CN111203751B - 数控加工薄壁件振动识别检测加工平台及加工工艺 - Google Patents
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Abstract
数控加工薄壁件振动识别检测加工平台及加工工艺，加工平台包括加工机构和至少两组振动抑制机构，加工机构位于两组振动抑制机构之间；振动抑制机构包括底座，底座上设置有两根立柱，两根立柱之间设置有移动架，移动架能够沿立柱竖直上下移动，移动架上设置有若干挤压件，挤压件下方对应设置有位于底座上的放置台，放置台与挤压件能够配合形成夹持区域，夹持区域用于夹持薄壁件，放置台上设置有振动检测单元和致动器，振动检测单元用于监测薄壁件的振动幅度，所述致动器用于向薄壁件施加反向抑制力。本发明在加工过程中，薄壁件的振幅梯度小且各处受力均匀，确保整个薄壁件在加工过程中局部受力均匀、振幅差异小，从而提高加工精度和质量。
Description
技术领域
本发明涉及机加工领域，具体涉及数控加工薄壁件振动识别检测加工平台及加工工艺。
背景技术
薄壁零件具有质量轻、比强度高、结构紧凑、节省材料等优点，因而被广泛应用于航空航天、汽车、能源等众多的领域。
然而，薄壁零件属于弱刚性部件，其加工难点主要在于切削力作用下极易发生振动，特别是在大切削参数下振动现象更为明显、甚至发生颤振。振动现象的存在不仅损害了机床和刀具寿命、限制了加工效率，还降低了工件表面加工质量，这将严重降低生产效率，降低成品的精度，提高生产成本。
现阶段，解决薄壁零件加工振动的方法主要分为被动控制法和主动控制法。其中，主动控制根据***响应并结合适当的控制算法抑制加工振动，主要过程是根据在线测得刀具与工件间的相对振动或切削力大小，应用智能致动器来产生补偿或抵消振动的力。
专利CN110153781A公开了一种薄壁零件加工振动的主要控制法，其利用振动检测单元监测薄壁件在铣削加工过程中产生的振动信号，采用弯曲型致动器作为抑制装置的执行器，在致动器末端对工件施加反向抑振力，对薄壁件加工过程产生的颤振进行主动控制。但是，此种振动抑制装置及方法仅适用于面积较小的薄壁零件，对于大型薄壁零件，致动器施加于工件上的反向抑制力会随着靠近薄壁零件中部而逐渐减小，此时若增大反向抑制力则靠近致动器部分受到的反向抑制力将过大，减小反向抑制力则靠近薄壁零件中部的反向抑制力将过小。故有必要针对大型薄壁零件设计一款振动识别检测加工平台。
发明内容
本发明的目的在于提供数控加工薄壁件振动识别检测加工平台及加工工艺，以解决现有技术对大型薄壁零件进行铣削加工时存在的振动幅度梯度大、各处反向抑制力不均匀、加工精度差的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
数控加工薄壁件振动识别检测加工平台，包括加工机构和至少两组振动抑制机构，所述加工机构位于两组振动抑制机构之间；所述振动抑制机构包括底座，所述底座上设置有两根立柱，两根立柱之间设置有移动架，所述移动架能够沿立柱竖直上下移动，移动架上设置有若干挤压件，所述挤压件下方对应设置有位于底座上的放置台，所述放置台与挤压件能够配合形成夹持区域，所述夹持区域用于夹持薄壁件，放置台上设置有振动检测单元和致动器，所述振动检测单元用于监测薄壁件的振动幅度，所述致动器用于向薄壁件施加反向抑制力。
专利CN110153781A公开的薄壁件加工平台，虽然能够实现振动的实时检测和反馈控制，控制精度高，但是其夹具的结构设置使其在加工大型薄壁件时，一部分出现振动加剧，另一部分出现振动较小，容易导致薄壁件受力不均、振幅分布不均，最终导致加工精度差，加工质量低的问题。随着技术的发展，大型薄壁件加工将成是未来数控加工的重要研发方向。为此，本发明提供了一种针对大型薄壁件的加工平台和加工工艺，其通过夹具、加工机构的设计，结合整体的布置方式，将大型薄壁件区域化分隔，再对各区域进行有序的铣削加工，从而避免了局部受力不均、振幅差异大的问题，有效地提高了大型薄壁件的加工质量。
