CN112247871B - 一种应用在复杂曲面结构上的磁流变支撑装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械加工技术领域，涉及一种应用在复杂曲面结构上的磁流变支撑装置，包括底座；升降组件，设在底座的上方，用于实现装置的高度调整；工作台，设在升降组件的顶端，其顶面开设有凹槽，凹槽的正下方开设有腔体结构；磁流变液，填充在凹槽内，通过管道与外设的存储箱连通；双作用泵，设置在管道上，用于实现对磁流变液的抽吸，使得凹槽内的磁流变液的量发生变化；磁力控制组件，设置在腔体结构内，其磁力大小和方向可调，用于实现对磁流变液的路径和形变量的控制，适应工件的曲面形状，实现对工件的支撑；压紧组件，至少为一个，可拆卸式连接在工作台的顶面，且分布在凹槽的四周。本发明结构可靠，提高了复杂曲面的找形效率。
Description
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种应用在复杂曲面结构上的磁流变支撑装置。
背景技术
机械加工中，经常会碰到一些表面形状复杂的薄壁板型工件，这些工件的稳固可靠的装夹是加工中的难题，在装夹时，需要对工件进行找形，以方便对工件进行进一步的加工。但是由于工件表面的形状过于复杂，传统的操作，均是采用将百分表吸附在机床主轴上，然后拉平找正，在该过程中，往往需要先拉平检测，再调整多个或者个别支撑件的高度，再拉平检测，再调整支撑件的高度，如此来回反复多次进行操作，使得找形很费劲，工作效率特别低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种应用在复杂曲面结构上的磁流变支撑装置，以便解决现有技术中的不足。
本发明的技术方案是：
一种应用在复杂曲面结构上的磁流变支撑装置，包括：
底座，用于实现和安装平台的可拆卸式连接；
升降组件，设置在所述底座的上方，用于实现装置的高度调整；
工作台，设置在所述升降组件的顶端，其顶面开设有凹槽，凹槽的正下方开设有腔体结构；
磁流变液，填充在所述凹槽内，通过管道与外设的存储箱连通；
双作用泵，设置在所述管道上，用于实现对所述磁流变液的抽吸，使得凹槽内的磁流变液的量发生变化；
磁力控制组件，设置在所述腔体结构内，其磁力大小和方向可调，用于实现对磁流变液的控制来适应工件的曲面形状，实现对工件的支撑；
压紧组件，至少为一个，可拆卸式连接在所述工作台的顶面，且分布在所述凹槽的四周。
优选的，所述磁力控制组件包括：
至少一个电机一，呈圆形均布设置在所述腔体结构的内底面上，所述电机一的输出轴水平设置；
套环，套装固定在所述电机一的输出轴上；
液压缸一，其缸体的底部与所述套环固定，所述液压缸一的中心线与所述电机一的输出轴垂直；
筒体，其中一端与所述液压缸一的活塞杆的端部固定，所述筒体的中心线与所述液压缸一的中心线平行；
多圈绕线，缠绕在所述筒体的外侧壁上，所述绕线的一端依次连接控制开关、可调供电电源，所述可调供电电源的另一端与所述绕线的另一端连接；
外设电源，与电机一和液压缸一分别电连接。
优选的，所述电机一的下方设置有与外设电源电连接的直线导轨，所述直线导轨的固定体与所述腔体结构的内底面固定，所述直线导轨的移动体与电机一固定。
优选的，所述压紧组件包括：
液压缸二，竖直设置在所述工作台上表面；
压舌，一端与所述液压缸二的活塞杆的端部固定；
块体，与所述液压缸二平行，设置在所述工作台上表面，其上端与所述压舌的中部铰接。
优选的，所述升降组件包括：
支撑板，数量为多个，竖直设置在所述底座的上方；
