CN109848744B - 一种针对于薄壁件的磁力支撑装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种针对于薄壁件的磁力支撑装置及方法，属于机械加工支撑技术领域。该装置包括磁力系统和辅助系统，实现微型磁粉对薄壁件的支撑。磁力系统包括线圈、微型磁粉、柔性袋子，线圈安装于刀具上，微型磁粉放置在柔性袋子内。辅助系统包括磁粉盒、导轨，磁粉盒为开口结构，内放置柔性袋子，通过导轨能够实现Y、Z方向上的移动；线圈未通电时，柔性袋子随磁粉盒移动，通电时微型磁粉受力使柔性袋子贴合在薄壁件支撑面。本发明支撑结构简单，使用方便，适合用于任意曲面的支撑，能够实现加工时的随动支撑，更好的抵消切削力；而且微型磁粉放在柔性袋子中，对工件损伤小；另外，本发明不会污染用于加工薄壁件的机床，保护加工环境。
Description
技术领域
本发明属于机械加工支撑技术领域，涉及一种针对于薄壁件的磁力支撑装置及方法。
背景技术
近年来，薄壁件具有重量轻、节省材料等优点，得到了越来越多人的关注，薄壁零件已日益广泛地应用在各工业部门；但薄壁件加工精度却很难保证，影响薄壁件的加工精度的主要因素如下：
(1)薄壁件受力容易发生变形；由于工件刚度较差的原因，在夹紧力的作用下容易产生夹紧变形，从而影响其尺寸精度和形状精度。
(2)薄壁件受热容易发生变形；由于工件壁薄的原因，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难于控制，进而影响其加工精度。
(3)工艺系统的振动容易使薄壁件变形；在加工过程中，由于切削力的作用，很容易使工件产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度。
目前，为了加工出符合要求的薄壁件，减少薄壁件在加工过程中的变形问题，人们通过改变薄壁件支撑的方式来改善其加工环境。例如，一种视觉引导的薄壁件镜像铣顶撑装置(专利公开号是CN 108818017A)，其主要原理是通过支撑头与加工头的同步运动，实现薄壁件加工区域的支撑；一种加工航空复杂薄壁件用柔性夹具装置及其制造方法(专利公开号是CN107470941A)，其柔性夹具装置由多个万向头来实现对薄壁件的支撑。该类装置部分抵消了铣削力，但结构较为复杂。
虽然目前支撑薄壁件的方法很多，不过如何实现既能满足加工需求且实现途径更加简单的薄壁件支撑仍是一个亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种针对于薄壁件的磁力支撑装置及方法。本发明主要机理是通过磁力系统与辅助系统来实现微型磁粉对薄壁件的支撑；通过改变磁场的强度以及微型磁粉的大小来改变微型磁粉所受的磁场力，使得微型磁粉所受的磁场力抵消薄壁件所受的部分切削力，减小了薄壁件在加工过程中受力变形；加工时，磁场随刀具移动，微型磁粉在磁场力的作用下也会跟随刀具移动，从而实现随动支撑；由于微型磁粉放在柔性袋子里，减轻了支撑表面的划伤，保护了支撑表面的完整；在薄壁件加工过程中，微型磁粉在磁场的作用下支撑薄壁件，由于微型磁粉能够形成任意的形状，可实现任意曲率的薄壁件的支撑；该方法实现途径简单，在支撑方面只需要两个方向的就可实现支撑，简化了支撑结构；同时其加工环境清洁、无污染。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种针对于薄壁件的磁力支撑装置，包括磁力系统、辅助系统，薄壁件3设于磁力系统和辅助系统之间。
