一方面是提供了一種磁流變液動態補償電火花加工系統，包括：電火花機床床身、驅動電機、電極主軸、脈沖電磁鐵一體化電極結構、輔助脈沖電磁鐵、控制器、夾具、工作臺及磁流變液循環系統。驅動電機安裝在所述電火花機床床身上，電極主軸連接所述驅動電機的輸出端，脈沖電磁鐵一體化電極結構與所述電極主軸連接，輔助脈沖電磁鐵位于所述脈沖電磁鐵一體化電極結構的下方，控制器連接并所述脈沖電磁鐵一體化電極結構及輔助脈沖電磁鐵，夾具用于安裝工件及輔助脈沖電磁鐵，所述工件位于脈沖電磁鐵一體化電極結構與輔助脈沖電磁鐵之間且分別與脈沖電磁鐵一體化電極結構及輔助脈沖電磁鐵間隔一定距離，工作臺支撐所述夾具。

6、脈沖電磁鐵一體化電極結構與所述電極主軸連接，所述脈沖電磁鐵一體化電極結構包括金屬電極及線圈，所述線圈纏繞在所述金屬電極上，實現導磁-導電復合體一體設計。中間純鐵的圓柱形或錐形金屬充當金屬基體電極和脈沖電磁鐵鐵芯兩個角色，外層由漆包線線圈包裹，線圈上方和下方由法蘭固定，磁場方向垂直于電極表面，最大化磁感線密度，確保磁流變液形成均勻的類固態導電層，該結構通過磁場-流體-放電協同控制，將磁流變液的智能響應特性與電火花加工深度融合，實現了電極從“靜態損耗”到“動態自愈”的跨越。

7、通過工件上方脈沖電磁鐵一體化電極結構與下方輔助脈沖電磁鐵相結合，且在工件處異極相對，在工件加工區域處形成閉合磁路，增大加工區域磁感應強度和磁感線均勻程度。

8、磁流變液循環系統包括依次通過循環管路串聯的回收槽、攪拌器、蠕動泵，所述循環管路一端連接回收槽，另一端連接噴嘴，所述回收槽安裝在工作臺上，所述噴嘴朝向脈沖電磁鐵一體化電極結構；利用蠕動泵的高壓使磁流變液經過噴嘴向加工區域持續供給，回收槽回收放電后的磁流變液到攪拌器內，攪拌器暫存和保持磁流變液均勻懸浮，防止出現結塊和沉積。

9、通過噴嘴向加工區域持續供給磁流變液，在電極表面生成脈沖磁場，使磁流變液沿磁場方向形成鏈串，迅速固化，形成導電附著層覆蓋電極表面，動態補償因放電加工導致的電極損耗，在磁場間歇階段磁流變液恢復液態特性，通過定向流動同步實現蝕除產物的高效排出、加工區域的主動冷卻以及微磨粒輔助表面精整。

10、進一步地，所述電極主軸帶動脈沖電磁鐵一體化電極結構移動和進給，所述工作臺帶動夾具、輔助脈沖電磁鐵和工件同步移動。

11、進一步地，所述金屬電極為鐵電極，制成圓柱形或錐形。

12、本發明的第二方面是提供了一種磁流變液動態補償電火花加工，步驟如下：

13、s1：首先將脈沖電磁鐵一體化電極結構安裝在電極主軸端部，然后將工件固定在夾具上，工件下方放置輔助脈沖電磁鐵，并確保其與磁流變液供給管路及脈沖電磁鐵一體化電極結構的空間位置匹配，將磁流變液循環系統與加工區域連接，配置蠕動泵、攪拌器以及磁流變液循環管路；

14、s2：根據工件材料和加工目標（微孔、窄槽等），在控制器上預設初始磁場強度、脈沖頻率及脈寬脈間，通過蠕動泵設置磁流變液供給速率，電火花機床控制面板設置放電參數（脈寬、電流、電壓等）；

15、s3：開啟磁流變液循環系統的攪拌器和蠕動泵，并通過噴嘴向加工區域持續供給磁流變液，使磁流變液均勻覆蓋基體電極表面，并通過噴嘴向加工區域持續供給，通過攪拌器，確保顆粒均勻懸浮；

