CN108994645A - 一种用于薄壁零件铣削加工的自适应支撑装置 - Google Patents

一种用于薄壁零件铣削加工的自适应支撑装置 Download PDF

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Abstract

一种用于薄壁零件铣削加工的自适应支撑装置，包括外圈，外圈的内腔中安装有内球面弹簧夹头，内球面弹簧夹头和外圈之间设有锥套，锥套的顶部设有压紧盖，压紧盖与外圈通过螺纹连接，内球面弹簧夹头的内腔中安装有外球面弹簧夹头，外球面弹簧夹头的中心孔中安装有支撑杆，支撑杆的上部套有弹簧，弹簧底端压在外球面弹簧夹头顶部，支撑杆的下端面连接有挡板，挡8压在外球面弹簧夹头底部，当压紧盖旋紧时，锥套向下滑动，压缩内球面弹簧夹头收缩，同时压缩外球面弹簧夹头收缩，最终夹紧支撑杆；本发明在释放零件残余应力时，弹簧弹力使得支撑杆可以根据零件变形后接触面的形状自适应的调整角度和高度，确保支撑面能够对薄壁零件实现准确可靠的支撑。

Description

一种用于薄壁零件铣削加工的自适应支撑装置
技术领域
本发明涉及薄壁零件加工技术领域，具体涉及一种用于薄壁零件铣削加工的自适应支撑装置。
背景技术
随着环境问题越来越突出，节能减排的要求也不断提高，机械零件的轻量化设计越来越受人们欢迎，尤其是在航空航天领域，大量大型整体薄壁零件的使用使得产品质量更轻，机械效率更高，可靠性更好。然而，薄壁零件铣削加工过程由于残余应力的释放，很容易产生加工变形。过大的加工变形容易导致零件尺寸超差，严重者导致整个零件报废。因此，薄壁零件加工普遍存在成品率低、零件整体成本较高的现象。
为了降低薄壁零件的加工变形，提高其加工精度。薄壁零件加工时通常需要在工序间松开零件的夹紧夹具，释放零件材料切除过程产生的残余应力，然后将零件重新夹紧后再进行后续加工，这种方法能够有效的降低零件的残余应力状态，提高零件的加工精度。然而，在零件重新夹紧时，残余应力的释放产生的零件变形使得零件原有的夹紧位置产生偏离。为了避免再次夹紧时产生夹紧应力，通常需要靠人工逐个调节夹紧支撑点。对于大型薄壁零件，支撑点调节过程工作量较大，时间成本较高，另外，支撑点的调节精度与操作人员的经验密切相关，很难保证零件最终精度的一致性。目前，薄壁零件铣削加工变形是制约薄壁零件加工精度的重要因素之一，尤其对于航空航天领域，薄壁零件的加工变形已经成为制约其技术进步的瓶颈。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种用于薄壁零件铣削加工的自适应支撑装置，在释放零件残余应力时，支撑杆可以根据零件变形后接触面的形状自适应的调整角度和高度，确保支撑杆的支撑面能够对薄壁零件实现准确可靠的支撑。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于薄壁零件铣削加工的自适应支撑装置，包括外圈1，外圈1的内腔中安装有内球面弹簧夹头2，内球面弹簧夹头2和外圈1之间设有锥套5，锥套5的顶部设有压紧盖3，压紧盖3与外圈1通过螺纹连接，内球面弹簧夹头2的内腔中安装有外球面弹簧夹头4，外球面弹簧夹头4的中心孔中安装有支撑杆7，支撑杆7的上部套有弹簧6，弹簧6底端压在外球面弹簧夹头4顶部，支撑杆7的下端面的螺纹孔通过螺钉9连接有挡板8，挡板8压在外球面弹簧夹头4底部，当压紧盖3旋紧时，锥套5向下滑动，压缩内球面弹簧夹头2收缩，同时压缩外球面弹簧夹头4收缩，最终夹紧支撑杆7。
所述的内球面弹簧夹头2上设有第一弹性槽11，外球面弹簧夹头4上设有第二弹性槽12，第一弹性槽11和第二弹性槽12使得内球面弹簧夹头2和外球面弹簧夹头4具有弹性。
所述的内球面弹簧夹头2外圈的锥度与锥套5的锥度相同。
所述的内球面弹簧夹头2的内球面和外球面弹簧夹头4的外球面为球面接触，具有三个方向的自由度，即绕x轴的转动，绕y方向的转动以及绕z方向的转动，当内球面弹簧夹头2收缩时，压缩外球面弹簧夹头4向内收缩。
所述的锥套5外圆柱面与外圈1内表面间隙配合，内球面弹簧夹头2内表面与外球面弹簧夹头4的外表面为间隙配合，外球面弹簧夹头4的中心孔与支撑杆7圆柱面为间隙配合。
所述的外圈1下边缘处设有外圈固定孔10，外圈固定孔10用于将整个装置固定在工作台上。
本发明具有以下优点：
1)由于本发明在松开压紧盖时，支撑杆具有4个方向的自由度，支撑杆下方设计有弹簧，弹簧的弹力可以使得支撑杆的上端面始终与零件的支撑位置紧密结合。因此，在加工工序间松开零件的夹具释放零件的变形时，松开压紧盖，弹簧的弹力可以使得支撑杆自动调整高度和角度以保证支撑杆的上端面与零件的支撑点紧密贴合。变形释放后，拧紧压紧盖将支撑杆固定，再采用夹具将零件固定，最后再进行后续加工；
