CN108555612B - 一种用于减小机械加工工件振动的表面辅助加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了提供了一种用于减小机械加工工件振动的表面辅助加工方法，包括以下步骤：S1，根据所需要加工的工件对象及其机械加工工艺要求，选取相应的成型材料和成型参数，在所述成型材料中混合改性材料；S2，通过对所述工件的机械加工工艺进行分析，制定可调整的辅助加工工艺参数，使得在成型过程中成型设备能够根据成型情况进行实时调整，然后利用成型设备将成型材料在工件表面进行快速成型；S3，最后再进行机械加工。作为工件机械加工过程中的辅助加工工艺，该工艺快速可控，降低了工件加工时的振动，提高了加工精度，改善了工件表面质量，具有重要的应用价值，特别适合于具有复杂曲面的薄壁工件的加工。
Description
技术领域
本发明属于机械加工制造领域，具体涉及一种用于减小机械加工工件振动的表面辅助加工方法。
背景技术
数字化加工制造被广泛的应用于航空航天、汽车、能源、轨道交通等众多领域。目前，工件在切削、铣等机械加工过程中受力产生的振动是限制加工过程快速高精度化发展的一个核心制约因素。加工过程的振动，轻者影响加工表面的精度，影响加工效率；重者会导致工件报废甚至破坏加工系统。为了避免振动造成的破坏，许多加工设备常常工作在低于设计参数的条件下，导致重金购置的加工设备无法发挥其优势，造成了巨大的浪费。
工件加工过程中产生的振动包括由外界传入的力所激发的受迫振动和自身的共振两类。外界施力所引起的振动可以通过调整施力大小、角度等参数进行调整。但由于工件在被加工过程中重量不断变化导致重心移动，传统的通过夹具固定的方法无法实现对这类动态变化过程的连续抑制。
针对以上问题，有必要开发一种新的方法来消除加工过程中的振动。
发明内容
针对现有技术以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于减小机械加工工件振动的表面辅助加工方法，该方法快速可控，降低了工件加工时的振动，提高了加工精度，改善了工件表面质量。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于减小机械加工工件振动的表面辅助加工方法，包括以下步骤：
S1，根据所需要加工的工件对象及其机械加工工艺要求，选取相应的成型材料和成型参数，在所述成型材料中混合改性材料，用于改变所述成型材料的杨氏模量或者表面黏附力；所述成型材料为具有黏附性的液体高分子材料，所述成型参数包括硬度参数、固化条件和固化时间，所述固化条件根据所选取的成型材料的物化特性来确定，所述固化时间以使得成型材料完全黏附在所述工件上为准；
S2，通过对所述工件的机械加工工艺进行分析，制定可调整的辅助加工工艺参数，使得在成型过程中成型设备能够根据成型情况进行实时调整，然后利用成型设备将成型材料在工件表面进行快速成型；所述成型材料的黏附力以满足既能对所述工件表面进行附着又不会给刀具路径造成阻力为条件；所述成型设备为涂抹设备、喷涂设备、浸涂设备、印刷设备之一或组合；
S3，最后再进行机械加工。
优选地，所述S2步骤中的成型设备为喷涂设备，所述可调整的辅助加工工艺参数包括材料喷涂的位置、角度、用量、固化条件。
优选地，所述S2步骤后成型的表面材料为多层结构，中间填料。
优选地，所述多层结构通过多次覆盖形成，每一次的成型材料的种类和数量可调整，以形成梯度结构。
优选地，所述多层结构中，至少有一层中采用不同的成型材料，当使用不同的材料进行多次微量表面成型后，获得具有刚度梯度的材料包覆层。
优选地，所述S2步骤中，在所述工件设置掩模板，选择性地对某些区域进行快速成型，其他区域无需成型。
优选地，不同区域的成型厚度不同。
