CN216575794U - 一种具有实时测量补偿的薄壁结构加工系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于超精密切削技术领域，特指一种具有实时测量补偿的薄壁结构加工系统；包括：夹具，用于固定薄壁结构工件：转动驱动件，连接所述夹具，用于驱动所述薄壁结构工件转动；刀具；以及检测组件，连接所述刀具，并与所述刀具同步运动；其中，检测组件用于设置在所述薄壁结构工件的另一侧端面并与所述刀具相对，当检测组件检测到所述固定薄壁结构工件形变时，控制所述Z向驱动件来使所述刀具进给或回退。本专利中设有检测组件，且检测组件通过所述支架与所述刀具随动，检测组件会实时检测所述薄壁结构工件形变程度，并将薄壁结构工件形变程度信号送至控制器，再通过所述控制器控制Z向驱动件回退，来补偿薄壁结构工件形变程度。

Description

一种具有实时测量补偿的薄壁结构加工系统

技术领域

本实用新型属于超精密切削技术领域，特指一种具有实时测量补偿的薄壁结构加工系统。

背景技术

超精密切削技术是用于制造具有微纳米精细结构或高精度形貌的重要手段，广泛应用在航空航天、国防军工、信息通讯、生命科学和材料科学等领域，是超精密加工领域中的重要分支。基于单点金刚石的超精密切削，利用具有纳米级定位精度的超精密车床和刃口锋利、硬度高、耐磨性好的金刚石作为刀具，通过精确控制刀具与工件之间相对运动轨迹来形成几何表面，具有能够获得纳米级表面粗糙度和亚微米级形状精度微纳结构表面的优势。

薄壁结构具有特征结构尺寸小、力学性能稳定和相对强度高等特性，被广泛运用在各种特殊领域中。基于单点金刚石刀具超精密车削的薄壁结构加工面临的重要问题与挑战是薄壁结构的弱刚度特征，导致薄壁零件在加工过程中由于切削力作用下产生弹性形变，从而造成实际切削量与设计切削量存在差异，限制薄壁零件的最终加工质量。传统方法需要大量时间去探索合适的工艺参数，但是加工过程实时变化，难以实现好的面型精度。所以针对薄壁工件加工过程中的变形监测，对于提升薄壁工件的加工质量非常重要。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种大幅降低制造工艺难度的具有实时测量补偿的薄壁结构加工系统。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种具有实时测量补偿的薄壁结构加工系统，包括：

夹具，用于固定薄壁结构工件：

转动驱动件，连接所述夹具，用于驱动所述薄壁结构工件转动；

刀具，用于设置在所述薄壁结构工件的一侧端面，并由驱动组件带动运动，所述驱动组件包括用于驱动其朝所述薄壁结构工件Z向进给或回退的Z向驱动件和用于驱动其朝所述薄壁结构工件X向运动的X向驱动件；以及

检测组件，连接所述刀具，并与所述刀具同步运动；

其中，检测组件用于设置在所述薄壁结构工件的另一侧端面并与所述刀具相对，当检测组件检测到所述固定薄壁结构工件形变时，控制所述Z向驱动件来使所述刀具进给或回退。

进一步地，所述X向驱动件包括直线滑台，直线滑台上设有所述Z向驱动件。

进一步地所述Z向驱动件包括伺服电机，伺服电机输出轴上连接有所述刀具；还包括控制器，其电性连接所述检测组件以及伺服电机，用于传递检测组件发出的信号并控制所述伺服电机。

进一步地所述直线滑台上设有支架，所述支架翻折至所述固定薄壁结构工件的另一侧端面，支架的末端上设有所述检测组件。

进一步地所述支架包括设置在所述直线滑台左右两端的两第一连板，两第一连板之间连接有第二连板，第二连板上固定有朝向所述薄壁结构工件另一侧端面的第三连板，第三连板的另一端连接有末端位于所述薄壁结构工件另一侧端面的第四连板，第四连板的末端上设有所述检测组件。

进一步地所述第四连板的末端上设有装夹固定结构，通过所述装夹固定结构固定所述检测组件。

进一步地所述夹具包括连接所述转动驱动件的第一夹板以及可拆卸设置在所述第一夹板上的第二夹板，所述第一夹板与第二夹板的外沿设有用于使两者相连接的紧固孔。

进一步地：所述转动驱动件包括连接轴，连接轴一端连接所述夹具，另一端设有连接法兰。

进一步地所述检测组件包括电容式位移传感器、激光三点法位移传感器、光谱共焦位移传感器、长度计、电涡流位移传感器中的一种。

本实用新型相比现有技术突出且有益的技术效果是：

本专利中的加工系统在加工过程中，刀具会与薄壁结构工件接触导致薄壁结构工件朝检测组件方向形变；由于本专利中设有检测组件，且检测组件通过所述支架与所述刀具随动，检测组件会实时检测所述薄壁结构工件形变程度，并将薄壁结构工件形变程度信号送至控制器，再通过所述控制器控制Z向驱动件回退，来补偿薄壁结构工件形变程度，从而提高加工质量，相比于现有制造方案，本专利中的加工系统无需花费大量时间进行的工艺参数探索，大幅降低制造难度。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是检测组件与刀具的结构示意图。

