CN105855926A - 一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置 - Google Patents

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康仁科
鲍岩
朱祥龙
周平
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Abstract

本发明公开了一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置，其特征在于：包括基座和位于所述基座上的多个支撑部，多个所述支撑部以所述基座的轴线为轴均匀分布。本发明采用多个万向滚珠支撑蒙皮工件，增加了支撑面积，减小由于铣削力的作用点与支撑点存在偏差导致的飞机蒙皮局部变形误差，提高加工精度；万向滚珠结合小滚珠的结构可确保万向滚珠与工件接触时处于滚动摩擦状态，可有效避免万向滚珠对蒙皮工件表面的划伤，由于本发明采用十字万向节，使支撑装置的头部可在一定角度范围内摆动，自适应曲面的局部面形，避免了由于机械臂或机床定位误差导致与工件接触的万向滚珠的数量过少的问题。

Description

一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置
技术领域
本发明涉及机械加工领域，具体地说是一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置。
背景技术
蒙皮零件既是飞机的外表零件，又是飞机的重要受力构件。蒙皮零件一般尺寸比较大，形状比较复杂，且厚度薄刚性差，加工制造难度大。由于蒙皮是飞机的外表零件，所以蒙皮零件外形精确度要求比较高。为了减重，蒙皮零件在受力小的部位，还要进行局部厚度的减薄加工。
传统的蒙皮厚度减薄工艺是化铣。此方法能够较好满足蒙皮减薄加工厚度公差要求，但其废弃的化铣液会污染环境，不符合绿色加工要求。此外，化铣还存在工艺流程复杂、耗电量大和消耗铝材无法回收等固有弊病。而对于加工新一代铝锂合金蒙皮来说，化铣还需采取防燃防爆的特别措施，从而增加了工艺复杂性、成本及安全风险。近年来发展起来的蒙皮镜像铣系统(Mirror MillingSystem，MMS)成功地解决了这个问题，其优越性已被空客公司使用验证，具有逐步完全取代化铣加工的趋势。
蒙皮镜像铣是由两台同步运动的五坐标卧式加工机床组成。一台是五坐标卧加，其主轴头为加工头。另一台是类五坐标卧加，其主轴为支撑头，不转动，仅起支撑作用。卧加的主轴头在进行切削时，支撑头在蒙皮另一侧进行法向支撑。加工头与支撑头犹如互相对指的两只手指头，好似镜像，故称为镜像铣。
铣削是一种用单齿或多齿铣刀进行断续切削的加工方式。铣刀切削刃通过一个次摆线路径，产生厚度周期性变化的切屑，因此切削力也是瞬时周期性变化的。以单齿立铣刀为例，在某一参数下，使用测力仪实测到的三个轴的力Fx、Fy、Fz，如图1所示。由镜像铣的加工原理可知，加工头与支撑头在同一法矢上同步运动，加工头与支撑头之间的距离，即蒙皮需要加工的厚度，在同步运动中，控制好规定距离，即可实现蒙皮厚度的精确铣切。为了减少支撑头在蒙皮表面运动时的划痕，支撑头一般采用滚动球轴承。但在切削加工时，铣刀切削的面积却远大于支撑头所支撑的面积。显然，当加工头与支撑头在同一法矢上同步运动时，由于铣削力的作用点与支撑点存在偏差，飞机蒙皮会在局部产生变形误差。随着铣刀的旋转，由于切削载荷面积逐渐变大，铣削力逐渐增大，工件的变形逐渐增加。在刀具旋转到相位角为90°时，变形达到最大值，即误差达到最大值。
专利号为CN 104440158A的“飞机蒙皮镜像铣削顶撑方法及装备”采用正面推头和背面顶撑的方法，从反面对蒙皮零件进行支撑。但支撑头仅为一个万向滚珠，在铣削力的作用下会使加工后的工件的厚度一致性较差，并且一个滚珠的结构难以保证滚珠处于滚动接触状态。
发明内容