具体地，本技术方案的加工平台包括加工机构和振动抑制机构，其中加工机构用于加工薄壁件，振动抑制机构用于夹持薄壁件并抑制薄壁件在加工过程中产生的振动。振动抑制机构至少有两组，两组振动抑制机构之间设置有一个加工机构。在部分实施例中，为提高加工效率，可适量增加加工机构的数量，优选地，加工机构与振动抑制机构交替设置。
振动抑制机构包括底座，底座上设置的两根用于支撑并调整移动架的位置，移动架能够沿立柱竖直上下移动。移动架沿立柱竖直上下移动的方式有多种。在部分实施例中，移动架的两端通过销轴销孔的方式固定在立柱上的特定位置，在部分实施例中，移动架的两端可以安装滑块，并在立柱上设置滑轨，使得移动架可以固定在立柱上的任一位置。移动架上设置有挤压件，挤压件的数量可根据实际需求增加或减少，挤压件既可以相对移动架移动，也可以相对于移动架固定。移动架与其下方的放置台一一对应，两者相互配合共同形成一个夹持点用于夹持薄壁件，夹持点的个数可以根据实际需求增减。放置台上设置有振动检测单元以监测薄壁件的振动幅度。优选地，放置台上设置有L形支撑杆，所述L形支撑杆上安装有振动检测单元，振动检测单元贴附于薄壁件上。放置台上还设置有致动器，致动器位于放置台和工件之间，用于向薄壁件的下表面施加反向抑制力。致动器、振动检测单元及信号采集单元、控制计算机、功放、可编程信号发生器等信号处理、收发装置可采用现有技术中任一设计或布置，也可采用专利CN110153781A中公开的设置方式进行振动幅度的监测和抑制。
加工之前，将待加工薄壁件放置于放置台上，控制移动架竖直向下移动，最终移动架上的挤压件对薄壁件施加作用力，同放置台共同形成对薄壁件的夹持，薄壁件夹持稳固且薄壁件上形成多个夹持点，四个夹持点构成矩形的夹持区域，也是最小的加工区域，相邻两个夹持点之间的距离使得远离单一夹持点的薄壁件部分不会产生较大的振幅，因此在加工过程中，夹持区域内的薄壁件不会产生较大的振幅梯度，且各处受力相对均匀，进而确保整个薄壁件在加工过程中局部受力均匀、振幅差异小，从而提高加工精度和质量。
作为本发明的一种优选实施方式，所述立柱上设置有第一滑轨，所述第一滑轨上设置有能够沿第一滑轨移动的第一滑块，所述移动架的两端分别与两根立柱上的第一滑块连接。通过移动滑块能够将移动架固定在任何高度，以使得挤压件能够挤压不同壁厚的薄壁件。
进一步地，所述挤压件为丝杆，所述丝杆能够通过旋转相对于移动架上下移动。通过上述设置，薄壁件的固定挤压分为初调和微调两步。初调时，将移动架移动至挤压件底端与薄壁件接触的位置后固定移动架的滑块在第一滑轨上的位置，此时挤压件不对薄壁件产生夹持固定。初调完成后，通过旋转挤压件实现微调，微调采用对称逐渐旋紧的方式，即先旋转最左边的第一个挤压件，再旋转最右边的第一个挤压件，之后旋转最左边的第二个挤压件，再旋转最右边的第二个挤压件，以此类推，之后重复上述步骤直至挤压力符合要求。通过上述设置，在加工时可根据薄壁件各区域不同的厚度情况调整挤压力的大小，使得不平整的薄壁件各处的受力更加均匀，进而减少加工时薄壁件的振动，提高加工精度。优选地，丝杆的顶端设置有手柄，以便于旋转丝杆。在部分实施例中，丝杆也可通过伺服电机由控制器整体控制旋紧程度。
进一步地，所述丝杆的底部的直径从上至下逐渐增大。将丝杆的底部的直径设计为从上至下逐渐增大的结构，增大接触面积，降低丝杆对薄壁件表面的局部压强，有效地保护了薄壁件。同时，为了提高丝杆结构的整体稳定性，丝杆为一体式结构。