所述的磁力系统主要包括线圈2、微型磁粉4以及柔性袋子5，微型磁粉4放置在柔性袋子5内部，线圈2安装于刀具1上，刀具1与伺服驱动装置连接，在伺服驱动装置的控制下按照加工路径进行移动。所述的线圈2作用是：线圈2在通电的情况下，周围会产生一定强度的磁场，控制线圈2的不同绕向方式以及线圈2电流大小，可以得到一个磁场形状以及强度均可控的磁场源；线圈2在未通电的情况下，周围不会产生磁场。所述的微型磁粉4是指具有一定磁性的微粉，其所受的磁场力用于支撑薄壁件，选择微型磁粉的大小使其所受的磁场力大小与切削力相等。所述的柔性袋子5是指一种形状随着受力的改变而发生变化的袋子，其作用是容纳微型磁粉4，避免微型磁粉污染加工环境。
所述的辅助系统主要包括磁粉盒6、Y导轨7以及Z导轨8，伺服系统控制Y、Z导轨运动。所述的磁粉盒6为侧面开口结构，设于Y导轨7上，能够在Y导轨7上沿Y向移动，且Y导轨7可以在Z导轨8上移动，从而实现磁粉盒6的Y、Z方向上的移动。所述的磁粉盒6内用于放置柔性袋子5，线圈2未通电时，柔性袋子5随磁粉盒6移动，线圈2通电时，微型磁粉4受力使柔性袋子5贴合在薄壁件3支撑面。
一种针对于薄壁件的磁力支撑方法，该方法的实现基于磁力系统以及辅助系统实现，包括以下步骤：
第一步：根据切削力的大小，得到此次加工时所需要的支撑力，所需支撑力的大小与切削力相等；确定线圈2的绕法，加工时线圈的通电电流以及微型磁粉4的颗粒大小，使得微型磁粉4所受的磁场力大小等于切削力。
第二步：将微型磁粉4装进柔性袋子5里并封装好；将柔性袋子5放置到磁粉盒6里；把磁粉盒6安装到Y导轨7上；把线圈2安装到刀具1上，此时线圈2处于未通电状态。
第三步：利用伺服系统控制导轨，使得磁粉盒6与刀具中心在同一水平线上，薄壁件3设于磁粉盒6和刀具1之间；再将线圈2通电产生磁场，此时微型磁粉4在磁场的作用下被吸附在薄壁件3上，并给薄壁件3支撑；此时微型磁粉4并按照磁场的强弱分布。
第四步：刀具1对薄壁件3进行加工，随着加工的进行，柔性袋子5随着刀具1移动，形成随动支撑的效果，直到加工结束；在此过程中，磁粉盒6在伺服系统的控制下也随刀具1移动，但不起约束柔性袋子5的作用。
第五步：加工结束后，线圈2断电；此时柔性袋子5落入磁粉盒6里并随导轨移动至安全位置。
本发明的有益效果为：该方法实现途径简单，适合用于任意曲面的支撑，由于微型磁粉十分微小，大量的微型磁粉可以形成任意的形状，能够实现更好的贴合待加工面的背面，给其加工区支撑。该方法简化了支撑的结构，磁粉盒只需要两个方向的移动就可以完成任意曲面的支撑；该方法更好的抵消了切削力，通过改变线圈的不同绕法，可以得到理想的磁场，使得微型磁粉所受的磁场力抵消薄壁件所受的部分切削力切削力。该方法能够实现加工时的随动支撑，而且由于微型磁粉在柔性袋子中，对工件的损伤较小。该方法比较清洁、不会污染用于加工薄壁件的机床，由于微型磁粉放置在柔性袋子中，防止微型磁粉对机床的污染，保护了加工环境。
附图说明
图1为本发明原理流程图。图1(1)为线圈未通电状态；图1(2)为线圈刚通电状态；图1(3)为加工工件时的状态。
图中：1刀具；2线圈；3薄壁件；4微型磁粉；5柔性袋子；6磁粉盒；7Y导轨；8Z导轨。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细说明本发明的具体实施方式。
一种针对于薄壁件的磁力支撑装置，包括磁力系统以及辅助系统。
所述的磁力系统主要包括线圈2、微型磁粉4以及柔性袋子5。所述的线圈2安装于刀具1上；所述线圈2的作用是其在通电的情况下，周围会产生一定强度的磁场，控制线圈2的不同绕向方式以及线圈2电流的大小，可以得到一个磁场形状以及强度均可控的磁场源；线圈2在未通电的情况下，周围不会产生磁场。所述的微型磁粉4是指具有一定磁性的微粉，其大小可以根据需求进行选择，微型磁粉4在所述的磁场源中具有力的作用。所述的柔性袋子5是指一种形状随着受力的改变而发生变化的袋子，其作用是容纳微型磁粉4，避免微型磁粉污染加工环境。
所述的辅助系统主要包括磁粉盒6以及导轨，所述的磁粉盒6是指一个用于存放上述柔性袋子5的盒子，其作用是在所述线圈2未通电时，柔性袋子5随着磁粉盒6移动。所述的导轨包括X导轨7以及Z导轨8，Y导轨7可以在Z导轨8上移动，Z导轨8上安装上述的磁粉盒6，从而实现磁粉盒的Z、Y方向上的移动。