根据上述提出的技术问题，本发明提供一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置。本发明采用的技术手段如下：
一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置，包括基座和位于所述基座上的多个支撑部，多个所述支撑部以所述基座的轴线为轴均匀分布。
所述支撑部为万向滚珠，所述基座上设有容纳所述万向滚珠的凹槽，所述凹槽的平行于所述基座的轴线的截面呈轴对称结构，所述万向滚珠与所述凹槽之间还均匀密布有多个小滚珠，所述支撑装置还包括将所述万向滚珠及其对应的多个小滚珠压合在与所述万向滚珠相对应的凹槽的弧面内壁上的万向滚珠端盖，所述万向滚珠端盖上设有用于所述万向滚珠部分伸出的孔。所述凹槽为半球面型，所述凹槽的半径等于所述万向滚珠的半径与所述小滚珠的直径之和。
所述支撑部为万向滚珠轴承，所述万向滚珠轴承包括万向滚珠轴承基座和万向滚珠，所述万向滚珠轴承基座设有容纳所述万向滚珠的凹槽，所述凹槽的平行于所述基座的轴线的截面呈轴对称结构，所述万向滚珠与所述凹槽之间还均匀密布有多个小滚珠，所述万向滚珠轴承还包括将所述万向滚珠和所述多个小滚珠压合在所述凹槽的弧面内壁上的万向滚珠轴承外盖，所述万向滚珠轴承外盖上设有用于所述万向滚珠部分伸出的孔。所述凹槽为半球面型，所述凹槽的半径等于所述万向滚珠的半径与所述小滚珠的直径之和。
所述支撑部为万向滚珠，所述基座上设有以所述基座的轴线为中心对称轴的环形凹槽，所述环形凹槽内设有多个所述万向滚珠，所述环形凹槽的横截面呈圆弧状，所述环形凹槽靠近所述基座的轴线一侧的槽壁的顶端到所述环形凹槽的槽底之间的垂直距离大于所述万向滚珠的半径且小于所述万向滚珠的直径，所述环形凹槽远离所述基座的轴线一侧的槽壁的顶端到所述环形凹槽的槽底之间的垂直距离小于所述万向滚珠的半径，所述支撑装置还包括将所述万向滚珠压合在所述凹槽靠近所述基座的轴线一侧的槽壁上的外环。
所述环形凹槽的内壁上设有多条以所述基座的轴线为中心对称轴的环形沟槽。
所述环形凹槽的内壁上涂覆有摩擦系数小的材料。
所述多个万向滚珠的圆心所在圆的直径等于与所述支撑装置相匹配的且用于飞机蒙皮镜像铣削的铣刀直径。
所述基座的轴线处设有通孔，所述通孔内设有可沿所述基座的轴线上下移动的超声波测头，所述超声波测头外壁还套有与所述基座连接的弹簧，所述超声波侧头上设有超声波测头数据线。工作状态下，所述超声波测头在所述弹簧的作用下顶在工件上，并测量工件的厚度。
所述支撑装置还包括力传感器、转接板上叉、十字轴和转接柄下叉，所述基座通过力传感器与所述转接板上叉连接，所述转接板上叉通过销钉与所述十字轴的一对相对设置的轴连接，所述转接柄下叉通过销钉与所述十字轴的另外一对相对设置的轴连接。所述转接板上叉、所述十字轴和所述转接柄下叉构成十字万向节。
所述转接柄下叉的末端设有用于连接机床、机械臂等机械结构的连接部。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、由于本发明采用多个万向滚珠支撑蒙皮工件，增加了支撑面积，减小由于铣削力的作用点与支撑点存在偏差导致的飞机蒙皮局部变形误差，提高加工精度。
2、万向滚珠结合小滚珠的结构可确保万向滚珠与工件接触时处于滚动摩擦状态，可有效避免万向滚珠对蒙皮工件表面的划伤，在加工过程中可在万向滚珠与工件接触处喷射润滑液，将工件的损伤降到最低。
3、由于本发明采用十字万向节，使支撑装置的头部可在一定角度范围内摆动，自适应曲面的局部面形，避免了由于机械臂或机床定位误差导致与工件接触的万向滚珠的数量过少的问题。
4、本发明可安装于机械臂或机床等机械结构上，通过CNC实现飞机蒙皮铣削加工时镜像支撑的精确定位，适用于加工面形复杂、厚度薄、刚性差、易变形的飞机蒙皮构件时，抵消铣削轴向力、增加蒙皮局部刚度，能显著提高加工精度和表面质量；在加工一定曲率范围内的工件时，可使用三轴机床代替五轴机床进行蒙皮工件的支撑。
