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CN105643296B - 一种薄壁回转构件加工辅助支撑装置及其使用方法 - Google Patents

一种薄壁回转构件加工辅助支撑装置及其使用方法 Download PDF

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CN105643296B CN201610142397.7A CN201610142397A CN105643296B CN 105643296 B CN105643296 B CN 105643296B CN 201610142397 A CN201610142397 A CN 201610142397A CN 105643296 B CN105643296 B CN 105643296B
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李晓鹏
郑耀辉
王明海
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Shenyang Aerospace University
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    • B23Q1/00—Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
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Abstract

本发明属于材料加工技术领域，具体讲是涉及一种薄壁回转构件加工辅助支撑装置及其使用方法。针对目前回转类薄壁复合材料构件因难以实现有效支撑导致的制孔出口极易产生分层损伤及加工精度难以保证的现状，本发明实现了薄壁回转类构件制孔加工过程中的有效支撑，防止了因制孔加工切削力导致的工件变形；同时实现了对制孔出口区域的准确支撑，减小了复合材料类薄壁回转构件产生分层的可能性。采用机床回转工作台及辅助回转工作台实现了回转构件圆周方向上多位置处孔的辅助支撑加工。采用测力仪对切削轴向力及支撑力的测量，实现了对辅助支撑装置支撑力的精准控制。

