CN114248133B - 一种适用于不同厚度薄壁件加工的随动支撑抑振机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于不同厚度薄壁件加工的随动支撑抑振机构，包括主动侧装置和从动侧装置。主动侧装置包括内卡环、中卡环、外侧固定环和主动集成板；内卡环、中卡环和外侧固定环依次通过螺杆和液压缓冲器连接；液压缓冲器和主动集成板通过缓冲器帽固定件固定；外侧固定环和主动集成板间通过导杆或调节螺栓调距；主动集成板圆周方向设置有万向滚珠和电磁铁。从动侧装置包括从动集成板，其外环内通过肋板连接有一内环，用于安装阻尼器和气缸法兰；针型气缸固定在气缸法兰上，其活塞杆上装有支撑件；外环上设置有万向滚珠和永磁铁，并与上述主动集成板相对设置时一一对应。本装置可提高对加工要求适应性，针对不同厚度和铣削深度要求实现抑振。

Description

一种适用于不同厚度薄壁件加工的随动支撑抑振机构

技术领域

本发明涉及随动支撑抑振机构，具体涉及适用于不同厚度薄壁件加工的随动支撑抑振机构。

背景技术

应用在航空航天产品结构中的薄壁件具有尺寸大、结构刚度低、容易变形等缺点，在加工过程中极易发生振动，但其对于加工精度的要求非常的严格。近年来，出现了一种利用刀具和支撑头对称布置在薄壁件两侧的镜像铣方式，可以对工件加工区域实现局部精准支撑，提高了铣削过程中的加工精度，且抑制了铣削过程中的振动。

目前，关于镜像铣削设备结构的设计已经有了许多方案，例如美国专利US7682112、中国专利申请号CN201610897924.5均公开了用于镜像铣加工的支撑设备，这些发明虽在一定程度上提高了薄壁件加工过程中的稳定性和精度，但其占地空间大，且需要编写复杂算法实现支撑侧系统的同步运动。

中国专利CN201910375796.1公开了一种通过磁引导的气动变刚度柔性支撑，可以满足无需支撑侧机器人也能实现同步跟随的加工工艺，但是该发明仅依靠磁铁环实现磁吸跟随，无法调节磁力大小来适应加工薄壁件的厚度，也无法调整加工端装置磁铁的轴向位置来适应不同铣削深度以及不同厚度得薄壁件，且该装置只能提供局部支撑加强，很难抑制加工局部的振动，对薄壁件加工精度的保证十分有限。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种可以抑制薄壁件在加工过程中产生的振动，可以适应不同厚度的薄壁件支撑的要求，满足不同铣削深度要求的可实时跟随的随动支撑抑振机构。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的一种适用于不同厚度薄壁件加工的随动支撑抑振机构，包括主动侧装置和从动侧装置，所述的主动侧装置包括从左至右依次间隔设置且中心轴线彼此重合的内卡环、中卡环、外侧固定环以及一个主动集成板；

所述的内卡环和中卡环之间通过沿内卡环和中卡环周向均布的三个螺杆连接，每个沿水平方向设置的所述的螺杆的一端与内卡环上的第一螺纹孔螺纹连接并且另一端与中卡环通过内六角螺栓固定相连；在所述的主动集成板上沿同一圆周方向均匀设置有三组通孔，每组通孔包括设置在中间的第二螺纹孔，在所述的第二螺纹孔的两侧分别开有第一光孔、第二光孔，每个第二螺纹孔分别与设置在主动集成板右侧的第一万向滚珠左端杆部螺纹连接，三根沿水平方向设置的导杆的左端穿过安装在外侧固定环上的滑动轴承，所述的导杆的右端与穿过第二螺纹孔的所述的第一万向滚珠左端杆部螺纹连接，沿水平方向设置的调节螺栓的螺杆穿过第一光孔与外侧固定环上第三螺纹孔螺纹连接；设置在主动集成板右侧的三个主动端电磁铁分别通过第一平圆头内六角螺钉与主动集成板固定相连，设置在主动集成板左侧的三个缓冲器帽固定件的右端连杆分别穿过第二光孔并通过螺母固定在主动端集成板上；