5、本发明利用力传感器等传感器自动判断支撑状态，多个万向滚珠同时支撑工件背面可有效提高铣削加工后工件的厚度一致性，背部刚性支撑与加工刀具呈镜像布局可保证工件加工部位的局部高刚性，保证工件的加工质量。
基于上述理由本发明可在机械加工等领域广泛推广。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是使用单齿立铣刀在某一工艺参数下加工时，测力仪实测到的三个轴的力量变化图。
图2是实施例1中一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置用于蒙皮镜像铣削时的加工示意图。
图3是实施例1中一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置的结构示意图。
图4是图3的俯视图。
图5是图3中A-A向剖视图。
图6是实施例2中一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置的结构示意图。
图7是图6的俯视图。
图8是实施例3中一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置的结构示意图。
图9是图8的俯视图。
图10是实施例4中一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置的结构示意图。
具体实施方式
一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置，包括基座和位于所述基座上的多个支撑部，多个所述支撑部以所述基座的轴线为轴均匀分布。
所述支撑部为万向滚珠，所述基座上设有容纳所述万向滚珠的凹槽，所述凹槽的平行于所述基座的轴线的截面呈轴对称结构，所述万向滚珠与所述凹槽之间还均匀密布有多个小滚珠，所述支撑装置还包括将所述万向滚珠及其对应的多个小滚珠压合在与所述万向滚珠相对应的凹槽的弧面内壁上的万向滚珠端盖，所述万向滚珠端盖上设有用于所述万向滚珠部分伸出的孔。
所述支撑部为万向滚珠轴承，所述万向滚珠轴承包括万向滚珠轴承基座和万向滚珠，所述万向滚珠轴承基座设有容纳所述万向滚珠的凹槽，所述凹槽的平行于所述基座的轴线的截面呈轴对称结构，所述万向滚珠与所述凹槽之间还均匀密布有多个小滚珠，所述万向滚珠轴承还包括将所述万向滚珠和所述多个小滚珠压合在所述凹槽的弧面内壁上的万向滚珠轴承外盖，所述万向滚珠轴承外盖上设有用于所述万向滚珠部分伸出的孔。
所述支撑部为万向滚珠，所述基座上设有以所述基座的轴线为中心对称轴的环形凹槽，所述环形凹槽内设有多个所述万向滚珠，所述环形凹槽的横截面呈圆弧状，所述环形凹槽靠近所述基座的轴线一侧的槽壁的顶端到所述环形凹槽的槽底之间的垂直距离大于所述万向滚珠的半径且小于所述万向滚珠的直径，所述环形凹槽远离所述基座的轴线一侧的槽壁的顶端到所述环形凹槽的槽底之间的垂直距离小于所述万向滚珠的半径，所述支撑装置还包括将所述万向滚珠压合在所述凹槽靠近所述基座的轴线一侧的槽壁上的外环。
所述环形凹槽的内壁上设有多条以所述基座的轴线为中心对称轴的环形沟槽。
所述环形凹槽的内壁上涂覆有摩擦系数小的材料。
所述多个万向滚珠的圆心所在圆的直径等于与所述支撑装置相匹配的且用于飞机蒙皮镜像铣削的铣刀直径。
所述基座的轴线处设有通孔，所述通孔内设有可沿所述基座的轴线上下移动的超声波测头，所述超声波测头外壁还套有与所述基座连接的弹簧，所述超声波侧头上设有超声波测头数据线。
所述支撑装置还包括力传感器、转接板上叉、十字轴和转接柄下叉，所述基座通过力传感器与所述转接板上叉连接，所述转接板上叉通过销钉与所述十字轴的一对相对设置的轴连接，所述转接柄下叉通过销钉与所述十字轴的另外一对相对设置的轴连接。
所述转接柄下叉的末端设有用于连接机床、机械臂等机械结构的连接部。
实施例1