2)由于本发明对零件的支撑力等于弹簧的弹力，而零件的变形通常不到100um，所引起的弹簧弹力的变化可以忽略不记，因此，采用多个装置支撑薄壁零件时，可保证每个支撑杆的支撑力相等，从而避免支撑力使得零件产生变形。
3)在工序间释放零件变形是，松开压紧盖的同时，弹簧的弹力便可使得支撑杆完成自适应调整，无需人工逐个调整，调整效率高；
4)本发明采用机械结构，结构简单，稳定可靠，成本低廉。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为图1中外圈的剖视图。
图3为图2的俯视图。
图4为图1中内球面弹簧夹头的剖视图。
图5为图4的俯视图。
图6为图1中外球面弹簧夹头的剖视图。
图7为图6的俯视图。
图8为图1中压紧盖的结构示意图。
图9为图8的俯视图。
图10为图8的剖视图。
图11为图1中锥套的剖视图。
图12为图11的俯视图。
图13为图1中支撑杆的结构示意图。
图14为图13的俯视图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进一步叙述。
参照图1-14，一种用于薄壁零件铣削加工的自适应支撑装置，包括外圈1，外圈1的内腔中安装有内球面弹簧夹头2，内球面弹簧夹头2和外圈1之间设有锥套5，内球面弹簧夹头2外圈的锥度与锥套5的锥度相同，锥套5内圆锥面与内球面弹簧夹头2外圆锥面配合，圆锥面配合滑动可以使得内球面弹簧夹头2实现夹紧和松开；锥套5的顶部设有压紧盖3，压紧盖3与外圈1通过螺纹连接，外圈1用于支撑整个装置，压紧盖3顺时针旋转可以推动锥套5沿外圈1内壁向下移动；内球面弹簧夹头2的内腔中安装有外球面弹簧夹头4，内球面弹簧夹头2的内球面和外球面弹簧夹头4的外球面为球面接触，具有三个方向的自由度(绕x轴的转动，绕y方向的转动以及绕z方向的转动)，当内球面弹簧夹头2收缩时，压缩外球面弹簧夹头4向内收缩；外球面弹簧夹头4的中心孔中安装有支撑杆7，支撑杆7圆柱面与外球面弹簧夹头4中心孔圆柱面配合，支撑杆7具有两个自由度(沿z轴的移动和绕z轴的转动)；支撑杆7的上部套有弹簧6，弹簧6底端压在外球面弹簧夹头4顶部，弹簧6使支撑杆7的上端面自动贴紧被加工零件，螺钉9通过支撑杆7的下端面的螺纹孔将挡板8固定在支撑杆7下端面上，挡板8的外径大于外球面弹簧夹头4的中心孔，挡板8用于限制支撑杆7从外球面弹簧夹头4中滑出；当压紧盖3沿顺时针方向旋紧时，锥套5向下滑动，压缩内球面弹簧夹头2收缩，同时压缩外球面弹簧夹头4收缩，最终夹紧支撑杆7，限制其自由度。
参照图4、图5、图6和图7，所述的内球面弹簧夹头2上设有第一弹性槽11，外球面弹簧夹头4上设有第二弹性槽12，第一弹性槽11和第二弹性槽12使得内球面弹簧夹头2和外球面弹簧夹头4具有弹性，当压紧盖3推动锥套5向下滑动时，内球面弹簧夹头2和外球面弹簧夹头4收缩，将支撑杆7夹紧；当压紧盖3逆时针转动时，内球面弹簧夹头2和外球面弹簧夹头4的弹力可以使得锥套5自动向上滑动，进而松开支撑杆7，使得支撑杆7恢复原有的自由度。
所述的锥套5外圆柱面与外圈1内表面间隙配合，内球面弹簧夹头2内表面与外球面弹簧夹头4的外表面为间隙配合，外球面弹簧夹头4的中心孔与支撑杆7圆柱面为间隙配合，各配合面采用间隙配合可以使得各零件之间容易滑动，有利于支撑杆7调整高度和角度。
参照图2和图3，所述的外圈1下边缘处设有外圈固定孔10，外圈固定孔10用于将整个装置固定在工作台上。
本发明的工作原理为：
当铣削加工薄壁零件时，首先根据零件的尺寸、结构以及加工特点设计零件支撑位置，然后根据夹紧位置选择相应数量的本发明提出的一种用于薄壁零件铣削加工的自适应支撑装置。首先将自适应支撑装置通过外圈固定孔10固定在工作台上，逆时针旋转压紧盖3，确保所有的支撑杆7处于自由状态；将被加工零件放置在支撑杆7上，调整零件的空间位置，确保每个支撑杆7的顶部支撑面与零件紧密接触，然后依次顺时针旋转自适应支撑装置的压紧盖3，压紧盖3推动锥套5沿外圈1的内壁向下滑动，锥套5向下移动使得内球面弹簧夹头2向内收缩，内球面弹簧夹头2向内收缩压紧外球面弹簧夹头4向内收缩，外球面弹簧夹头4向内收缩将支撑杆7夹紧，最终实现对整个薄壁零件的支撑。最后依次通过相应的夹具固定零件，执行零件的第一道加工工序。
在零件完成第一道加工工序后，需要释放零件残余应力变形以减小零件最终变形，首先将零件的压紧夹具松开，然后依次逆时针旋转各自适应支撑装置的压紧盖3，内球面弹簧夹头2和外球面弹簧夹头4的弹性力使得锥套5沿外圈1的内壁向上滑动，使得所有的支撑杆7处于自由状态，零件的残余应力使得零件产生变形，由于弹簧的作用，支撑杆7的上端面能够始终与被支撑零件的支撑面贴合；当零件完全变形后，再依次顺时针旋转自适应支撑装置的压紧盖3，将支撑杆固定，最后依次通过相应的夹具固定零件，执行零件的第二道加工工序。当第二道加工工序结束后仍需要释放零件的残余应力变形时，再次执行上述操作过程。