在所述的主动集成板上，每组通孔中第二螺纹孔的轴线与第一光孔的轴线在圆周方向上间隔15度，第二螺纹孔的轴线与第二光孔的轴线在圆周方向上间隔15度，三个主动端万向滚珠与三个主动端电磁铁彼此交替设置且主动端万向滚珠的轴线与主动端电磁铁的轴线在圆周方向上间隔60度设置；三个沿水平方向设置的液压缓冲器的左端分别与开在中卡环上的第四螺纹孔螺纹连接、中间穿过外侧固定环上的安装孔且通过左右两个锁紧螺母固定在外侧固定环上并且液压缓冲器的右侧缓冲头与对应设置的缓冲器帽固定件相连；三根所述的螺杆的轴线与三个液压缓冲器的轴线在中卡环上沿同一圆周方向交替设置且相邻的螺杆的轴线与液压缓冲器的轴线在圆周方向上间隔45度设置；

所述的从动侧装置包括从动集成板，所述的从动集成板包括外环和通过肋板连接在外环内的内环，所述的内环和外环同轴线设置，在所述的从动集成板的外环上沿同一圆周方向通过第二平圆头内六角螺钉均匀固定有三个从动端永磁铁，所述三个从动端永磁铁在从动集成板上的位置设置为当从动集成板的轴线与主动集成板的轴线重合时，所述的三个从动端永磁铁与三个主动端永磁铁能够分别一一对应吸附和设置，沿同一圆周方向设置的三个第二万向滚珠的螺纹杆段与从动集成板螺纹连接，所述的三个第二万向滚珠在从动集成板上的位置设置为当从动集成板的轴线与主动集成板的轴线重合时，所述的三个第二万向滚珠与三个第一万向滚珠能够分别一一对应同轴线设置；

一个阻尼器通过螺纹连接在所述内环上，气缸法兰通过螺钉连接在内环的中心位置，针型气缸通过两个安装螺母固定在气缸法兰上以完成轴向定位，支撑件安装在针型气缸的活塞杆的外螺纹端部且在支撑件右端的活塞杆的外螺纹上安装有两个杆端螺母，所述的杆端螺母用于调节支撑件的轴向位置。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：

(1)本发明通过主动侧装置上安装的电磁铁结构，可以通过调节磁铁磁性，使装置可以满足不同厚度工件的磁吸力要求，具有较高的适应性。

(2)本发明所用磁铁磁化方向均为长度方向，通过采用NS-SN方式进行一一吸附，保证机器人主轴在进给过程中沿进给方向移动和绕主轴方向旋转时，磁铁由于受到同极相斥、异极相吸的驱动力减小横向错位，实现紧密跟随。

(3)该机构主动侧装置上设置有一伸缩装置，所述的伸缩装置可根据待加工薄壁件的厚度而选择调整主动侧装置的电磁铁轴向位置的方式，可以适应不同铣削深度和不同刀具的加工工况。

(4)从动侧装置安装有涡流阻尼器，根据薄壁件振动，产生不同大小的阻尼力，传递给薄壁件，达到加工抑振效果。

附图说明

图1为本发明的适用于不同尺寸薄壁件加工的随动支撑抑振机构的立体图；

图2为图1所示的机构中的主动侧装置的爆炸示意图；

图3为图1所示的机构中的主动侧装置的正视图；

图4为图1所示的机构中的主动侧装置的右视图；

图5为图1所示的机构中的从动侧装置的正视图；

图6为图1所示的机构中的从动侧装置的剖视图；

图7为图1所示的支撑机构在加工薄壁件厚度≤5mm过程的工作示意图；

图8为图1所示的支撑机构在加工薄壁件厚度>5mm过程的工作示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的一种适用于不同厚度薄壁件加工的随动支撑抑振机构，包括主动侧装置1和从动侧装置2，所述的主动侧装置包括从左至右依次间隔设置且中心轴线彼此重合的内卡环1-1、中卡环1-3、外侧固定环1-7以及一个主动集成板1-9。

