一种用于飞机蒙皮镜像铣削的液体静压支撑头及支撑装置 |
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| 申请号 | CN201610348616.7 | 申请日 | 2016-05-24 | 公开(公告)号 | CN105855602A | 公开(公告)日 | 2016-08-17 |
| 申请人 | 大连理工大学; | 发明人 | 康仁科; 董志刚; 鲍岩; 朱祥龙; 周平; 张璧; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于飞机蒙皮镜像 铣削 的液体静压 支撑 头，所述支撑头包括支撑部和与所述支撑部下端连接的连接部，所述支撑部上表面具有一个或多个液槽，一个或多个气槽和与所述液槽的个数一致的测压孔，所述支撑头内设有与所述液槽连通的流道Ⅰ、与所述气槽连通的流道Ⅱ和与测压孔连通的测压流道。本发明还公开了一种用于飞机蒙皮镜像铣削的液体静压支撑装置。与 现有技术 相比，本发明具有蒙皮加工 精度 高、加工 质量 高、加工 稳定性 好和结构简单易于实现等优点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于飞机蒙皮镜像铣削的液体静压支撑头，其特征在于：所述支撑头包括支撑部和与所述支撑部下端连接的连接部，所述支撑部上表面具有一个或多个液槽，一个或多个气槽和与所述液槽的个数一致的测压孔，所述支撑头内设有与所述液槽连通的流道Ⅰ、与所述气槽连通的流道Ⅱ和与测压孔连通的测压流道。 |
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| 说明书全文 | 一种用于飞机蒙皮镜像铣削的液体静压支撑头及支撑装置技术领域[0001] 本发明涉及一种支撑头及支撑装置，具体地说是一种用于飞机蒙皮镜像铣削的液体静压支撑头及支撑装置。 背景技术[0002] 飞机蒙皮是维持飞机外形，使之具有很好的空气动力特性的一层铝合金。飞机蒙皮尺寸大、形状复杂、厚度薄、刚性差且加工要求高。传统的飞机蒙皮采用化铣技术进行加工，即以高浓度、高温的碱性溶液(如KOH)腐蚀去除蒙皮待加工区域的材料，通过控制加工时间来控制蒙皮的最终厚度。由于化铣工艺需采用高浓度的碱性溶液，具有化学污染严重、耗电量大并且消耗铝材难以回收等固有弊病，不利于环境保护以及可持续发展。镜像铣削加工方法是针对蒙皮的加工要求开发的一种新的先进加工方法。镜像铣加工过程中，刀具和支承头分别位于蒙皮两侧相对布置，采用镜像支撑的方式沿蒙皮曲面镜像对称移动，对蒙皮始终进行点对点的支撑和铣切。镜像铣削加工能够保证蒙皮被加工区域有足够刚性，可实现蒙皮剩余厚度的精准控制。 [0003] 现有的飞机蒙皮镜像铣加工技术和装备多采用刚性球作为支撑头，为了提高切削区域的稳定性，一般“正面推头背面顶撑”的装置，即在支撑侧采用刚性球接触支撑蒙皮(背面顶撑)，在加工侧刀具周围又施加多点压紧装置(正面推头)，保证加工过程中蒙皮加工区域的稳定。如专利公布号为CN 104440158 A的“飞机蒙皮镜像铣削顶撑方法及装备”的专利，公开了一种镜像铣支撑装置，背面顶撑采用刚性顶杆支撑，正面推头装置采用恒定压力作用下的推杆与零件保持接触，推杆和顶杆的前端为具有一定摩擦系数和耐磨性能的万向滚珠结构。由于其背面支撑头由一个万向滚珠构成，其支撑点理论上为一个点，而加工过程中正面的铣刀和工件之间的接触位置和铣削力的大小则在不断变化，因此在铣削力的作用下会使加工区域蒙皮的厚度产生局部变形，影响厚度的一致性和均匀性。