平板一，设置在所述支撑板的顶端；
剪叉式结构，有多组，均布设置在所述平板一的周向，且剪叉式结构的下端与所述平板一的周向铰接，上端与所述工作台的周向铰接；
平板二，与所述平板一平行设置，其四周分别与所述剪叉式结构的中部铰接；
电机二，与其中一个所述支撑板固定，所述电机二的输出轴水平设置，且向底座的中部方向延伸；
锥齿轮一，套装固定在所述电机二的输出轴上；
锥齿轮二，与所述锥齿轮一啮合，且中心开设有螺纹孔，且下表面开设有环形的凹槽一，所述凹槽一的截面为球面；
安装块，固定在所述底座上，其上表面开设有环形的凹槽二，所述凹槽二与凹槽一镜像设置，所述安装块的中心开设有竖直的通孔；
滚珠，数量为多个，卡装在所述凹槽二与凹槽一之间且能在所述凹槽二与凹槽一内滚动；
螺杆，穿设在所述通孔和螺纹孔内，所述螺杆的中部开设有槽缝，所述槽缝贯穿整个螺杆，且沿螺杆的中心线方向设置；
连接块，一端与所述螺杆的端部固定，另一端与所述平板二固定；
支撑座，有两个，分别与所述平板一底面固定；
卡板，水平穿设在所述槽缝内，能在所述槽缝内上下移动，所述卡板的两端分别与两个支撑座固定。
优选的，所述底座是磁力座。
与现有技术相比，本发明提供的一种应用在复杂曲面结构上的磁流变支撑装置，利用底座，实现和安装平台或者机床工作台的可拆卸式连接，升降组件用来快速的粗调支撑装置的工作台的高度使得工件处于机床的加工范围内，工件放置在工作台的顶面的凹槽内，凹槽内填充有适量的磁流变液，工件放置在磁流变液表面，工件下方设置有磁力控制组件，磁力控制组件包括多个控制单元，利用控制单元来控制工件下表面不同位置的磁流变液，使得磁流变液在固态和液态之间变化状态，来实现对工件的下部支撑，由于工件的表面形状比较复杂，凹凸不平的状态则需要通过对可调供电电源的控制，开实现对施加在磁流变液上的磁场强度的变化，从而使得在磁场强度不同的前提下，磁流变液的形变状态不同，以便于实现对工件的表面形状的适应性调整来实现支撑，在下表面的支撑调整完成后，可以通过压紧组件将工件完全固定在工作台上，即可开始下一步的操作。
本发明提供的装置的利用，尤其适用于具有复杂曲面的薄壁板型零件，其装夹结构可靠，提高了复杂曲面的找形效率，同时可以有效的避免应力集中导致的变形，实用性强，值得推广。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的局部结构的放大图；
图3为本发明的A-A剖视图；
图4为本发明的压紧组件的结构结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种应用在复杂曲面结构上的磁流变支撑装置，下面结合图1到图4的结构示意图，对本发明进行说明。
实施例1
如图1和图2所示，本发明提供的一种应用在复杂曲面结构上的磁流变支撑装置，其结构包括：
用于实现和安装平台或者机床工作台的可拆卸式连接的底座6，底座6可以优选为磁力座，能方便快速的实现从安装平台安装和拆卸。
在底座6的上方固定升降组件，升降组件用于实现装置的高度调整。
具体的，升降组件可以采用四联动的升降平台实现，也可以用以下的具体结构实现，该结构能实现折叠式收缩和升降，结构包括：
竖直设置在底座6的上方的多个支撑板2，支撑板2的其中一端与底座6的上表面固定，另外一端与平板一5固定连接。
在平板一5的周向，均布设置有多组剪叉式结构7。
剪叉式结构7的下端与平板一5的周向铰接，上端与工作台10的周向铰接。
剪叉式结构7的中部设置有平板二8，平板二8与平板一5平行设置，平板二8的四周分别与剪叉式结构7铰接。