如图1-4所示，所述的内卡环1-1和中卡环1-3之间通过沿内卡环1-1和中卡环1-3周向均布的三个螺杆1-2连接，每个沿水平方向设置的所述的螺杆的一端与内卡环1-1上的第一螺纹孔螺纹连接并且另一端与中卡环1-3通过内六角螺栓1-5固定相连。

在所述的主动集成板1-9上沿同一圆周方向均匀设置有三组通孔，每组通孔包括设置在中间的第二螺纹孔，在所述的第二螺纹孔的两侧分别开有第一光孔、第二光孔，每个第二螺纹孔分别与设置在主动集成板1-9右侧的第一万向滚珠1-12左端杆部螺纹连接，三根沿水平方向设置的导杆1-15的左端穿过安装在外侧固定环1-7上的滑动轴承1-14，所述的导杆1-15的右端与穿过第二螺纹孔的所述的第一万向滚珠1-12左端杆部螺纹连接，沿水平方向设置的调节螺栓1-13的螺杆穿过第一光孔与外侧固定环1-7上第三螺纹孔螺纹连接。

设置在主动集成板1-9右侧的三个主动端电磁铁1-10分别通过第一平圆头内六角螺钉1-11与主动集成板1-9固定相连。设置在主动集成板1-9左侧的三个缓冲器帽固定件1-8的右端连杆分别穿过第二光孔并通过螺母1-16固定在主动端集成板1-9上。

在所述的主动集成板1-9上，每组通孔中第二螺纹孔的轴线与第一光孔的轴线在圆周方向上间隔15度，第二螺纹孔的轴线与第二光孔的轴线在圆周方向上间隔15度，三个主动端万向滚珠1-12与三个主动端电磁铁1-10彼此交替设置且主动端万向滚珠1-12的轴线与主动端电磁铁1-10的轴线在圆周方向上间隔60度设置。

三个沿水平方向设置的液压缓冲器1-4的左端分别与开在中卡环1-3上的第四螺纹孔螺纹连接、中间穿过外侧固定环1-7上的安装孔且通过左右两个锁紧螺母1-6固定在外侧固定环1-7上并且液压缓冲器1-4的右侧缓冲头与对应设置的缓冲器帽固定件1-8相连。

三根所述的螺杆1-2的轴线与三个液压缓冲器1-4的轴线在中卡环上沿同一圆周方向交替设置且相邻的螺杆的轴线与液压缓冲器1-4的轴线在圆周方向上间隔45度设置。

如附图5、6所示，所述的从动侧装置2包括从动集成板2-3，所述的从动集成板2-3包括外环和通过肋板连接在外环内的内环，所述的内环和外环同轴线设置，在所述的从动集成板2-3的外环上沿同一圆周方向通过第二平圆头内六角螺钉2-4均匀固定有三个从动端永磁铁2-2，所述三个从动端永磁铁2-2在从动集成板2-3上的位置设置为当从动集成板2-3的轴线与主动集成板1-9的轴线重合时，所述的三个从动端永磁铁2-2与三个主动端永磁铁能够分别一一对应吸附和设置，沿同一圆周方向设置的三个第二万向滚珠2-1的螺纹杆段与从动集成板2-3螺纹连接，所述的三个第二万向滚珠2-1在从动集成板2-3上的位置设置为当从动集成板2-3的轴线与主动集成板1-9的轴线重合时，所述的三个第二万向滚珠2-1与三个第一万向滚珠能够分别一一对应同轴线设置。

一个阻尼器2-11通过螺纹连接在所述内环(没有具体位置要求，在除气缸和气缸法兰占的内环空间外安装即可)上，气缸法兰2-5通过螺钉2-8连接在内环的中心位置，针型气缸2-7通过两个安装螺母2-6固定在气缸法兰2-5上以完成轴向定位，支撑件2-10安装在针型气缸2-7的活塞杆的外螺纹端部且在支撑件2-10右端的活塞杆的外螺纹上安装有两个杆端螺母2-9，所述的杆端螺母2-9用于调节支撑件2-10的轴向位置。