同时，由于支撑面积较小，加工过程中很难保证正面推头装置和背面顶撑始终与蒙皮保持滚动接触状态，可能会导致蒙皮划伤问题。此外，该结构虽然通过多个正面推头来抑制振颤，但接触部分仍然为刚性滚珠，振动的吸收依靠钢球与蒙皮之间的刚性接触，无法有效抑制振颤的产生，导致加工表面出现振痕等，影响蒙皮加工精度和质量。 发明内容[0004] 为解决上述问题，本发明提供一种用于飞机蒙皮镜像铣削的液体静压支撑头及支撑装置。本发明通过液体静压实现对蒙皮背面的支撑，并通过真空吸气辅助控制蒙皮工件和支撑头之间的间隙。采用液体静压技术，在加工工件和液体静压支撑头之间形成一层液膜，实现工件背面支撑头不与待加工蒙皮直接接触，有效解决了镜像铣削加工过程中零件表面划伤问题，同时，液膜的存在能够有效消除蒙皮振颤，保证飞机蒙皮工件加工质量。根据对液腔压力变化的实时监测，实时调节液压系统的压力和真空吸气装置的负压，实现支撑头与蒙皮之间液膜厚度的控制，保证飞机蒙皮加工尺寸的一致性。 [0005] 为实现上述目的，本发明采用的技术手段如下： [0006] 一种用于飞机蒙皮镜像铣削的液体静压支撑头，所述支撑头包括支撑部和与所述支撑部下端连接的连接部，所述支撑部上表面具有一个或多个液槽，一个或多个气槽和与所述液槽的个数一致的测压孔，所述支撑头内设有与所述液槽连通的流道Ⅰ、与所述气槽连通的流道Ⅱ和与测压孔连通的测压流道。 [0007] 所述支撑部上表面具有一个所述气槽，所述气槽为圆形凹槽，所述气槽位于所述支撑部上表面的中心处，所述流道Ⅱ与所述气槽的连通端位于所述气槽的中心处，所述支撑部上表面具有多个所述液槽，多个所述液槽以所述气槽的中心为对称中心均匀分布，所述液槽为弧形凹槽，所述测压孔位于靠近所述液槽外沿的所述支撑部上表面上或所述液槽的槽底。 [0008] 所述支撑部上表面具有一个所述液槽，所述液槽为圆形凹槽，所述液槽位于所述支撑部上表面的中心处，所述流道Ⅰ与所述液槽的连通端位于所述液槽的中心处，所述测压孔位于所述液槽的槽底，所述支撑部上表面具有多个所述气槽，多个所述气槽以所述液槽的中心为对称中心均匀分布，所述气槽为弧形凹槽，所述圆形凹槽的直径与用于飞机蒙皮镜像铣削的铣刀直径相一致。 [0009] 本发明还公开了一种用于飞机蒙皮镜像铣削的液体静压支撑装置，包括至少一个上述所述的支撑头和转接套，所述连接部通过关节轴承与所述转接套连接，所述支撑装置还包括与所述流道Ⅰ连通的液压系统、与所述流道Ⅱ连通的真空吸气装置Ⅰ和与所述测压流道连通的液压表。 [0011] 所述真空吸气装置Ⅰ包括储能器Ⅰ、电气比例阀Ⅰ、气压泵Ⅰ和止气阀Ⅰ，所述储能器Ⅰ通过所述电气比例阀Ⅰ与所述气压泵Ⅰ连通，所述储能器Ⅰ与所述流道Ⅱ连通，所述储能器Ⅰ的下端设有所述止气阀Ⅰ。 [0012] 包括多个上述所述的支撑头，多个所述支撑头以所述转接套的轴线为轴均匀分布，所述转接套的轴线处设有流道Ⅲ，所述流道Ⅲ的上端具有吸气口，所述流道Ⅲ的下端设有真空吸气装置Ⅱ，所述真空吸气装置Ⅱ包括储能器Ⅱ、电气比例阀Ⅱ、气压泵Ⅱ和止气阀Ⅱ，所述储能器Ⅱ通过所述电气比例阀Ⅱ与所述气压泵Ⅱ连通，所述储能器Ⅱ与所述流道Ⅲ连通，所述储能器Ⅱ的下端设有所述止气阀Ⅱ。 [0013] 液体在流经所述节流器之后，分成与所述液槽数量相同的支路，分别通过不同的所述流道Ⅰ进入到所述流道Ⅰ相对应的所述液槽中。