1.一种人工骨表面功能微结构加工装置,其特征在于:该装置包含五轴联动机床硬件、电磁式吸振机构、液电混合喷雾设备、定向磁场发生器、电气控制柜、实时检测装置及数控加工系统,所述五轴联动机床硬件由X、Y、Z三个移动轴、绕Y轴转动的A轴和绕Z轴转动的C轴的2个转动轴、空压机,过滤器,水气分离机组成,所述电磁式吸振机构由定子、转子、线圈、导磁路、基座组成,所述液电混合喷雾设备由能够产生0‑10KV电压的电荷发射器,储液罐,能够增压到6MPa的增压泵,喷嘴,气液混合板、输出0‑4MPa的空压机、荷电电极,气液输送管,万向节组成,所述定向磁场发生器由伸缩式磁化处理腔体、频率可在 45‑120Hz 连续可调、电压可在 0‑220V 连续可调的变频变压电源组成,所述电气控制柜由伺服电机驱动器、端子板、液电混合喷雾设备、变频变压电源、显示器、24V直流电源,GTS‑800控制卡、电脑、控制器组成的,所述实时检测装置由振动加速度传感器、高速摄影仪、磁场强度传感器组成,所述数控加工系统主要有自动加工模块、手动控制模块、刀具路径演示模块、参数设置模块、系统诊断模块;所述五轴联动机床硬件中的X、Y、Z三个轴通过伺服电机控制,A、C轴采用伺服电机控制,机床主轴采用电主轴,转速最高可达到100000r/min, X、Y、Z轴直线电机及MIcroE光栅尺配合,分辨率0.5微米,实现定位精度2.5um,整个机床由GTS‑800的运动控制卡控制运动,机床采用充气式气压阀机构来更换刀具,刀具的直径尺寸可以在2mm到6mm之间,所述定向磁场发生器包含一个变频变压电源、一个伸缩式磁化处理腔体,所述变频变压电源通过电线给伸缩式磁化处理腔体的线圈通电,在腔体中实现一个磁场,所述变频变压电源安装在电机柜中,定向磁场发生器装夹在机床Z轴上;所述电磁式吸振机构中的吸振机构采用对称式结构,由3个相同的部件组成,每一个部件中包含2个圆形线圈、1个定子、一个转子、一个导磁路,整个机构通过基座安装在平台上,基座与平台之间通过四个螺栓连接,采用过渡配合的方式固定在机床平台表面上,所述定子与导磁路通过焊接固定在圆形的壳体内,线圈不通电时,转子围绕轴心自由转动,所述线圈通电时激发磁场;所述液电混合喷雾设备整个设备由一个电荷发射器,一个储液罐,一个能够增压到6MPa的增压泵,喷嘴,一个气液混合板、一个输出0‑4MPa的空压机、荷电电极,气液输送管,万向节组成,所述空压机通过气压阀直接连在气液混合板,而储液罐通过连接增压泵再连接到气液混合板上,电荷发生器通过电线连接到荷电电极上,最后荷电电极通过气液输送管、万向节指向加工工件表面,所述液电混合喷雾设备箱安装在电机柜中,通过气液输送管、万向节将喷头安装在机床上大约离工件20mm处,所述储液罐里面的润滑液体以50ml/h流速通过输送管,在最大增压为6MPa的增压泵下与最大气压为4MPa的气压缸内的气体在气液混合板出混合,然后被喷到荷电电极上,电荷发射器最大电压为10KV,其发射出带电粒子到荷电电极上,最后通过荷电电极从喷嘴处喷洒出带有荷电的液滴,在工件表面形成润滑膜,实现对工件的润滑。
2.根据权利要求1所述的人工骨表面功能微结构加工装置,其特征在于,所述电气控制柜分为两层,第一层通过螺栓连接,将端子板安装在第一层,将五个轴的驱动器插到端子板上,实时检测装置的控制器连接到端子板上,将GTS‑800控制卡通过数据传输线连接到端子板上;第二层摆放液电混合喷雾设备,变频变压电源和24V直流电源。
3.根据权利要求1所述的人工骨表面功能微结构加工装置,其特征在于,所述实时检测装置的振动加速度传感器安装在机床的Z轴上面,实时检测机床的振动,高速摄影仪通过三角支架稳定的固定在平台上,观察加工表面带电液滴的运动和铺展情况,磁场强度传感器装夹在伸缩式磁化处理腔体内用光纤将端子板上的控制器与传感器、摄影仪相连,实时将传感器和摄影仪的数据传输到电脑的显示屏上。
4.根据权利要求1所述的人工骨表面功能微结构加工装置,其特征在于,所述数控加工系统通过Linuxcnc软件开发平台开发,包含自动加工模块、手动控制模块、刀具路劲演示模块、参数设置模块、系统诊断模块。
5.根据权利要求4所述的人工骨表面功能微结构加工装置,其特征在于,所述变频变压电源实现电压在0‑220V连续可调,频率在45‑120Hz可调,具体包括:输入滤波电路、AC‑DC 转换电路、DC‑AC 转换电路、输出检测电路、控制系统、通讯接口等部分。
6.一种根据权利要求5所述的人工骨表面功能微结构加工装置的加工方法,包括以下步骤:
(1)首先选取由钛合金材料加工的人工骨毛坯作为加工的工件;
(2)以人工骨毛胚装夹区域4个锪平平面和1个毛胚底面作为加工定位基准,利用基准重合原理来保证多向加工精度;
(3)选择高速钢为加工刀具,打开空压机,给充气式气压阀机构充上高压气体,气体撑开机构,换下刀具,装上新刀具,慢慢的将气体放出,此时刀具重新被夹紧;
(4)打开UG加工模块,针对毛坯模型,使用UG自动生成加工路径,后置处理,生成G代码,将G代码传输到运动控制卡里;
(5)打开主轴电机,设置主轴转速最高为60000r/min,当主轴完全转动起来的,实时检测振动传感器、高速摄影仪传输的数据;
(6)使用电磁式吸振机构,实现对机床的吸振,通过改变电流的大小来改变磁场的大小,通过振动传感器传输到显示器上的振幅数据来判断出最优磁场,从而实现对平台的最大幅度的吸振;
(7)使用液电混合喷雾设备实现对机床的润滑,改变电荷发射器发出的电荷大小、气压缸喷出的气压大小、储液罐流出的液体的流量,采用三因素三水平正交试验实现对人工骨加工的不同润滑效果,由于电荷大小与电荷发射器的电压成正比关系,所以对于电荷的研究改为测量较为方便的电压来代替,其中电压选取3KV‑5KV之间,流量选取40ml/h‑60ml/h,气压选取0.4MPa‑0.6MPa之间,通过高速摄影仪传输到显示器上的润滑液滴在工件表面铺展情况以及带电液滴数量的数据来寻找出最优电压、气压和流量组合;
(8)使用定向磁场发生器实现对刀具的磁化,改变变频电源输出的电压和频率和磁化时间,采用三因素三水平正交试验来对刀具进行磁化,实现对腔体中刀具的不同磁化效果,其中电压在60V到150V之间,频率在40‑90HZ之间,磁化时间在50‑200s之间,通过磁场强度传感器实时监控伸缩式磁化处理腔体内的磁场强度,找出最佳的电压和频率和磁化时间组合,从而实现对刀具的最优磁化效果。