CN219074478U

CN219074478U - 一种基于随动非接触压力辅助的薄壁件铣削加工装置

Info

Publication number: CN219074478U
Application number: CN202320069387.0U
Authority: CN
Inventors: 张洪瑶; 李意; 冷林树
Original assignee: Jiangsu Puterui Precision Machinery Co ltd
Current assignee: Jiangsu Puterui Precision Machinery Co ltd
Priority date: 2023-01-10
Filing date: 2023-01-10
Publication date: 2023-05-26
Anticipated expiration: 2033-01-10

Abstract

本实用新型属于铣削技术加工领域，公开了一种基于随动非接触压力辅助的薄壁件铣削加工装置。本实用新型通过在切削装置上安装随动非接触压力辅助装置，可以对切削区域的薄壁坯料施加均布的压力，使其与支撑胎模紧密接触，防止在切削过程中由于颤振和变形而引起过切效应。本实用新型的进气口采用均匀分布的柔性气体压力介质，可以避免传统的刚性卡具等约束结构与刀具及机械结构发生干涉，且不会损伤工件表面。本实用新型采用的有压气体介质压力可达到10MPa甚至更高，因此可以材坯料上施加足够的外力，避免了采用传统方法如真空吸盘时存在压紧力不足的问题。

Description

一种基于随动非接触压力辅助的薄壁件铣削加工装置

技术领域

本实用新型属于铣削技术加工领域，特别是涉及一种基于随动非接触压力辅助的薄壁件铣削加工装置。

背景技术

随着航空航天工业的发展，大尺寸薄壁金属构件的应用越来越广泛。大尺寸薄壁金属构件通常要求高精度、高性能及高可靠性，直接影响装备的服役性能，是新一代航空运载装备的关键构件。例如，在运载火箭或者导弹上就存在着数量众多的轻量化中空复合结构，如飞机机身蒙皮、火箭燃料储箱的壁板、导弹的整流罩等。大尺寸薄壁金属构件具有尺寸大、壁厚薄、型面复杂的特点。传统的加工技术常采用分块制造然后装配成型的方法加工这些薄壁零件，即一个复杂的大型结构件通常被分解为许多具有简单拓扑结构且容易加工的零件，这些零件成形后通过焊接或铆接获得最终薄壁结构。但铆接或焊接加工后的薄壁结构在连接处的强度和一致性难以保证，失效通常发生在铆接缝或焊接缝处。

为提高薄壁结构的强度和一致性，提出了整体式加工方法，该类构件常采用辊弯或者压弯的方式制备，然后采用机械加工技术将局部区域进行切削去除从而获得最终薄壁构件。整体式加工方法能使零件获得良好的一致性，后续的机械加工技术一般采用化学铣削或高速铣削方式。化学铣削是通过化学溶剂与被加工工件发生化学反应，去除需要加工的部分，适用于加工多框类零件，加工成本低，生产效率高，但化学铣削柔性差、精度差、对环境污染大且工艺复杂。而高速铣削可以克服化学铣削的缺点，与化学铣削相比高速铣削生产效率高、加工精度高、柔性高且更加环保，因此被广泛应用于薄壁构件的整体加工。高速铣削切削力低，但由于薄壁结构刚性差，即使很小的切削力也能使薄壁结构发生变形从而影响构件的形状和尺寸精度。对此，研究而人员提出了许多解决方案，包括靠模支撑、多点阵列支撑以及随动支撑。