所述测压孔用于测量蒙皮与支撑头之间液腔的液体压力，并通过液压系统和真空吸气装置之间相互配合，从而形成稳定的液膜。在实际加工过程中，由于存在蒙皮零件的形状误差和机床定位误差工，故采用关节轴承连接所述支撑头和所述转接套，避免蒙皮和支撑头表面接触，对形成稳定的液膜起到很大的作用。 [0014] 与现有技术比较，本发明具有以下优点： [0015] (1)蒙皮加工精度高。由于液压支撑和真空吸附相结合，可精确控制支撑液膜的厚度，能够实现蒙皮剩余厚度的精确控制。 [0016] (2)加工质量高。支撑头与蒙皮之间为液体润滑支撑，非刚性直接接触，不会在支撑侧形成划痕。 [0017] (3)加工稳定性好。液体静压与真空吸附方式对铣削加工过程中的蒙皮振颤具有较好的吸收与抑制作用。 [0018] (4)结构简单易于实现。和传统的“正面推头背面顶撑”装置相比，本发明的支撑与吸附系统均位于待加工蒙皮的背面，在正面铣刀周围无需增加任何装置，系统适应性好，易于实现。 [0020] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 [0021] 图1是本发明的实施例1中支撑装置加工蒙皮时的结构示意图。 [0022] 图2是本发明的实施例1中支撑头的俯视图。 [0023] 图3是图2中A-A剖视图。 [0024] 图4是本发明的实施例2中支撑装置加工蒙皮时的结构示意图。 [0025] 图5是本发明的实施例2中支撑头的俯视图。 [0026] 图6是图5中B-B剖视图。 [0027] 图7是本发明的实施例3中支撑装置加工蒙皮时的结构示意图。 [0028] 图8是本发明的实施例3中支撑头分布示意图。 [0029] 图9是本发明的实施例3中支撑头的俯视图。 [0030] 图10是图9中C-C剖视图。 具体实施方式[0031] 一种用于飞机蒙皮镜像铣削的液体静压支撑头，所述支撑头包括支撑部和与所述支撑部下端连接的连接部，所述支撑部上表面具有一个或多个液槽，一个或多个气槽和与所述液槽的个数一致的测压孔，所述支撑头内设有与所述液槽连通的流道Ⅰ、与所述气槽连通的流道Ⅱ和与测压孔连通的测压流道。 [0032] 所述支撑部上表面具有一个所述气槽，所述气槽为圆形凹槽，所述气槽位于所述支撑部上表面的中心处，所述流道Ⅱ与所述气槽的连通端位于所述气槽的中心处，所述支撑部上表面具有多个所述液槽，多个所述液槽以所述气槽的中心为对称中心均匀分布，所述液槽为弧形凹槽，所述测压孔位于靠近所述液槽外沿的所述支撑部上表面上或所述液槽的槽底。 [0033] 所述支撑部上表面具有一个所述液槽，所述液槽为圆形凹槽，所述液槽位于所述支撑部上表面的中心处，所述流道Ⅰ与所述液槽的连通端位于所述液槽的中心处，所述测压孔位于所述液槽的槽底，所述支撑部上表面具有多个所述气槽，多个所述气槽以所述液槽的中心为对称中心均匀分布，所述气槽为弧形凹槽，所述圆形凹槽的直径与用于飞机蒙皮镜像铣削的铣刀直径相一致。 [0034] 一种用于飞机蒙皮镜像铣削的液体静压支撑装置，包括至少一个上述所述的支撑头和转接套，所述连接部通过关节轴承与所述转接套连接，所述支撑装置还包括与所述流道Ⅰ连通的液压系统、与所述流道Ⅱ连通的真空吸气装置Ⅰ和与所述测压流道连通的液压表。 [0035] 所述液压系统包括依次连通的节流器、精过滤器、比例减压阀、液压泵和粗过滤器，所述比例减压阀和所述液压泵通过两个支路分别与蓄能器和溢流阀连通，所述节流器的另一端与所述流道Ⅰ连通。 [0036] 所述真空吸气装置Ⅰ包括储能器Ⅰ、电气比例阀Ⅰ、气压泵Ⅰ和止气阀Ⅰ，所述储能器Ⅰ通过所述电气比例阀Ⅰ与所述气压泵Ⅰ连通，所述储能器Ⅰ与所述流道Ⅱ连通，所述储能器Ⅰ的下端设有所述止气阀Ⅰ。 [0037] 包括多个上述所述的支撑头，多个所述支撑头以所述转接套的轴线为轴均匀分布，所述转接套的轴线处设有流道Ⅲ，所述流道Ⅲ的上端具有吸气口，所述流道Ⅲ的下端设有真空吸气装置Ⅱ，所述真空吸气装置Ⅱ包括储能器Ⅱ、电气比例阀Ⅱ、气压泵Ⅱ和止气阀Ⅱ，所述储能器Ⅱ通过所述电气比例阀Ⅱ与所述气压泵Ⅱ连通，所述储能器Ⅱ与所述流道Ⅲ连通，所述储能器Ⅱ的下端设有所述止气阀Ⅱ。 [0038] 实施例1 [0039] 如图1-3所示，一种用于飞机蒙皮镜像铣削的液体静压支撑装置，包括一个支撑头1和转接套2， [0040] 所述支撑头1包括支撑部11和与所述支撑部11下端连接的连接部12，所述支撑部11上表面具有三个液槽13，一个气槽14和与所述液槽13的个数一致的测压孔15，所述支撑头1内设有与所述液槽13连通的流道Ⅰ16、与所述气槽14连通的流道Ⅱ17和与测压孔15连通的测压流道18。 [0041] 所述气槽14为圆形凹槽，所述气槽14位于所述支撑部11上表面的中心处，所述流道Ⅱ17与所述气槽14的连通端位于所述气槽14的中心处，三个所述液槽13以所述气槽14的中心为对称中心均匀分布，所述液槽13为弧形凹槽，所述测压孔15位于靠近所述液槽13外沿的所述支撑部11上表面上。 [0042] 所述连接部12通过关节轴承3与所述转接套2连接，所述支撑装置还包括与所述流道Ⅰ16连通的液压系统4、与所述流道Ⅱ17连通的真空吸气装置Ⅰ5和与所述测压流道18连通的液压表6。 [0043] 所述液压系统4包括依次连通的节流器41、精过滤器42、比例减压阀43、液压泵44和粗过滤器45，所述比例减压阀43和所述液压泵44通过两个支路分别与蓄能器46和溢流阀47连通，所述节流器41的另一端与所述流道Ⅰ16连通。 [0044] 所述真空吸气装置Ⅰ5包括储能器Ⅰ51、电气比例阀Ⅰ52、气压泵Ⅰ53和止气阀Ⅰ54，所述储能器Ⅰ51通过所述电气比例阀Ⅰ52与所述气压泵Ⅰ53连通，所述储能器Ⅰ51通过快速接头55与所述流道Ⅱ17连通，所述储能器Ⅰ51的下端设有所述止气阀Ⅰ54。 [0045] 所述支撑装置和铣刀7分别位于蒙皮8两侧。 [0046] 实施例2 [0047] 如图4-6所示，一种用于飞机蒙皮镜像铣削的液体静压支撑装置，包括一个支撑头1`和转接套2`， [0048] 所述支撑头1`包括支撑部11`和与所述支撑部11`下端连接的连接部12`，所述支撑部11`上表面具有一个液槽13`，三个气槽14`和与所述液槽13`的个数一致的测压孔15`，所述支撑头1`内设有与所述液槽13`连通的流道Ⅰ16`、与所述气槽14`连通的流道Ⅱ17`和与测压孔15`连通的测压流道18`。 [0049] 所述液槽13`为圆形凹槽，所述液槽13`位于所述支撑部11`上表面的中心处，所述流道Ⅰ16`与所述液槽13`的连通端位于所述液槽13`的中心处，所述测压孔15`位于所述液槽13`的槽底，三个所述气槽14`以所述液槽13`的中心为对称中心均匀分布，所述气槽14`为弧形凹槽，所述圆形凹槽的直径与铣刀7`直径相一致。 [0050] 所述连接部12`通过关节轴承3`与所述转接套2`连接，所述支撑装置还包括与所述流道Ⅰ16`连通的液压系统4`、与所述流道Ⅱ17`连通的真空吸气装置Ⅰ5`和与所述测压流道18`连通的液压表6`。 [0051] 所述液压系统4`包括依次连通的节流器41`、精过滤器42`、比例减压阀43`、液压泵44`和粗过滤器45`，所述比例减压阀43`和所述液压泵44`通过两个支路分别与蓄能器46`和溢流阀47`连通，所述节流器41`的另一端与通过快速接头48`所述流道Ⅰ16`连通。 [0052] 所述真空吸气装置Ⅰ5`包括储能器Ⅰ51`、电气比例阀Ⅰ52`、气压泵Ⅰ53`和止气阀Ⅰ54`，所述储能器Ⅰ51`通过所述电气比例阀Ⅰ52`与所述气压泵Ⅰ53`连通，所述储能器Ⅰ51`与所述流道Ⅱ17`连通，所述储能器Ⅰ51`的下端设有所述止气阀Ⅰ54`。 [0053] 所述支撑装置和铣刀7`分别位于蒙皮8`两侧。 [0054] 实施例3 [0055] 如图7-10所示，一种用于飞机蒙皮镜像铣削的液体静压支撑装置，包括三个支撑头1``和转接套2``， [0056] 所述支撑头1``包括支撑部11``和与所述支撑部11``下端连接的连接部12``，所述支撑部11``上表面具有三个液槽13``，一个气槽14``和与所述液槽13``的个数一致的测压孔15``，所述支撑头1``内设有与所述液槽13``连通的流道Ⅰ16``、与所述气槽14``连通的流道Ⅱ17``和与测压孔15``连通的测压流道18``。 [0057] 所述气槽14``为圆形凹槽，所述气槽14``位于所述支撑部11``上表面的中心处，所述流道Ⅱ17``与所述气槽14``的连通端位于所述气槽14``的中心处，三个所述液槽13``以所述气槽14``的中心为对称中心均匀分布，所述液槽13``为弧形凹槽，所述测压孔15``位于靠近所述液槽13``外沿的所述支撑部11``上表面上。 [0058] 所述连接部12``通过关节轴承3``与所述转接套2``连接，所述支撑装置还包括与所述流道Ⅰ16``连通的液压系统4``、与所述流道Ⅱ17``连通的真空吸气装置Ⅰ5``和与所述测压流道18``连通的液压表6``。 [0059] 所述液压系统4``包括依次连通的节流器41``、精过滤器42``、比例减压阀43``、液压泵44``和粗过滤器45``，所述比例减压阀43``和所述液压泵44``通过两个支路分别与蓄能器46``和溢流阀47``连通，所述节流器41``的另一端与所述流道Ⅰ16``连通。 [0060] 所述真空吸气装置Ⅰ5``包括储能器Ⅰ51``、电气比例阀Ⅰ52``、气压泵Ⅰ53``和止气阀Ⅰ54``，所述储能器Ⅰ51``通过所述电气比例阀Ⅰ52``与所述气压泵Ⅰ53``连通，所述储能器Ⅰ51``与所述流道Ⅱ17``连通，所述储能器Ⅰ51``的下端设有所述止气阀Ⅰ54``。 [0061] 三个所述支撑头1``以所述转接套2``的轴线为轴均匀分布，所述转接套2``的轴线处设有流道Ⅲ21``，所述流道Ⅲ21``的上端具有吸气口22``，所述流道Ⅲ21``的下端设有真空吸气装置Ⅱ9，所述真空吸气装置Ⅱ9包括储能器Ⅱ91、电气比例阀Ⅱ92、气压泵Ⅱ93和止气阀Ⅱ94，所述储能器Ⅱ91通过所述电气比例阀Ⅱ92与所述气压泵Ⅱ93连通，所述储能器Ⅱ91与所述流道Ⅲ21``连通，所述储能器Ⅱ91的下端设有所述止气阀Ⅱ94。 [0062] 所述支撑装置和铣刀7``分别位于蒙皮8``两侧。 [0063] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 |
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