Claims (6)

1.一种用于薄壁零件铣削加工的自适应支撑装置，包括外圈(1)，其特征在于：外圈(1)的内腔中安装有内球面弹簧夹头(2)，内球面弹簧夹头(2)和外圈(1)之间设有锥套(5)，锥套(5)的顶部设有压紧盖(3)，压紧盖(3)与外圈(1)通过螺纹连接，内球面弹簧夹头(2)的内腔中安装有外球面弹簧夹头(4)，外球面弹簧夹头(4)的中心孔中安装有支撑杆(7)，支撑杆(7)的上部套有弹簧(6)，弹簧(6)底端压在外球面弹簧夹头(4)顶部，支撑杆(7)的下端面的螺纹孔通过螺钉(9)连接有挡板(8)，挡板(8)压在外球面弹簧夹头(4)底部，当压紧盖(3)旋紧时，锥套(5)向下滑动，压缩内球面弹簧夹头(2)收缩，同时压缩外球面弹簧夹头(4)收缩，最终夹紧支撑杆(7)。
2.根据权利要求1所述的一种用于薄壁零件铣削加工的自适应支撑装置，其特征在于：所述的内球面弹簧夹头(2)上设有第一弹性槽(11)，外球面弹簧夹头(4)上设有第二弹性槽(12)，第一弹性槽(11)和第二弹性槽(12)使得内球面弹簧夹头(2)和外球面弹簧夹头(4)具有弹性。
3.根据权利要求1所述的一种用于薄壁零件铣削加工的自适应支撑装置，其特征在于：所述的内球面弹簧夹头(2)外圈的锥度与锥套(5)的锥度相同。
4.根据权利要求1所述的一种用于薄壁零件铣削加工的自适应支撑装置，其特征在于：所述的内球面弹簧夹头(2)的内球面和外球面弹簧夹头(4)的外球面为球面接触，具有三个方向的自由度，即绕x轴的转动，绕y方向的转动以及绕z方向的转动，当内球面弹簧夹头(2)收缩时，压缩外球面弹簧夹头(4)向内收缩。
5.根据权利要求1所述的一种用于薄壁零件铣削加工的自适应支撑装置，其特征在于：所述的锥套(5)外圆柱面与外圈(1)内表面间隙配合，内球面弹簧夹头(2)内表面与外球面弹簧夹头(4)的外表面为间隙配合，外球面弹簧夹头(4)的中心孔与支撑杆(7)圆柱面为间隙配合。
6.根据权利要求1所述的一种用于薄壁零件铣削加工的自适应支撑装置，其特征在于：所述的外圈(1)下边缘处设有外圈固定孔(10)，外圈固定孔(10)用于将整个装置固定在工作台上。
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