靠模支撑是根据薄壁构件的形状设计出相应的模具，然后通过模具将整个薄壁结构的背面支撑起来，从而大幅加强薄壁构件的刚度；多点整列支撑是在薄壁结构背面的几个关键点施加局部支撑约束，这些关键点位于某阶模态位移最大的地方，其中，支撑点的位置与数量可根据理论、仿真和实验结果确定；随动支撑具有与铣刀相同的进给速度和进给方向，即在铣削过程中，位于薄壁结构背面的支撑单元会随着刀具的移动而移动，支撑点随着刀尖点实时改变，始终对切削加工区域的背面施加支撑力。上述提出的三种支撑方案主要是用于加强铣削过程中薄壁构件的刚度。然而，在铣削加工过程中，铣削力可分解为沿着进给方向，垂直进给方向和沿着刀具轴向的三个分力。薄壁件在其壁厚方向刚度最弱，在动态铣削力的作用下，薄壁件在壁厚方向会产生颤振和变形。通常，用于铣削加工的刀具具有右旋的切削刃，其目的是利于加工过程排屑，但是，右旋的切削刃使得薄壁件在铣削过程中受到沿着刀具轴向而远离其表面的铣削力，即刀具对薄壁构件施加了拉力，因此，如果轴向切深较大，较大的铣削力会使薄壁件沿着刀具轴线方向(即薄壁件厚度方向)变形，导致轴向切深越来越大，产生过切效应。如果轴向切深较小，加工过程中刀具和工件之间将产生分离，从而产生切削颤纹。目前，为解决由于刀具和工件发生分离引起的颤振及变形人们提出了镜像铣削方法。采用该方法加工构件时，支撑头在随动的过程中能提供指向薄壁件的推力，从而可以有效抑制由于刀具和工件分离产生的颤振问题。但是刚性的支撑头会在薄壁件的背面留下划痕，对薄壁件造成损伤。且当轴向切深较大时，提供推力的支撑头不但不起作用，反而会增强薄壁件的过切效应，从而降低构件的形状精度和尺寸精度，详见“费基雄,基于随动支撑的薄壁件铣削稳定性及误差建模研究”。

为解决现有的薄壁件在铣削加工过程中可能出现的颤振变形及过切效应的问题，需要开发一种能够对薄壁件铣削加工过程中进行可靠约束和支撑的装置以提高薄壁件的成形精度。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于随动非接触压力辅助的薄壁件铣削加工装置，能够解决现有的薄壁件在铣削加工过程中可能出现的颤振变形及过切效应的问题。

本实用新型的技术方案：

一种基于随动非接触压力辅助的薄壁件铣削加工装置，包括支撑胎模、加工平台、压板、铣刀、非接触随动压力辅助装置、X轴滑轨、Y轴滑轨、Z轴滑轨、X轴导向装置、Y轴导向装置和Z轴导向装置；

所述薄壁坯料结构的背面与支撑胎模进行靠模连接，支撑胎模通过压板与加工平台进行固定连接；

所述非接触随动压力辅助装置包括压力管路、有压介质、连接杆和连接板；压力管路为方形，其上设有进气管和出气孔，出气孔均布于压力管路的下表面，进气管通过高压气管进行连接；压力管路通过多个连接杆与连接板连接；铣刀安装在非接触随动压力辅助装置的连接板下表面的固定杆上，位于非接触随动压力辅助装置的中心处；

所述X轴导向装置、Y轴导向装置、Z轴导向装置上分别于X轴滑轨、Y轴滑轨、Z轴滑轨上滑动，非接触随动压力辅助装置通过Z轴导向装置于Z轴滑轨上滑动以控制Z轴方向的移动；Z轴滑轨固定在Y轴导向装置上，Y轴导向装置于Y轴滑轨上滑动以控制Y轴方向的移动；Y轴滑轨上固定在X轴导向装置上，X轴导向装置于X轴滑轨上滑动以控制X轴方向的移动；Z轴导向装置和连接板连接，以保证随动压力辅助装置随铣刀实时移动和进给。

本实用新型的有益效果：

(1)本实用新型通过在切削装置上安装随动非接触压力辅助装置，可以对切削区域的薄壁坯料施加均布的压力，使其与支撑胎模紧密接触，防止在切削过程中由于颤振和变形而引起过切效应；此外，避免了采用刚性卡具只能对局部区域施加外力和受坯料形状而难以约束的问题。

(2)本实用新型的进气口采用均匀分布的柔性气体压力介质，可以避免传统的刚性卡具等约束结构与刀具及机械结构发生干涉，且不会损伤工件表面；此外，高压气体介质有利于切削散热，从而减少工件的热变形，提高加工精度。

(3)本实用新型采用的有压气体介质压力可达到10MPa甚至更高，因此可以材坯料上施加足够的外力，避免了采用传统方法如真空吸盘时存在压紧力不足的问题。同时，压力介质可以按照实际工况调整流速和流量，以满足不同加工阶段和不同加工方式的需要。

附图说明

图1为本实用新型的外观结构示意图。

图2为本实用新型的随动非接触压力辅助装置。

图3(a)-图3(d)为本实用新型与其它支撑方法铣削加工时薄壁件受力分析，图3(a)工件靠模支撑铣削；图3(b)工件多点阵列支撑铣削；图3(c)工件镜像铣削；图3(d)工件随动非接触压力辅助铣削。