进一步地，所述丝杆的底端设置有保护层。所述保护层为丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶等橡胶材质，避免丝杆在旋转过程中对薄壁件表面形成刮擦、磨损。
作为本发明的另一个优选实施方式，所述加工机构包括第二滑轨，所述第二滑轨上设置有两个第二滑块，所述第二滑块上设置有铣刀，两个铣刀相对设置，所述铣刀用于切割薄壁件的下表面。在使用时，两个铣刀相向同步移动切削薄壁件的下表面以实现薄壁件的加工。优选地，所述铣刀由液压缸控制移动。
进一步地，所述底座上还设置有支撑滚轮，所述支撑滚轮包括主体，所述主体上开设置有凹槽，所述凹槽内设置有转轴，所述转轴的两端活动***凹槽内壁上设置的限位槽中，所述限位槽的底面上设置有弹簧，所述弹簧的顶端与转轴连接，所述转轴上设置有转动辊，所述转动辊能够围绕转轴旋转，在弹簧自然状态下，所述转动辊的上表面高于致动器的上表面。弹簧自然状态系指转动辊上未受其他作用力时，也即没有放置薄壁件时，转动辊高于致动器的上表面，因此，在放上薄壁件后，在薄壁件重力的作用下，转动辊竖直向下移动，弹簧收缩，在部分实施例中，薄壁件放置于转动辊上且挤压件未对薄壁件表面施加作用力时，转动辊仍然高于致动器，此时薄壁件的下表面未与致动器接触，在微调中方才继续克服弹簧的作用力使薄壁件压紧于致动器上。通过上述设置，转动辊不仅便于薄壁件的放入和取出，而且在一个加工阶段完成，移动架升起后，在弹簧的作用力下能够自动抬起薄壁件，之后通过拉动薄壁件的一端即可将其从加工平台上取出，加工工艺更加简便；不仅如此，支撑滚轮设置于夹持区域下方，起到很好的支撑作用和防振作用，其作用接近于增加了夹持点，进一步减小了薄壁件在加工过程中的振动，进而提高了加工工艺的精度。
进一步地，所述转轴的两端均设置有滚珠，所述滚珠与限位槽的内壁抵接。滚珠的设置一方面将转轴与限位槽内壁的滑动摩擦转变为滚动摩擦，便于转轴沿竖直方向移动，另一方面，滚珠与限位槽内壁的抵接使得转轴在竖直移动的过程中不会朝向限位槽内壁方向移动，提高了支撑滚轮在承压状态下的结构稳定性。
进一步地，沿一个立柱至另一个立柱的方向，相邻两个挤压件之间的距离先逐渐减小再逐渐增大。越靠近薄壁件的中部，夹持区域越小，进一步减小薄壁件中部在加工过程中的振幅。
本发明基于上述任一款加工平台，还提供了数控加工薄壁件振动识别检测加工工艺，所述工艺包括以下步骤：
(A)将薄壁件放置于放置台上；
(B)控制移动架竖直向下移动，使得各挤压件挤压薄壁件的上表面；
(C)开启加工机构加工薄壁件，直至加工机构对应的加工区域内完成薄壁件加工；
(D)控制移动架竖直向上移动，移除施加于薄壁件上表面的作用力；
(E)移动薄壁件，使薄壁件的待加工部分移动至加工机构；
(F)重复步骤(C)-(E)直至薄壁件所有待加工部分完成加工；
(G)取出加工后的薄壁件。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明在加工过程中，夹持区域内的薄壁件不会产生较大的振幅梯度，且各处受力相对均匀，进而确保整个薄壁件在加工过程中局部受力均匀、振幅差异小，从而提高加工精度和质量；
2、本发明包括初调和微调两个调节步骤，在加工时可根据薄壁件各区域不同的厚度情况调整挤压力的大小，使得不平整的薄壁件各处的受力更加均匀，进而减少加工时薄壁件的振动，提高加工精度；
3、本发明设置有支撑滚轮，其转动辊不仅便于薄壁件的放入和取出，而且在一个加工阶段完成，移动架升起后，在弹簧的作用力下能够自动抬起薄壁件，之后通过拉动薄壁件的一端即可将其从加工平台上取出，加工工艺更加简便；不仅如此，支撑滚轮设置于夹持区域下方，起到很好的支撑作用和防振作用，其作用接近于增加了夹持点，进一步减小了薄壁件在加工过程中的振动，进而提高了加工工艺的精度；