优选地，所述S2步骤中的成型方式包括光固化、热催化固化、发泡膨胀、维持低流动半固体状态。
优选地，所述S1步骤中的成型材料为发泡的有间隙的。
优选地，所述S1步骤中所述成型材料包括PDMS、Ecoflex，改性材料包括金属氧化物，PEIE，通过向所述成型中添加不同比例改性材料调控杨氏模量。
上述优选技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、作为工件机械加工过程中的辅助加工工艺应用于机械加工领域，该工艺快速可控，降低了工件加工时的振动，提高了加工精度，改善了工件表面质量，具有重要的应用价值；
2、特别适合于具有复杂曲面的薄壁工件的加工，成型快速，减震效果好；
3、成型材料可以随着进刀被刀具加工掉，不给刀具带来很大的阻力，加工掉之后可以再成型；
4、成型材料可直接用于工件外包装，如运输途中减震，防水等用途，然后在使用时可以直接轻易的拆除。
附图说明
图1是典型的喷枪结构；
图2是本发明的工件加工示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。
作为本发明的一种较佳实施方式，本发明提供一种用于减小机械加工工件振动的表面辅助加工方法，其主要工艺流程包括：根据需要加工的工件特点和机械加工工艺，选取合适的成型材料和成型的参数，然后利用合适的设备和手段将成型材料在工件表面进行快速成型，最后再进行机械加工。此工艺可作为工件机械加工过程中的辅助加工工艺，减小机械加工中工件的振动，具有重要的应用价值。
本发明的主要工艺特点如下：
1、成型材料为流体状态；
2、可采取涂抹、喷涂、浸涂、印刷等多种方面对目前面进行针对性的覆盖；
3、可多次覆盖，每一次的材料种类和数量可根据需要进行针对性的调整，形成特定的梯度结构；
4、多层结构，可中间填料；
5、材料成型的方式多种，包括但不限于固化(光，热催化)，发泡膨胀，维持低流动半固体状态等。
上述特点中，第1点所述的材料应该包括所有硬度合适、固化方便、具有一定黏附性的液体高分子材料，例如PDMS、PU等。这些材料在特定条件下能够固化，例如UV固化的PDMS暴露下UV光下能够快速固化。固化条件应该根据具体的材料的特性来选择，固化时间可长可短，只需要保证材料能够很好的黏附在工件上即可。材料的黏附力应该满足既能对表面进行附着又不会给刀具路径造成阻力的条件。事实上，这些主材料还可以混合一些改性材料进行使用，用于改变主材料的杨氏模量或者表面黏附力等性质，以满足在不同条件下的需求，例如PDMS添加氧化铝会调控其杨氏模量。另外，材料可以是发泡的有空隙的，不要求材料致密和防透光。
第2点中需要对工件的机械加工工艺进行分析，制定合适的辅助加工工艺参数，保证在加工过程中设备能够根据加工情况进行实时调整。以喷涂为例，就包括材料喷涂的位置、角度、用量、固化条件等等。
第3点中，工件上的成型材料并不限于一层均一材料，不同层之间可以采用不同的成型材料，当使用不同的材料进行多次微量表面成型就能获得具有刚度梯度的材料包覆层，理论上减震效果最好。
本方案特别适合于具有复杂曲面的薄壁工件的加工。这类工件对于表面要求一般较高，而由于自身的刚度较小，所以机械振动对其加工精度的影响很大，所以需要有一个很好的减小加工过程中的振动的方法。另外这类工件由于表面复杂，一般采用多自由度的机器手进行加工，加工过程中工件本身一般是固定的，便于材料的快速成型。
作为本发明的另一种较佳实施方式，本发明还提供具体的喷涂方案。图1为典型的喷枪结构，包括喷枪本体2’、喷嘴1’以及涂料瓶3’。
图2为工件加工示意图，其中5为曲面薄壁工件，1为刀具，2、3、4为工件表面已经固化或半固化的涂层，6为未被成型材料包覆的工件表面。
本具体实施方式采用如下步骤：
S1、成型材料采用改性后不同杨氏模量的PDMS；
S2、成型材料通过喷枪喷涂到工件表面，并通过加热快速固化。