Description

一种薄壁回转构件加工辅助支撑装置及其使用方法
技术领域
本发明属于材料加工技术领域，具体讲是涉及一种薄壁回转构件加工辅助支撑装置及其使用方法。
背景技术
薄壁零部件在多个领域具有加工需求，特别是航空航天领域存在大量的薄壁回转类构件。薄壁回转类构件加工过程中，由于结构件在切削力的作用下容易产生较严重的加工变形，所以加工精度通常难以保证。
在航空航天领域中，树脂类复合材料等非金属类构件日益增多。非金属类构件的刚度较低，加工过程中产生的变形问题更为严重。在现有的加工需求中，航空航天结构件对制孔加工的需求量较大，且所需加工孔经常为成列分布。在航空复合材料结构件制孔过程中，由于树脂类复合材料通常是逐层铺设而成，材料的层间强度较低，加工过程中易产生分层现象。特别是在制孔出口位置，由于材料刚度逐渐降低，在切削力的作用下极易产生分层损伤。
为了防止薄壁树脂类复合材料构件在制孔加工过程中产生严重的分层，现有的方法为采用人工辅助顶紧的方法或者在构件周围添加大量的辅助支撑。由于航空航天领域中，诸多零部件为单件或小批量生产，如果采用辅助支撑的方法需要消耗较大的财力物力，因此通常采用自由度较高的人工辅助顶紧的方法。在较大面积的开阔区域进行加工时，人工辅助顶紧具有较好的可靠性和可行性。然而，在某些情况下如在直径较小的回转类构件加工过程中，由于在制孔出口侧存在的空间有限，难以实现有效的人工辅助顶紧。
现有的针对树脂类复合材料薄壁构件制孔出口处分层损伤的解决方法，在构件出口侧空间有限的条件下难以有效实施，特别是回转类材料构件，人工辅助的方法更加难以实现。
发明内容
本发明要解决的技术难题是针对目前回转类薄壁复合材料构件因难以实现有效支撑导致的制孔出口极易产生分层损伤及加工精度难以保证的问题，克服现有技术的不足，提供一种薄壁回转构件加工辅助支撑装置及其使用方法。
本发明提出的技术方案为一种薄壁回转构件加工辅助支撑装置，包括机床回转工作台、环形块、支撑块、固定块、滑动块、螺杆、伺服电机、测力仪及辅助回转工作台；薄壁回转构件通过环形块预固定于机床回转工作台上，环形块设置在机床回转工作台上，辅助回转工作台设置在机床回转工作台上，辅助回转工作台位于环形块内部，测力仪设置在辅助回转工作台上，固定块设置在测力仪上，固定块上设置滑动块，滑动块在固定块上滑动，螺杆一端通过轴承与滑动块连接，螺杆另一端通过联轴器与伺服电机连接，所述伺服电机与辅助回转工作台同步转动，滑动块与支撑块连接。
所述固定块通过螺纹与螺杆连接，螺杆带动伺服电机转动，使伺服电机与辅助回转工作台同步转动。
所述滑动块与支撑块采用螺栓连接。
所述支撑块上设有与薄壁回转构件上待加工孔位置及待加工孔径均相同的孔。
所述支撑块与薄壁回转构件的接触面为圆弧形，圆弧直径与薄壁回转构件内壁直径相同。
一种薄壁回转构件加工辅助支撑装置的使用方法，包含以下步骤：第一步：采用测力仪对制孔加工过程中产生的轴向切削力进行测量；第二步：薄壁回转构件预固定后，采用伺服电机带动联轴器、螺杆、滑动块及支撑块移动，并采用测力仪对接触力进行实时检测；第三步：当支撑块与薄壁回转构件之间的接触力达到制孔加工产生的轴向切削力时，停止伺服电机的运动，然后进行制孔加工；第四步：制孔加工完成后，伺服电机带动联轴器、螺杆、滑动块及支撑块移动，使支撑块与薄壁回转构件分离；第五步：机床回转工作台旋转一定的角度至下一需要加工的位置，同时辅助回转工作台反方向旋转相同的角度，进而保证支撑块与待加工孔保持相对的位置关系。
所述支撑块根据不同薄壁回转构件的形状和加工需求更换，支撑块采用尼龙材料，以降低制造成本并减少对构件内壁的损伤。
本发明的有益效果是：本发明实现了薄壁回转类构件制孔加工过程中的有效支撑，防止了因制孔加工切削力导致的工件变形；同时实现了对制孔出口区域的准确支撑，减小了复合材料类薄壁回转构件产生分层的可能性。采用机床回转工作台及辅助回转工作台实现了回转构件圆周方向上多位置处孔的辅助支撑加工。采用测力仪对切削轴向力及支撑力的测量，实现了对辅助支撑装置支撑力的精准控制。
附图说明
图1为本发明加工辅助支撑装置示意图；
图2为未加工前辅助支撑装置局部俯视示意图；
图3为加工后辅助支撑装置局部俯视示意图；
图中：1、机床回转工作台，2、环形块，3、薄壁回转构件，4、支撑块，5、固定块，6、滑动块，7、螺栓，8、螺杆，9、伺服电机，10、联轴器，11、测力仪，12、辅助回转工作台。
具体实施方式
实施示例1
一种薄壁回转构件加工辅助支撑装置，包括机床回转工作台、环形块、支撑块、固定块、滑动块、螺杆、伺服电机、测力仪及辅助回转工作台；薄壁回转构件通过环形块预固定于机床回转工作台上，环形块设置在机床回转工作台上，辅助回转工作台设置在机床回转工作台上，辅助回转工作台位于环形块内部，测力仪设置在辅助回转工作台上，固定块设置在测力仪上，固定块上设置滑动块，滑动块在固定块上滑动，螺杆一端通过轴承与滑动块连接，螺杆另一端通过联轴器与伺服电机连接，所述伺服电机与辅助回转工作台同步转动，滑动块与支撑块连接。
所述加工辅助支撑装置的具体实施步骤包括：第一步：采用测力仪对制孔加工过程中产生的轴向切削力进行测量；第二步：薄壁回转构件预固定后，采用伺服电机带动联轴器、螺杆、滑动块及支撑块移动，并采用测力仪对接触力进行实时检测；第三步：当支撑块与薄壁回转构件之间的接触力达到制孔加工产生的轴向切削力时，停止伺服电机的运动，然后进行制孔加工；第四步：制孔加工完成后，伺服电机带动联轴器、螺杆、滑动块及支撑块移动，使支撑块与薄壁回转构件分离；第五步：机床回转工作台旋转一定的角度至下一需要加工的位置，同时辅助回转工作台反方向旋转相同的角度，进而保证支撑块与待加工孔保持相对的位置关系。
实施示例2
一种薄壁回转构件加工辅助支撑装置，包括机床回转工作台、环形块、支撑块、固定块、滑动块、螺杆、伺服电机、测力仪及辅助回转工作台；薄壁回转构件通过环形块预固定于机床回转工作台上；环形块与机床回转工作台采用螺栓连接；辅助回转工作台通过螺栓与机床回转工作台连接；测力仪通过螺栓与辅助回转工作台连接；固定块通过螺栓与测力仪连接；固定块上安装有滑动块，滑动块可以在固定块上实现滑动；固定块通过螺纹与螺杆连接；螺杆与滑动块通过轴承连接；螺杆与联轴器连接；联轴器与伺服电机连接；滑动块与支撑块采用螺栓连接。支撑块上设有与薄壁回转构件上待加工孔位置及待加工孔径均相同的孔。支撑块与薄壁回转构件的接触面为圆弧形，且圆弧直径与回转构件内壁直径相同。
所述加工辅助支撑装置的具体实施步骤包括：第一步：采用测力仪对制孔加工过程中产生的轴向切削力进行测量；第二步：薄壁回转构件预固定后，采用伺服电机带动联轴器、螺杆、滑动块及支撑块移动，并采用测力仪对接触力进行实时检测；第三步：当支撑块与薄壁回转构件之间的接触力达到制孔加工产生的轴向切削力时，停止伺服电机的运动，然后进行制孔加工；第四步：制孔加工完成后，伺服电机带动联轴器、螺杆、滑动块及支撑块移动，使支撑块与薄壁回转构件分离；第五步：机床回转工作台旋转一定的角度至下一需要加工的位置，同时辅助回转工作台反方向旋转相同的角度，进而保证支撑块与待加工孔保持相对的位置关系。支撑块可以根据不同薄壁回转构件的形状和加工需求更换，支撑块采用尼龙材料，以降低制造成本并减少对构件内壁的损伤。