图3是检测组件的结构示意图。

图4是夹具、转动驱动件的爆炸示意图。

图中标号所表示的含义：

1、夹具；11、第一夹板；12、第二夹板；13、紧固孔；2、薄壁结构工件；21、连接孔；3、转动驱动件；31、连接轴；32、连接法兰；4、刀具；5、Z向驱动件；6、直线滑台；7、支架；71、第一连板；72、第二连板；73、第三连板；74、第四连板；75、装夹固定结构；8、检测组件。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步描述：

一种具有实时测量补偿的薄壁结构加工系统，包括夹具1、转动驱动件3、刀具4、检测组件8、Z向驱动件5、X向驱动件。

本实施例中，所述薄壁结构加工系统设置在机床中。如图1、4所示，所述夹具1包括第一夹板11以及可拆卸设置在所述第一夹板11上的第二夹板12，第一夹板11与第二夹板12大小相适配，且在所述第一夹板11与第二夹板12的外沿设有用于使两者相连接的紧固孔13；相应地，本专利中的薄壁结构工件2呈圆形，薄壁结构工件2中设有与所述紧固孔13相对应的连接孔21。安装时，先将所述薄壁结构工件2贴合在所述第一夹板11上，使所述连接孔21与紧固孔13相对，而后再设置所述第二夹板12，并在所述紧固孔13中设置螺钉实现连接。

如图4所示，所述转动驱动件3包括有一圆柱形的连接轴31，连接轴31的一端连接所述夹具1中的第一夹板11，另一端上一体成形有连接法兰32，连接法兰32用于与机床的主轴相连接，通过主轴依次带动所述连接法兰32、连接轴31、夹具1以及所述薄壁结构工件2高速转动，从而可以进行薄壁结构工件2的加工。

如图1、2所示，所述刀具4由超精密金刚石制成，其借助金刚石刀具4的锋利切削刃、硬度高、耐磨性好、超薄切削厚度等特点，来加工超光滑、高精度，复杂表面/曲面，实现对薄壁零件进行表面功能器件制造。所述Z向驱动件5包括伺服电机，伺服电机具有输出轴且输送轴呈Z朝向；输出轴连接有所述刀具4，通过伺服电机来驱动所述刀具4朝Z向运动。需说明，本专利中所指的Z向是指安装后所述固定薄壁结构工件2的一轴线方向，因此控制所述刀具4的Z向运动可以控制刀具4在所述固定薄壁结构工件2上的进给深度或回退距离。

实际上，本实施例中刀具4所采用的是一种基于柔性铰链组合机构的电磁驱动型快速刀具4伺服系统，其具体内容可以参考中国发明专利2020104460052所公开的内容。

如图1-3所示，所述伺服电机固定在X向驱动件上，X向驱动件具体包括设一直线滑台6，直线滑台6下端连接在机床的滑轨上，通过机床中的滑轨结构驱动其运动；所述伺服电机置于所述直线滑台6的正中位置，通过所述直线滑台6驱动整个伺服电机以及所述刀具4朝薄壁结构工件2旁侧运动，来使所述刀具4在所述薄壁结构工件2的一侧端面经过，来对薄壁结构工件2进行多位置加工。

如图2、3所示，所述直线滑台6上设有支架7，所述支架7翻折至所述固定薄壁结构工件2的另一侧端面，支架7的末端上设有所述检测组件8。具体来说，所述支架7包括设置在所述直线滑台6左右两端的两第一连板71，在第一连板71的顶部连接有横置的第二连板72，第二连板72上固定有朝向所述薄壁结构工件2另一侧端面的横置的第三连板73，第三连板73的另一端连接有末端位于所述薄壁结构工件2另一侧端面上的竖置的第四连板74，在第四连板74的末端上设有所述检测组件8。采用两第一连板71的目的在于增加连接的牢固性。

在一些实施例中，如图3所示，在所述第四连板74的末端上设有装夹固定结构75，通过所述装夹固定结构75固定所述检测组件8，或通过松开装夹固定结构75上的螺钉来取下所述检测组件8。