一种针对于薄壁件的磁力支撑方法，该方法的实现基于磁力系统以及辅助系统，包括以下步骤：
第一步：根据切削力的大小，得到此次加工时所需要的支撑力，所需支撑力的大小与切削力相等；确定线圈2的绕法，加工时线圈的通电电流以及微型磁粉4的颗粒大小，使得微型磁粉4所受的磁场力大小等于切削力。
第二步：把微型磁粉4装进柔性袋子5里并封装好；将柔性袋子5放置到磁粉盒6里；把磁粉盒6安装到Y导轨7上；把线圈2安装到刀具1上，此时线圈2处于未通电状态。
第三步：利用伺服系统控制导轨，使得磁粉盒6与刀具中心在同一水平线上；使线圈2通电产生磁场，此时微型磁粉4在磁场的作用下被吸附在薄壁件3上，并给薄壁件3支撑；此时微型磁粉4按照磁场的强弱分布。
第四步：随着加工的进行，柔性袋子5随着刀具1移动，形成随动支撑的效果，直到加工结束；在此过程中，磁粉盒6在伺服系统的控制下也随刀具1移动，但不起约束柔性袋子5的作用。
第五步：加工结束后，线圈2断电；此时柔性袋子5落入磁粉盒6里并随导轨移动至安全位置。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种针对于薄壁件的磁力支撑装置，其特征在于，所述的磁力支撑装置包括磁力系统、辅助系统；
所述的磁力系统包括线圈(2)、微型磁粉(4)、柔性袋子(5)；所述的线圈(2)安装于刀具(1)上，线圈(2)通电周围产生磁场，控制线圈(2)的不同绕向方式以及线圈(2)电流大小，能够得到一个磁场形状以及强度都可控制的磁场源；所述的刀具(1)与伺服驱动装置连接，在伺服驱动装置的控制下按照加工路径进行移动；所述的微型磁粉(4)放置在柔性袋子(5)内部，微型磁粉(4)受磁场力能够用于支撑薄壁件，选择微型磁粉的大小使其所受的磁场力大小与切削力相等；
所述的辅助系统包括磁粉盒(6)、Y导轨(7)、Z导轨(8)，伺服系统控制Y、Z导轨运动；所述的磁粉盒(6)为开口结构，设于Y导轨(7)上，能够在Y导轨(7)上移动，且Y导轨(7)可以在Z导轨(8)上移动，从而实现磁粉盒(6)在Y、Z方向上的移动；所述的磁粉盒(6)内用于放置柔性袋子(5)，线圈(2)未通电时，柔性袋子(5)随磁粉盒(6)移动，线圈(2)通电时，微型磁粉(4)受力使柔性袋子(5)贴合在薄壁件(3)的支撑面，对其进行随动支撑。
2.一种基于权利要求1所述装置实现的针对于薄壁件的磁力支撑方法，其特征在于，该方法的实现基于磁力系统以及辅助系统实现，包括以下步骤：
第一步：根据切削力的大小，得到此次加工时所需要的支撑力，所需支撑力的大小与切削力相等；确定线圈(2)的绕法，加工时线圈的通电电流以及微型磁粉(4)的颗粒大小，使得微型磁粉(4)所受的磁场力大小等于切削力；
第二步：将微型磁粉(4)装进柔性袋子(5)里并封装好；将柔性袋子(5)放置到磁粉盒(6)里；把磁粉盒(6)安装到Y导轨(7)上；线圈(2)安装到刀具(1)上，此时线圈(2)处于未通电状态；
第三步：利用伺服系统控制导轨，使磁粉盒(6)与刀具(1)中心在同一水平线上，薄壁件(3)设于磁粉盒(6)和刀具(1)之间；再将线圈(2)通电产生磁场，此时微型磁粉(4)在磁场的作用下被吸附在薄壁件(3)上，微型磁粉(4)并按照磁场的强弱分布，给薄壁件(3)支撑；
第四步：刀具(1)对薄壁件(3)进行加工，随加工进行，柔性袋子(5)随着刀具(1)移动，形成随动支撑的效果，直到加工结束；在此过程中，磁粉盒(6)在伺服系统的控制下也随刀具(1)移动，但不起约束柔性袋子(5)的作用；
第五步：加工结束后，线圈(2)断电，柔性袋子(5)落入磁粉盒(6)里并随导轨移动至安全位置。
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