其中一个支撑板2固定有电机二3，电机二3的输出轴水平设置，且向底座6的中部方向延伸，其上套装固定锥齿轮一4，锥齿轮二17与锥齿轮一4啮合，且中心开设有螺纹孔，且下表面开设有环形的凹槽一，凹槽一的截面为球面。
在底座6上表面固定安装块1，安装块1的上表面开设有环形的凹槽二，凹槽二与凹槽一镜像设置，安装块1的中心开设有竖直的通孔，滚珠18，数量为多个，卡装在凹槽二与凹槽一之间且能在凹槽二与凹槽一内滚动。
螺杆14，穿设在通孔和螺纹孔内，螺杆14的中部开设有槽缝，槽缝贯穿整个螺杆14，且沿螺杆14的中心线方向设置。螺杆14的端部固定连接块13，连接块13还与平板二8固定。
两个支撑座16，对称的设置在螺杆14的两侧，且分别与平板一5的底面垂直固定。两个支撑座16之间架设有水平设置的卡板15，卡板15的两端分别与两个支撑座16固定，卡板15的中间穿设在槽缝内，能在槽缝内上下移动。
当需要升降时，启动电机二3，电机二3同步的带动锥齿轮一4转动，并使得与之啮合的锥齿轮二17同步转动，螺杆14在锥齿轮二17的作用下，沿着槽缝的长度方向上下移动，带动其上的工作台10及工件11同步的升降。
工作台10的顶面开设有凹槽，凹槽的正下方开设有腔体结构；
凹槽内填充磁流变液，磁流变液通过管道与外设的存储箱连通，可以在设置在管道上的双作用泵的作用下，将磁流变液的量进行改变，以便适应不同的工件的支撑需求。
磁流变液(Magnetorheological Fluid,简称MR流体)属可控流体，是智能材料中研究较为活跃的一支。磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性；而在强磁场作用下，则呈现出高粘度、低流动性的Bingham体特性。
磁流变液包括：铁磁性颗粒和载液流体。
其中，铁磁性颗粒是铁、铁合金、碳化铁、不锈钢、硅钢的其中一种或者几种的组合。
其中，载液流体是硅油或者机油，载液流体中还含有添加剂，添加剂为表面活性剂、抗氧化剂、润滑剂，粘度调节剂或者阻燃剂的其中一种或者多种的组合，添加剂的总量占磁流变液的总体积的(3-5)％。
磁力控制组件，设置在工作台10的腔体结构内，具体的，如图3所示，磁力控制组件包括：
至少一个电机一19，呈圆形均布设置在腔体结构的内底面上，电机一19的输出轴水平设置，其上套装固定套环9，套环9上固定液压缸一22，液压缸一22的中心线与电机一19的输出轴垂直。
液压缸一22的活塞杆的端部固定筒体20，筒体20的中心线与液压缸一22的中心线平行，筒体20的外侧壁上缠绕多圈绕线，多圈绕线构成绕组，绕线的一端依次连接控制开关、可调供电电源，可调供电电源的另一端与绕线的另一端连接，此外，还外设与电机一19和液压缸一22分别电连接的电源。
磁力控制组件的磁力大小和方向可调，用于实现对磁流变液的控制，使得磁流变液发生状态的变化来适应工件11的曲面形状，由于磁流变液不外加磁场时是液体状态存在的，在外加磁场时可以瞬间变为固体状态，外加磁场不同时，磁流变液形变后的外形状态还可以不同，因此，对复杂形态的工件的适应性好，能方便的实现对复杂形状的工件11的支撑。即使支撑状态不符合要求，也可以通过调整磁力控制组件，使得支撑状态符合要求。
在利用磁流变液将工件的下表面的支撑调整完成后，可以通过压紧组件12将工件完全固定在工作台上进行下一步的操作。
压紧组件12，至少为一个，可拆卸式连接在工作台10的顶面，且分布在凹槽的四周。
具体的，如图4所示，压紧组件12包括：
竖直设置在工作台10上表面的液压缸二1201，液压缸二1201的活塞杆的端部固定压舌1202的一端，压舌1202的中部铰接块体1203的一端，块体1203的另一端放在工作台10上表面。