16、s4：通過控制器給脈沖電磁鐵一體化電極結構和輔助脈沖電磁鐵線圈通電，在脈沖電磁鐵一體化電極結構與輔助脈沖電磁鐵之間的加工區域產生交變脈沖磁場，正向磁場作用時磁流變液在極短的時間內迅速沿磁場方向形成鏈串，迅速固化，形成導電附著層；控制電極主軸和工作臺移動，使磁流變液附著層與工件表面保持初始間隙，進行電極與工件對位，并啟動放電電源；通過脈沖磁場的方向、磁場強度的改變，實現瞬間消磁，此時加工區域內磁流變液的流動性增強，舊的磁流變液會從電極上流下，同時補充新的磁流變液，動態補償因放電導致的流體電極損耗，有效維持穩定的放電間隙，磁流變液通過定向流動同步實現蝕除產物的高效排出、加工區域的主動冷卻以及微磨粒輔助表面精整，不斷重復上述過程，實現連續放電加工；

17、s5：放電完成的磁流變液通過回收槽回收，完成加工過程。

18、不同于傳統電極形式，本發明提出以磁流變液代替剛性金屬電極，通過脈沖磁場調控其固態和液態相變，形成“動態電極”的放電加工模式。導電層由磁場動態生成，在交變脈沖磁場中通過磁流變液流動沖刷和磁流變液循環補充更新鐵粉分布，補償因放電燒蝕造成的導電層局部缺陷，確保加工過程穩定性，避免傳統電極損耗導致的精度下降問題。

19、進一步地，可以通過脈沖磁場強度與放電參數的協同調節（如磁場頻率、占空比），控制導電層厚度；

20、進一步地，磁流變液由體積分數45%的羰基鐵粉、3%的油酸、50%硅油基液、2%的納米sio2組成，放電過程中硅油基液充當工作液角色，少量未被磁化的羥基鐵粉分布在其中，使工作液抗擊穿能力降低，優化放電過程進而提高加工表面質量。

21、本發明有益效果：

22、1.本發明采用放電-研磨-排屑多工序一體化時序控制，將電火花蝕除、微磨粒機械研磨與流體沖刷（排屑冷卻）集成于同一加工周期，突破傳統電火花單一能量作用的局限，利用磁流變液中微米級羥基鐵粉在排屑階段對工件表面進行原位精整，顯著降低表面粗糙度，同時微研磨可去除放電產生的重鑄層和微裂紋，提高工件疲勞壽命。

23、2.本發明通過磁流變液動態生成“類固態電極”，加工過程中局部鐵粉燒蝕可實時通過循環補充更新，無需停機更換或補償電極，避免傳統電火花加工因電極損耗導致的加工精度逐級下降問題；利用磁場分布調控，導電層可隨工件表面輪廓動態成形，無需定制復雜形狀電極，顯著降低加工準備成本；通過磁流變液中微米級磨粒在排屑和未磁化階段的機械研磨作用，可將表面粗糙度降低，減少后續拋光工序需求；液態磁流變液的持續冷卻作用降低工件熱影響區深度，同時微研磨可去除放電產生的重鑄層和微裂紋，提高工件疲勞壽命；磁流變液通過回收槽回收到攪拌器，提供利用率，減少廢棄物排放與加工成本。

24、3.本發明通過脈沖磁場調控使磁流變液形成類固態導電結構，在放電階段建立可控放電間隙，利用硅油基載液介質擊穿實現非接觸放電加工；在磁場間歇階段磁流變液恢復液態特性，通過定向流動同步實現蝕除產物的高效排出、加工區域的主動冷卻以及微磨粒輔助表面精整。該方法結合磁場強度與脈沖時序的協同控制，實現導電結構的動態重構與補償，有效解決了電極損耗補償難題。同時通過鐵磁性微粒的微切削作用顯著改善加工表面質量，相比傳統電火花加工技術，具有電極低損耗、穩定放電間隙、表面粗糙度低等顯著優勢。