如图2-5所示，一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置，包括基座1和位于所述基座1上的多个支撑部，多个所述支撑部以所述基座1的轴线为轴均匀分布。
所述支撑部为万向滚珠2，所述基座1上设有容纳所述万向滚珠2的凹槽，所述凹槽的平行于所述基座的轴线的截面呈轴对称结构，所述万向滚珠2与所述凹槽之间还均匀密布有多个小滚珠3，所述支撑装置还包括将所述万向滚珠2及其对应的多个小滚珠3压合在与所述万向滚珠2相对应的凹槽的弧面内壁上的万向滚珠端盖4，所述万向滚珠端盖4上设有用于所述万向滚珠部2分伸出的孔。所述万向滚珠端盖4通过内六角沉头螺栓与所述基座1连接。
所述多个万向滚珠2的圆心所在圆的直径等于与所述支撑装置相匹配的且用于飞机蒙皮镜像铣削的铣刀5直径。
所述基座1的轴线处设有通孔，所述通孔内设有可沿所述基座1的轴线上下移动的超声波测头6，所述超声波测头6外壁还套有与所述基座1连接的弹簧7，所述超声波侧头6上设有超声波测头数据线8。
所述支撑装置还包括力传感器9、转接板上叉10、十字轴11和转接柄下叉12，所述基座1通过力传感器9与所述转接板上叉10连接，所述基座1与所述力传感器9螺纹连接，所述转接板上叉10通过销钉13与所述十字轴11的一对相对设置的轴连接，所述转接柄下叉12通过销钉13与所述十字轴11的另外一对相对设置的轴连接。
所述转接柄下叉12的末端设有用于连接机床、机械臂等机械结构的连接部14，所述连接部14设有外螺纹。
工作状态下，所述支撑装置与铣刀5呈镜像布局可保证工件15加工部位的局部高刚性，保证工件的加工质量，同时配合润滑液喷射装置16，可将工件15的损伤降到最低。
实施例2
如图6和图7所示，一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置，其与实施例1所述的一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置的区别特征在于：所述支撑部为万向滚珠轴承17，所述万向滚珠轴承17包括万向滚珠轴承基座18和万向滚珠2，所述万向滚珠轴承基座18设有容纳所述万向滚珠2的凹槽，所述凹槽的平行于所述基座1的轴线的截面呈轴对称结构，所述万向滚珠2与所述凹槽之间还均匀密布有多个小滚珠3，所述万向滚珠轴承17还包括将所述万向滚珠2和所述多个小滚珠3压合在所述凹槽的弧面内壁上的万向滚珠轴承外盖19，所述万向滚珠轴承外盖19上设有用于所述万向滚珠2部分伸出的孔。
实施例3
如图8和图9所示，一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置，其与实施例1所述的一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置的区别特征在于：所述支撑部为万向滚珠2，所述基座1上设有以所述基座1的轴线为中心对称轴的环形凹槽20，所述环形凹槽20内设有多个所述万向滚珠2，所述环形凹槽20的横截面呈圆弧状，所述环形凹槽20靠近所述基座的轴线一侧的槽壁21的顶端到所述环形凹槽20的槽底22之间的垂直距离大于所述万向滚珠2的半径且小于所述万向滚珠2的直径，所述环形凹槽20远离所述基座1的轴线一侧的槽壁23的顶端到所述环形凹槽的槽底22之间的垂直距离小于所述万向滚珠2的半径，所述支撑装置还包括将所述万向滚珠2压合在所述凹槽靠近所述基座1的轴线一侧的槽壁21上的外环24。所述外环24的内壁与所述万向滚珠2相切。所述外环24通过内六角沉头螺栓与所述基座1连接。
所述环形凹槽20的内壁上涂覆有摩擦系数小的材料。
实施例4
如图10所示，一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置，其与实施例3所述的一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置的区别特征在于：所述环形凹槽20的内壁上设有多条以所述基座1的轴线为中心对称轴的环形沟槽25。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置，其特征在于：包括基座和位于所述基座上的多个支撑部，多个所述支撑部以所述基座的轴线为轴均匀分布。