启动液压缸二1201对活塞杆的伸出长度进行调整，可以使得液压缸二1201的高度发生变化，当液压缸二1201的活塞杆的伸出长度变小时，可以使得压舌1202的自由端翘起，远离工件的表面，从而将工件松开，当液压缸二1201的活塞杆的伸出长度增大时，可以使得压舌1202的自由端下压，作用在工件的表面，从而将工件压紧。
多个压紧组件12适应性调整，可以适应不同高度的工件的装夹需求。
具体的，本发明提供的装置在使用时，当电机一19通电启动时，可以带动套环9、液压缸一22、筒体20、多圈绕线构成的绕组同步在一定范围内转动，使得绕组通电产生的作用磁场的位置发生一定范围的偏转，以适应对工件形状的适应需求。为了改变磁场对磁流变液的控制强度，还可以控制液压缸一22伸出或者收回，使得绕组通电产生的作用磁场与磁流变液之间的距离发生改变，或者通过可调供电电源来改变绕组内的通电电流的大小，从而使得磁流变液发生形变的状态不同，提高磁流变液的可控性和对不同工件外形的适应性。
实施例2
作为基于实施例1的进一步优化方案，为了改变磁力控制组件的位置，以便改变对工件的支撑点的位置，适应不同大小和形状的工件的装夹需求，对本发明的结构做了以下改进：
设置了多个与外设电源电连接的直线导轨21，直线导轨21整体排列呈环形且均布设置，多个直线导轨21的长度方向的延长线相交于环形的中心，每一个直线导轨21与一个电机一19对应，直线导轨21的固定体与腔体结构的内底面固定，直线导轨21的移动体与电机一19固定。
当直线导轨启动时，可以带动电机一19沿着直线导轨的长度方向移动，实现其上方的多圈绕线构成的绕组的位置的变化，使得绕组内通电时形成的磁场的位置可变，从而使得磁流变液对工件的支撑位置可变。
本发明提供的一种应用在复杂曲面结构上的磁流变支撑装置，利用底座，实现和安装平台或者机床工作台的可拆卸式连接，升降组件用来快速的粗调支撑装置的工作台的高度使得工件处于机床的加工范围内，工件放置在工作台的顶面的凹槽内，凹槽内填充有适量的磁流变液，工件放置在磁流变液表面，工件下方设置有磁力控制组件，磁力控制组件包括多个控制单元，利用控制单元来控制工件下表面不同位置的磁流变液，使得磁流变液在固态和液态之间变化状态，来实现对工件的下部支撑，由于工件的表面形状比较复杂，凹凸不平的状态则需要通过对可调供电电源的控制，开实现对施加在磁流变液上的磁场强度的变化，从而使得在磁场强度不同的前提下，磁流变液的形变状态不同，以便于实现对工件的表面形状的适应性调整来实现支撑，在下表面的支撑调整完成后，可以通过压紧组件将工件完全固定在工作台上，即可开始下一步的操作。该装置的利用，尤其适用于具有复杂曲面的薄壁板型零件，其装夹结构可靠，提高了复杂曲面的找形效率，同时可以有效的避免应力集中导致的变形，实用性强，值得推广。
以上公开的仅为本发明的较佳的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种应用在复杂曲面结构上的磁流变支撑装置，其特征在于，包括：
底座(6)，用于实现和安装平台的可拆卸式连接；
升降组件，设置在所述底座(6)的上方，用于实现装置的高度调整；
工作台(10)，设置在所述升降组件的顶端，其顶面开设有凹槽，凹槽的正下方开设有腔体结构；
磁流变液，填充在所述凹槽内，通过管道与外设的存储箱连通；
双作用泵，设置在所述管道上，用于实现对所述磁流变液的抽吸，使得凹槽内的磁流变液的量发生变化；