如图1所示，所述检测组件8包括电容式位移传感器、激光三点法位移传感器、光谱共焦位移传感器、长度计、电涡流位移传感器中的一种，且其朝向所述薄壁结构工件2，并与所述刀具4相对。所述检测组件8的一段连电性接有控制器，控制器另一端电性连接有所述Z向驱动件5，即所述伺服电机。

工作时，所述刀具4在Z向驱动件5的带动下朝所述薄壁结构工件2，在刀具4与薄壁结构工件2贴合时开始切削，同时刀具4在X向驱动件的带动下朝薄壁结构工件2的旁侧运动，进行薄壁结构工件2的多位置加工；加工过程中，刀具4与薄壁结构工件2接触导致薄壁结构工件2朝检测组件8方向形变；由于检测组件8通过所述支架7与所述刀具4随动，检测组件8会实时检测所述薄壁结构工件2形变程度，并将薄壁结构工件2形变程度信号送至控制器，再通过所述控制器控制Z向驱动件5回退，来补偿薄壁结构工件2形变程度，从而提高加工质量，相比于现有制造方案，本专利中的加工系统无需花费大量时间进行的工艺参数探索，大幅降低制造难度。

上述实施例为本实用新型的较佳实施例，并非依此限制本实用新型的保护范围，故：凡依本实用新型的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有实时测量补偿的薄壁结构加工系统，其特征在于，包括：

夹具(1)，用于固定薄壁结构工件(2)：

转动驱动件(3)，连接所述夹具(1)，用于驱动所述薄壁结构工件(2)转动；

刀具(4)，用于设置在所述薄壁结构工件(2)的一侧端面，并由驱动组件带动运动，所述驱动组件包括用于驱动其朝所述薄壁结构工件(2)Z向进给或回退的Z向驱动件(5)和用于驱动其朝所述薄壁结构工件(2)X向运动的X向驱动件；以及

检测组件(8)，并与所述刀具(4)同步运动；

其中，检测组件(8)用于设置在所述薄壁结构工件(2)的另一侧端面并与所述刀具(4)相对，当检测组件(8)检测到所述固定薄壁结构工件(2)形变时，控制所述Z向驱动件(5)来使所述刀具(4)进给或回退。

2.根据权利要求1所述的一种具有实时测量补偿的薄壁结构加工系统，其特征在于：所述X向驱动件包括直线滑台(6)，直线滑台(6)上设有所述Z向驱动件(5)。

3.根据权利要求1所述的一种具有实时测量补偿的薄壁结构加工系统，其特征在于：所述Z向驱动件(5)包括伺服电机，伺服电机输出轴上连接有所述刀具(4)；还包括控制器，其电性连接所述检测组件(8)以及伺服电机，用于传递检测组件(8)发出的信号并控制所述伺服电机。

4.根据权利要求2所述的一种具有实时测量补偿的薄壁结构加工系统，其特征在于：所述直线滑台(6)上设有支架(7)，所述支架(7)翻折至所述固定薄壁结构工件(2)的另一侧端面，支架(7)的末端上设有所述检测组件(8)。

5.根据权利要求4所述的一种具有实时测量补偿的薄壁结构加工系统，其特征在于：所述支架(7)包括设置在所述直线滑台(6)左右两端的两第一连板(71)，两第一连板(71)之间连接有第二连板(72)，第二连板(72)上固定有朝向所述薄壁结构工件(2)另一侧端面的第三连板(73)，第三连板(73)的另一端连接有末端位于所述薄壁结构工件(2)另一侧端面上的第四连板(74)，第四连板(74)的末端上设有所述检测组件(8)。

6.根据权利要求5所述的一种具有实时测量补偿的薄壁结构加工系统，其特征在于：所述第四连板(74)的末端上设有装夹固定结构(75)，通过所述装夹固定结构(75)固定所述检测组件(8)。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种具有实时测量补偿的薄壁结构加工系统，其特征在于：所述夹具(1)包括连接所述转动驱动件(3)的第一夹板(11)以及可拆卸设置在所述第一夹板(11)上的第二夹板(12)，所述第一夹板(11)与第二夹板(12)的外沿设有用于使两者相连接的紧固孔。

8.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种具有实时测量补偿的薄壁结构加工系统，其特征在于：所述转动驱动件(3)包括连接轴(31)，连接轴(31)一端连接所述夹具(1)，另一端设有连接法兰(32)。

9.根据权利要求1-6中任意一项所述的一种具有实时测量补偿的薄壁结构加工系统，其特征在于：所述检测组件(8)包括电容式位移传感器、激光三点法位移传感器、光谱共焦位移传感器、长度计、电涡流位移传感器中的一种。

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