Claims (4)

1.一种薄壁回转构件加工辅助支撑装置，其特征在于：包括机床回转工作台、环形块、支撑块、固定块、滑动块、螺杆、伺服电机、测力仪及辅助回转工作台；薄壁回转构件通过环形块预固定于机床回转工作台上，环形块设置在机床回转工作台上，辅助回转工作台设置在机床回转工作台上，辅助回转工作台位于环形块内部，测力仪设置在辅助回转工作台上，固定块设置在测力仪上，固定块上设置滑动块，滑动块在固定块上滑动，螺杆一端通过轴承与滑动块连接，螺杆另一端通过联轴器与伺服电机连接，所述伺服电机与辅助回转工作台同步转动，滑动块与支撑块连接；所述支撑块上设有与薄壁回转构件上待加工孔位置及待加工孔径均相同的孔；
所述的一种薄壁回转构件加工辅助支撑装置的使用方法，包含以下步骤：第一步：采用测力仪对制孔加工过程中产生的轴向切削力进行测量；第二步：薄壁回转构件预固定后，采用伺服电机带动联轴器、螺杆、滑动块及支撑块移动，并采用测力仪对接触力进行实时检测；第三步：当支撑块与薄壁回转构件之间的接触力达到制孔加工产生的轴向切削力时，停止伺服电机的运动，然后进行制孔加工；第四步：制孔加工完成后，伺服电机带动联轴器、螺杆、滑动块及支撑块移动，使支撑块与薄壁回转构件分离；第五步：机床回转工作台旋转一定的角度至下一需要加工的位置，同时辅助回转工作台反方向旋转相同的角度，进而保证支撑块与待加工孔保持相对的位置关系。
2.根据权利要求1所述的一种薄壁回转构件加工辅助支撑装置，其特征在于：所述固定块通过螺纹与螺杆连接，螺杆带动伺服电机转动，使伺服电机与辅助回转工作台同步转动。
3.根据权利要求1所述的一种薄壁回转构件加工辅助支撑装置，其特征在于：所述滑动块与支撑块采用螺栓连接。
4.根据权利要求1所述的一种薄壁回转构件加工辅助支撑装置，其特征在于：所述支撑块与薄壁回转构件的接触面为圆弧形，圆弧直径与薄壁回转构件内壁直径相同。
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