磁力控制组件，设置在所述腔体结构内，其磁力大小和方向可调，用于实现对磁流变液的控制来适应工件(11)的曲面形状，实现对工件(11)的支撑；
压紧组件(12)，至少为一个，可拆卸式连接在所述工作台(10)的顶面，且分布在所述凹槽的四周；
所述磁力控制组件包括：
至少一个电机一(19)，呈圆形均布设置在所述腔体结构的内底面上，所述电机一(19)的输出轴水平设置；
套环(9)，套装固定在所述电机一(19)的输出轴上；
液压缸一(22)，其缸体的底部与所述套环(9)固定，所述液压缸一(22)的中心线与所述电机一(19)的输出轴垂直；
筒体(20)，其中一端与所述液压缸一(22)的活塞杆的端部固定，所述筒体(20)的中心线与所述液压缸一(22)的中心线平行；
多圈绕线，缠绕在所述筒体(20)的外侧壁上，所述绕线的一端依次连接控制开关、可调供电电源，所述可调供电电源的另一端与所述绕线的另一端连接；
外设电源，与电机一(19)和液压缸一(22)分别电连接。
2.根据权利要求1所述的一种应用在复杂曲面结构上的磁流变支撑装置，其特征在于，包括多个与外设电源电连接的直线导轨(21)，直线导轨(21)整体排列呈环形且均布设置，每一个直线导轨(21)与一个电机一(19)对应，直线导轨(21)的固定体与腔体结构的内底面固定，直线导轨(21)的移动体与电机一(19)固定。
3.根据权利要求1所述的一种应用在复杂曲面结构上的磁流变支撑装置，其特征在于，所述压紧组件(12)包括：
液压缸二(1201)，竖直设置在所述工作台(10)上表面；
压舌(1202)，一端与所述液压缸二(1201)的活塞杆的端部固定；
块体(1203)，与所述液压缸二(1201)平行，设置在所述工作台(10)上表面，其上端与所述压舌(1202)的中部铰接。
4.根据权利要求1所述的一种应用在复杂曲面结构上的磁流变支撑装置，其特征在于，所述升降组件包括：
支撑板(2)，数量为多个，竖直设置在所述底座(6)的上方；
平板一(5)，设置在所述支撑板(2)的顶端；
剪叉式结构(7)，有多组，均布设置在所述平板一(5)的周向，且剪叉式结构(7)的下端与所述平板一(5)的周向铰接，上端与所述工作台(10)的周向铰接；
平板二(8)，与所述平板一(5)平行设置，其四周分别与所述剪叉式结构(7)的中部铰接；
电机二(3)，与其中一个所述支撑板(2)固定，所述电机二(3)的输出轴水平设置，且向底座(6)的中部方向延伸；
锥齿轮一(4)，套装固定在所述电机二(3)的输出轴上；
锥齿轮二(17)，与所述锥齿轮一(4)啮合，且中心开设有螺纹孔，且下表面开设有环形的凹槽一，所述凹槽一的截面为球面；
安装块(1)，固定在所述底座(6)上，其上表面开设有环形的凹槽二，所述凹槽二与凹槽一镜像设置，所述安装块(1)的中心开设有竖直的通孔；
滚珠(18)，数量为多个，卡装在所述凹槽二与凹槽一之间且能在所述凹槽二与凹槽一内滚动；
螺杆(14)，穿设在所述通孔和螺纹孔内，所述螺杆(14)的中部开设有槽缝，所述槽缝贯穿整个螺杆(14)，且沿螺杆(14)的中心线方向设置；
连接块(13)，一端与所述螺杆(14)的端部固定，另一端与所述平板二(8)固定；
支撑座(16)，有两个，分别与所述平板一(5)底面固定；
卡板(15)，水平穿设在所述槽缝内，能在所述槽缝内上下移动，所述卡板(15)的两端分别与两个支撑座(16)固定。
5.根据权利要求1所述的一种应用在复杂曲面结构上的磁流变支撑装置，其特征在于，所述底座(6)是磁力座。
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