2.根据权利要求1所述的一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置，其特征在于：所述支撑部为万向滚珠，所述基座上设有容纳所述万向滚珠的凹槽，所述凹槽的平行于所述基座的轴线的截面呈轴对称结构，所述万向滚珠与所述凹槽之间还均匀密布有多个小滚珠，所述支撑装置还包括将所述万向滚珠及其对应的多个小滚珠压合在与所述万向滚珠相对应的凹槽的弧面内壁上的万向滚珠端盖，所述万向滚珠端盖上设有用于所述万向滚珠部分伸出的孔。
3.根据权利要求1所述的一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置，其特征在于：所述支撑部为万向滚珠轴承，所述万向滚珠轴承包括万向滚珠轴承基座和万向滚珠，所述万向滚珠轴承基座设有容纳所述万向滚珠的凹槽，所述凹槽的平行于所述基座的轴线的截面呈轴对称结构，所述万向滚珠与所述凹槽之间还均匀密布有多个小滚珠，所述万向滚珠轴承还包括将所述万向滚珠和所述多个小滚珠压合在所述凹槽的弧面内壁上的万向滚珠轴承外盖，所述万向滚珠轴承外盖上设有用于所述万向滚珠部分伸出的孔。
4.根据权利要求1所述的一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置，其特征在于：所述支撑部为万向滚珠，所述基座上设有以所述基座的轴线为中心对称轴的环形凹槽，所述环形凹槽内设有多个所述万向滚珠，所述环形凹槽的横截面呈圆弧状，所述环形凹槽靠近所述基座的轴线一侧的槽壁的顶端到所述环形凹槽的槽底之间的垂直距离大于所述万向滚珠的半径且小于所述万向滚珠的直径，所述环形凹槽远离所述基座的轴线一侧的槽壁的顶端到所述环形凹槽的槽底之间的垂直距离小于所述万向滚珠的半径，所述支撑装置还包括将所述万向滚珠压合在所述凹槽靠近所述基座的轴线一侧的槽壁上的外环。
5.根据权利要求4所述的一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置，其特征在于：所述环形凹槽的内壁上设有多条以所述基座的轴线为中心对称轴的环形沟槽。
6.根据权利要求4所述的一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置，其特征在于：所述环形凹槽的内壁上涂覆有摩擦系数小的材料。
7.根据权利要求2-6任一权利要求所述的一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置，其特征在于：所述多个万向滚珠的圆心所在圆的直径等于与所述支撑装置相匹配的且用于飞机蒙皮镜像铣削的铣刀直径。
8.根据权利要求7所述的一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置，其特征在于：所述基座的轴线处设有通孔，所述通孔内设有可沿所述基座的轴线上下移动的超声波测头，所述超声波测头外壁还套有与所述基座连接的弹簧，所述超声波侧头上设有超声波测头数据线。
9.根据权利要求8所述的一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置，其特征在于：所述支撑装置还包括力传感器、转接板上叉、十字轴和转接柄下叉，所述基座通过力传感器与所述转接板上叉连接，所述转接板上叉通过销钉与所述十字轴的一对相对设置的轴连接，所述转接柄下叉通过销钉与所述十字轴的另外一对相对设置的轴连接。
10.根据权利要求9所述的一种用于飞机蒙皮镜像铣削的支撑装置，其特征在于：所述转接柄下叉的末端设有用于连接机床、机械臂等机械结构的连接部。
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