S3、工件的机械加工。
本具体实施例中所述的不同杨氏模量的PDMS是通过添加不同比例Al2O3调控的。成型材料还可以是Ecoflex，改性材料还可以是其他氧化物或PEIE。
作为优选，步骤S2中的喷枪可采用手动控制和自动控制(安装在机械手上)。喷涂过程中可采用掩模板进行表面区域精确选择性成型。若采用UV固化的PDMS则可采用UV光照射快速固化成型。
此具体实施例产生的有益效果为：
1、喷涂的材料能够很好的降低加工过程中产生的振动。
2、喷涂工艺配合掩模版一起使用，可以选择性的对某些区域进行喷涂。
3、喷涂厚度无限制，且不同区域厚度可以不同。
4、可以随着进刀可以被刀具加工掉，不给刀具带来很大的阻力。加工掉之后可以再喷涂。
5、直接用于工件外包装，如运输途中减震，防水等用途，然后在使用时可以直接轻易的拆除。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于减小机械加工工件振动的表面辅助加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，根据所需要加工的工件对象及其机械加工工艺要求，选取相应的成型材料和成型参数，在所述成型材料中混合改性材料，用于改变所述成型材料的杨氏模量或者表面黏附力；所述成型材料为具有黏附性的液体高分子材料，所述成型参数包括硬度参数、固化条件和固化时间，所述固化条件根据所选取的成型材料的物化特性来确定，所述固化时间以使得成型材料完全黏附在所述工件上为准；
S2，通过对所述工件的机械加工工艺进行分析，制定可调整的辅助加工工艺参数，使得在成型过程中成型设备能够根据成型情况进行实时调整，然后利用成型设备将成型材料在工件表面进行快速成型；所述成型材料的黏附力以满足既能对所述工件表面进行附着又不会给刀具路径造成阻力为条件；所述成型设备为涂抹设备、喷涂设备、浸涂设备、印刷设备之一或组合；
S3，最后再进行机械加工。
2.如权利要求1所述的用于减小机械加工工件振动的表面辅助加工方法，其特征在于：所述S2步骤中的成型设备为喷涂设备，所述可调整的辅助加工工艺参数包括材料喷涂的位置、角度、用量、固化条件。
3.如权利要求1或2所述的用于减小机械加工工件振动的表面辅助加工方法，其特征在于：所述S2步骤后成型的表面材料为多层结构，中间填料。
4.如权利要求3所述的用于减小机械加工工件振动的表面辅助加工方法，其特征在于：所述多层结构通过多次覆盖形成，每一次的成型材料的种类和数量可调整，以形成梯度结构。
5.如权利要求3所述的用于减小机械加工工件振动的表面辅助加工方法，其特征在于：所述多层结构中，至少有一层中采用不同的成型材料，当使用不同的材料进行多次微量表面成型后，获得具有刚度梯度的材料包覆层。
6.如权利要求1或2所述的用于减小机械加工工件振动的表面辅助加工方法，其特征在于：所述S2步骤中，在所述工件设置掩模板，选择性地对某些区域进行快速成型，其他区域无需成型。
7.如权利要求6所述的用于减小机械加工工件振动的表面辅助加工方法，其特征在于：不同区域的成型厚度不同。
8.如权利要求1所述的用于减小机械加工工件振动的表面辅助加工方法，其特征在于：所述S2步骤中的成型方式包括光固化、热催化固化、发泡膨胀、维持低流动半固体状态。
9.如权利要求1所述的用于减小机械加工工件振动的表面辅助加工方法，其特征在于：所述S1步骤中的成型材料为发泡的有间隙的。
10.如权利要求1所述的用于减小机械加工工件振动的表面辅助加工方法，其特征在于：所述S1步骤中所述成型材料包括PDMS、Ecoflex，改性材料包括金属氧化物，PEIE，通过向所述成型中添加不同比例改性材料调控杨氏模量。
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