图4为本实用新型成形后的薄壁件。

图中：

1薄壁坯料，2支撑胎模，3加工平台，4压板，5铣刀，6进气管，7出气孔，8有压介质，9X轴滑轨，10Y轴滑轨，11Z轴滑轨，12连接杆，13连接板，14X轴导向装置，15Y轴导向装置，16Z轴导向装置，17加工后的薄壁件。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本实用新型的具体实施方式

实施例1：结合图1，图2和图4说明，本实用新型提出的一种基于随动非接触压力辅助的薄壁件铣削加工装置，包括所述薄壁坯料1的结构背面与支撑胎模2进行靠模连接，支撑胎模2通过压板4与加工平台3进行固定连接；所述铣刀5及非接触随动压力辅助装置通过Z轴导向装置16与Z轴滑轨11进行滑动连接以控制Z轴方向的移动；所述X轴导向装置14与X轴滑轨9进行滑动连接以控制X轴方向的移动；所述Y轴导向装置15与Y轴滑轨10进行滑动连接以控制Y轴方向的移动；所述进气管6与出气孔7通过高压气管进行连接；所述出气孔7通过连接杆12和连接板13与Z轴导向装置连接，以保证随动压力辅助装置随铣刀5实时移动和进给。

工作原理：采用上述装置工作时首先将薄壁坯料1结构的背面安装在支撑胎模2上，使加工面正对铣刀5；然后根据实际工况调整所需有压介质8的流量和流速，并根据工件需求调整铣削参数；切削过程中铣刀5和随动非接触压力辅助装置共同移动和进给，在工件铣削的同时，随动非接触压力辅助装置对工件的铣削加工区域施加正向的力约束及支撑胎模2对其施加反向的力约束，保证材切削过程中不发生颤振和过切效应。

实施例2：结合图2和图3说明，本实用新型提供的一种基于随动非接触压力辅助的薄壁件铣削加工装置，所述薄壁坯料1结构的正面受到有压介质8的作用力，而薄壁坯料1结构的反面受到支撑胎模2的作用力，薄壁坯料1的局部区域在两个约束力的作用下进行铣削，避免了传统方法如靠模支撑、多点支撑和镜像铣削时工件受到单向施加的外力使工件发生变形或颤振的问题；也可以有效避免传统的刚性卡具等约束结构与刀具及机械结构发生干涉，且不会损伤工件表面；此外，高压气体介质有利于切削散热，从而减少工件的热变形，提高加工精度。

Claims

1.一种基于随动非接触压力辅助的薄壁件铣削加工装置，其特征在于，该基于随动非接触压力辅助的薄壁件铣削加工装置包括支撑胎模（2）、加工平台（3）、压板（4）、铣刀（5）、非接触随动压力辅助装置、X轴滑轨（9）、Y轴滑轨（10）、Z轴滑轨（11）、X轴导向装置（14）、Y轴导向装置（15）和Z轴导向装置（16）；

薄壁坯料（1）结构的背面与支撑胎模（2）进行靠模连接，支撑胎模（2）通过压板（4）与加工平台（3）进行固定连接；

所述非接触随动压力辅助装置包括压力管路、连接杆（12）和连接板（13）；压力管路为方形，其上设有进气管（6）和出气孔（7），出气孔（7）均布于压力管路的下表面，进气管（6）通过高压气管进行连接；压力管路通过多个连接杆（12）与连接板（13）连接；铣刀（5）安装在非接触随动压力辅助装置的连接板（13）下表面的固定杆上，位于非接触随动压力辅助装置的中心处；

所述X轴导向装置（14）、Y轴导向装置（15）、Z轴导向装置（16）上分别于X轴滑轨（9）、Y轴滑轨（10）、Z轴滑轨（11）上滑动，非接触随动压力辅助装置通过Z轴导向装置（16）于Z轴滑轨（11）上滑动以控制Z轴方向的移动；Z轴滑轨（11）固定在Y轴导向装置（15）上，Y轴导向装置（15）于Y轴滑轨（10）上滑动以控制Y轴方向的移动；Y轴滑轨（10）上固定在X轴导向装置（14）上，X轴导向装置（14）于X轴滑轨（9）上滑动以控制X轴方向的移动；Z轴导向装置（16）和连接板（13）连接，以保证随动压力辅助装置随铣刀（5）实时移动和进给。