所述主动端电磁铁1-10与从动端永磁铁2-2磁化方向均为长度方向，沿长度方向上下两端分别为N极与S极，如附图4、5所示。所述从动端永磁铁2-2在安装时应选择与主动端电磁铁1-10的S极相对的一端为N极，另一端为S极，从而保证在工作状态中，主动侧装置1与从动侧装置2能隔着薄壁件5保持随动吸附。

采用本机构的工作过程如下：

步骤一、如附图7、8所示，将混联机器人主轴法兰3与内卡环1-1通过螺钉4固定相连且使混联机器人主轴与内卡环1-1同轴；通过预先调整液压缓冲器1-4旋入中卡环1-3上螺纹孔的长度，完成主动端万向滚珠1-12右端面比安装在混联机器人主轴上的铣刀5刀尖位置靠右3-5mm的位置设定。当薄壁件厚度≤5mm时，调整调节螺栓1-13旋进外侧固定环1-7上螺纹孔的深度，使得主动端万向滚珠1-12右端面到铣刀5刀尖位置的轴向距离为加工所需的轴向切削深度，满足加工中对不同铣削深度的要求；当薄壁件厚度>5mm时，在加工之前无需调整调节螺栓1-13固定主动端万向滚珠1-12的位置；

步骤二、开始加工，具体过程如下：

第一步，控制混联机器人，使得主动端万向滚珠1-12与薄壁件6表面接触；

第二步，将从动侧装置2放置到薄壁件对侧与铣刀5相对的位置，并使主动端万向滚珠与从动端万向滚珠一一同轴线对应设置；

第三步，打开主动端电磁铁1-10开关，并调整主动端电磁铁1-10磁力大小，使主动端电磁铁1-10和从动端永磁铁2-2一一对应相互吸附；当薄壁件厚度≤5mm时，执行下一步，否则执行第五步；

第四步，铣刀5对薄壁件6进行铣削进给，针型气缸2-7充气工作，支撑件2-10与薄壁件6接触，控制针型气缸2-7的输入气压，改变铣削过程中支撑力大小，达到该铣削工况下所需支撑刚度，抑制铣削区域的局部振动；从动侧装置上涡流阻尼器2-11根据薄壁件振动，产生不同大小的阻尼力，传递给薄壁件，从而限制薄壁件的整体振动。

第五步，当薄壁件厚度大于5mm时，与混联机器人主轴固定的内卡环1-1、中卡环1-3和外侧固定环1-7跟随铣刀沿轴向进给，在此过程中外侧固定环1-7通过滑动轴承1-14沿导杆1-15滑动，通过导杆1-15自适应调节主动端万向滚珠1-12位置，液压缓冲器1-4配合导杆1-15提供缓冲导向作用，自动调节适应不同铣削深度的要求。铣刀5对薄壁件6进行铣削进给过程中，针型气缸2-7充气工作，支撑件2-10与薄壁件6接触，控制针型气缸2-7的输入气压(控制方法参见专利公开号为CN106944848A中利用机械式位移传感器实时反馈薄壁件加工厚度调节针型气缸输入压力的方法)，改变铣削过程中支撑力大小，达到该铣削工况下所需支撑刚度，抑制铣削区域的局部振动；从动侧装置上涡流阻尼器2-11根据薄壁件振动，自动产生不同大小的阻尼力，传递给薄壁件，从而限制薄壁件的整体振动。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (2)

1.一种适用于不同厚度薄壁件加工的随动支撑抑振机构，包括主动侧装置(1)和从动侧装置(2)，其特征在于：所述的主动侧装置包括从左至右依次间隔设置且中心轴线彼此重合的内卡环(1-1)、中卡环(1-3)、外侧固定环(1-7)以及一个主动集成板(1-9)；

