[发明专利]一种薄壁件镜像铣削随动顶撑装置及方法

说明书

本发明公开了一种薄壁件镜像铣削随动顶撑方法及装置，用以解决现有大型薄壁件铣削加工过程中工件易发生加工颤振及局部变形的问题。技术方案采用特殊机械臂形的顶撑装置，包括顶撑臂旋转箱、主顶撑臂、顶撑头旋转箱、主顶撑头、辅助顶撑臂、辅助顶撑头旋转箱、辅助顶撑头、伺服电机等。顶撑装置顶撑头在薄壁件铣削加工过程中，从薄壁件反面根据加工刀具轨迹程序坐标进行随动支撑，同时通过厚度在线监测实现支撑面法向厚度补偿，避免加工变形，提高加工的稳定性，保证薄壁件加工精度与加工质量。

技术领域：

本发明涉及一种镜像铣削机械加工顶撑方法及装置，具体地说是一种薄壁件镜像铣削随动顶撑方法及装置。

背景技术：

大型薄板零件加工时，在刀具对夹持点之间的悬空区域，特别是较薄蒙皮施加切削力时，该部位蒙皮会不可避免地发生振颤，使铣切深度和表面粗糙度无法控制，达不到化铣不同深度凹面的要求。但是化铣存在化学污染、耗电量大和消耗铝材无法回收等固有弊病而成为该行业的一项困扰。对于加工新一代钛合金蒙皮来说，化铣还需采取防燃防爆的特别措施，从而增加了工艺复杂性、成本及安全风险。针对传统大型薄壁件如飞机蒙皮加工存在的问题，一种新技术应用到薄壁件的加工中，即薄壁件铣镜像顶撑技术。

现有蒙皮镜像顶撑铣系统由两台五轴机床组成。一台为五轴铣床用于正面加工蒙皮工件，另一台五轴机床主轴安装顶撑装置与用于加工的五轴铣床刀具同步镜像顶撑运动，保证工件加工部位的刚性支撑，有效防止加工过程中的振颤。

另外目前国际上能够提供薄壁件镜像顶撑铣机床的厂商相对较少，如法国的Dufieux公司及西班牙MTorres公司。向兵飞文献“蒙皮铣削镜像顶撑技术研究”介绍了法国Dufieux公司研制的蒙皮镜像顶撑铣机床由柔性定位系统、可翻版柔性周边夹持系统和加工平台组成。西班牙MTorres公司研制的蒙皮镜像顶撑铣机床的夹持装置采用排架式真空吸附立式装夹，通过移动排架调整加工区域，为镜像顶撑装置提供移动空间。最新的研究集中在蒙皮镜像顶撑铣机床与顶撑头的应用研究中，同时这些公司生产的镜像铣机床价格昂贵，针对薄壁件小批量加工时，企业购买支出费用高，既不经济又不划算。

文献“授权公开号是CN104476321A的中国发明专利”公开了一种基于多传感器的蒙皮实时自适应镜像铣削方法及检测装置，主要集中在顶撑铣系统机床顶撑头处的改进，另有文献“授权公开号是CN104440400A的中国发明专利”公开了一种具有变形跟踪和壁厚测量功能的镜像铣顶压装置，主要针对的是顶撑铣机床的定压装置，而针对替代顶撑机床的顶撑装置或者设备，在国内外未见相关研究。如何在现有技术条件下将另一台用于与加工的五轴铣床刀具同步镜像顶撑运动的五轴机床替换成其他价格相对较便宜、经济又实惠的设备或装置，无论是对于企业提高经济效益或者在科学研究领域发展都具有重大的意义。

发明内容：

本发明的目的是针对大型薄壁件加工领域内的镜像铣系统铣削加工过程中工件易发生加工颤振及局部变形的问题，发明一种薄壁件镜像铣削随动顶撑方法及装置，同时具备镜像铣顶撑机床的功能，满足镜像铣削机械加工的要求。

为达上述目的，一种薄壁件镜像铣削随动顶撑装置采用关节机械臂形式，直齿轮与锥齿轮传动的方式实现。所述薄壁件镜像铣削随动顶撑装置包括主顶撑臂4，主顶撑臂4周围均布有若干辅助顶撑臂7，与主顶撑臂4分别与顶撑臂旋转箱3连接，主顶撑臂4与辅助顶撑臂7分别由安装在顶撑臂旋转箱3上的第二伺服电机14和第四伺服电机11控制，实现主顶撑臂4与辅助顶撑臂7独立的旋转运动，各辅助顶撑臂7 同步运动。

旋转传动箱505固定在主顶撑臂4另一端上，与主顶撑臂4构成第一关节，前端传动箱506与旋转传动箱505铰接作为第二关节，第一伺服电机10控制前端传动箱506旋转，主顶撑头6与前端传动箱506连接作为第三关节，第三伺服电机13控制主顶撑头6的转动，如此实现主顶撑头6在空间的运动同时受三个伺服电机的控制，即有三个自由度。