所述的内卡环和中卡环之间通过沿内卡环和中卡环周向均布的三个螺杆(1-2)连接，每个沿水平方向设置的所述的螺杆的一端与内卡环上的第一螺纹孔螺纹连接并且另一端与中卡环通过内六角螺栓(1-5)固定相连；在所述的主动集成板(1-9)上沿同一圆周方向均匀设置有三组通孔，每组通孔包括设置在中间的第二螺纹孔，在所述的第二螺纹孔的两侧分别开有第一光孔、第二光孔，每个第二螺纹孔分别与设置在主动集成板右侧的第一万向滚珠(1-12)左端杆部螺纹连接，三根沿水平方向设置的导杆(1-15)的左端穿过安装在外侧固定环(1-7)上的滑动轴承(1-14)，所述的导杆的右端与穿过第二螺纹孔的所述的第一万向滚珠(1-12)左端杆部螺纹连接，沿水平方向设置的调节螺栓(1-13)的螺杆穿过第一光孔与外侧固定环(1-7)上第三螺纹孔螺纹连接；设置在主动集成板右侧的三个主动端电磁铁(1-10)分别通过第一平圆头内六角螺钉(1-11)与主动集成板固定相连，设置在主动集成板左侧的三个缓冲器帽固定件(1-8)的右端连杆分别穿过第二光孔并通过螺母(1-16)固定在主动端集成板上；

在所述的主动集成板上，每组通孔中第二螺纹孔的轴线与第一光孔的轴线在圆周方向上间隔15度，第二螺纹孔的轴线与第二光孔的轴线在圆周方向上间隔15度，三个主动端万向滚珠(1-12)与三个主动端电磁铁(1-10)彼此交替设置且主动端万向滚珠(1-12)的轴线与主动端电磁铁(1-10)的轴线在圆周方向上间隔60度设置；三个沿水平方向设置的液压缓冲器(1-4)的左端分别与开在中卡环(1-3)上的第四螺纹孔螺纹连接、中间穿过外侧固定环(1-7)上的安装孔且通过左右两个锁紧螺母(1-6)固定在外侧固定环上并且液压缓冲器的右侧缓冲头与对应设置的缓冲器帽固定件相连；三根所述的螺杆的轴线与三个液压缓冲器的轴线在中卡环上沿同一圆周方向交替设置且相邻的螺杆的轴线与液压缓冲器的轴线在圆周方向上间隔45度设置；

所述的从动侧装置(2)包括从动集成板(2-3)，所述的从动集成板(2-3)包括外环和通过肋板连接在外环内的内环，所述的内环和外环同轴线设置，在所述的从动集成板的外环上沿同一圆周方向通过第二平圆头内六角螺钉均匀固定有三个从动端永磁铁(2-2)，所述三个从动端永磁铁在从动集成板上的位置设置为当从动集成板的轴线与主动集成板的轴线重合时，所述的三个从动端永磁铁与三个主动端永磁铁能够分别一一对应吸附和设置，沿同一圆周方向设置的三个第二万向滚珠(2-1)的螺纹杆段与从动集成板螺纹连接，所述的三个第二万向滚珠在从动集成板上的位置设置为当从动集成板的轴线与主动集成板的轴线重合时，所述的三个第二万向滚珠(2-1)与三个第一万向滚珠能够分别一一对应同轴线设置；

一个阻尼器(2-11)通过螺纹连接在所述内环上，气缸法兰(2-5)通过螺钉(2-8)连接在内环的中心位置，针型气缸通过两个安装螺母(2-6)固定在气缸法兰上以完成轴向定位，支撑件(2-10)安装在针型气缸的活塞杆的外螺纹端部且在支撑件右端的活塞杆的外螺纹上安装有两个杆端螺母(2-9)，所述的杆端螺母用于调节支撑件的轴向位置。

2.根据权利要求1所述的适用于不同厚度薄壁件加工的随动支撑抑振机构，其特征在于：所述主动端电磁铁(1-10)与从动端永磁铁(2-2)磁化方向均为长度方向，沿长度方向上下两端分别为N极与S极，所述从动端永磁铁(2-2)与主动端电磁铁(1-10)的S极相对的一端为N极，另一端为S极。