4、本发明在支撑滚轮转轴的两端均设置有滚珠，一方面将转轴与限位槽内壁的滑动摩擦转变为滚动摩擦，便于转轴沿竖直方向移动，另一方面，滚珠与限位槽内壁的抵接使得转轴在竖直移动的过程中不会朝向限位槽内壁方向移动，提高了支撑滚轮在承压状态下的结构稳定性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明具体实施例的俯视图；
图2为本发明具体实施例中振动抑制机构的结构示意图；
图3为本发明具体实施例中加工机构的结构示意图；
图4为本发明支撑滚轮的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-振动抑制机构，2-加工机构，3-底座，4-立柱，5-放置台，6-振动检测单元，7-致动器，8-第一滑轨，9-第一滑块，10-支撑滚轮，101-主体，102-转动辊，103-转轴，104滚珠，105-弹簧，11-移动架，12-丝杆，13-手柄，14-第二滑轨，15-第二滑块，16-铣刀，17-薄壁件。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1：
如图1至图3所示的数控加工薄壁件振动识别检测加工平台，包括加工机构2和至少两组振动抑制机构1，所述加工机构2位于两组振动抑制机构1之间；所述振动抑制机构1包括底座3，所述底座3上设置有两根立柱4，两根立柱4之间设置有移动架11，所述移动架11能够沿立柱4竖直上下移动，移动架11上设置有若干挤压件，所述挤压件下方对应设置有位于底座3上的放置台5，所述放置台5与挤压件能够配合形成夹持区域，所述夹持区域用于夹持薄壁件17，放置台5上设置有振动检测单元6和致动器7，所述振动检测单元6用于监测薄壁件17的振动幅度，所述致动器7用于向薄壁件17施加反向抑制力；所述立柱4上设置有第一滑轨8，所述第一滑轨8上设置有能够沿第一滑轨8移动的第一滑块9，所述移动架11的两端分别与两根立柱4上的第一滑块9连接；加工机构2包括第二滑轨14，所述第二滑轨14上设置有两个第二滑块15，所述第二滑块15上设置有铣刀16，两个铣刀(16)相对设置，所述铣刀16用于切割薄壁件17的下表面。
在部分实施例中，所述挤压件为丝杆12，所述丝杆12能够通过旋转相对于移动架11上下移动。
薄壁件的固定挤压分为初调和微调两步。初调时，将移动架移动至挤压件底端与薄壁件接触的位置后固定移动架的滑块在第一滑轨上的位置，此时挤压件不对薄壁件产生夹持固定。初调完成后，通过旋转挤压件实现微调，微调采用对称逐渐旋紧的方式，即先旋转最左边的第一个挤压件，再旋转最右边的第一个挤压件，之后旋转最左边的第二个挤压件，再旋转最右边的第二个挤压件，以此类推，之后重复上述步骤直至挤压力符合要求。通过上述设置，在加工时可根据薄壁件各区域不同的厚度情况调整挤压力的大小，使得不平整的薄壁件各处的受力更加均匀，进而减少加工时薄壁件的振动，提高加工精度。优选地，丝杆的顶端设置有手柄，以便于旋转丝杆。
在部分实施例中，丝杆12也可通过伺服电机由控制器整体控制旋紧程度。
在部分实施例中，所述丝杆12的底部的直径从上至下逐渐增大。
在部分实施例中，所述丝杆12的底端设置有保护层。优选地，保护层由橡胶制成。
在部分实施例中，沿一个立柱4至另一个立柱4的方向，相邻两个挤压件之间的距离先逐渐减小再逐渐增大。
实施例2：
在实施例1的基础上，如图4所示，所述底座3上还设置有支撑滚轮10，所述支撑滚轮10包括主体101，所述主体101上开设置有凹槽，所述凹槽内设置有转轴103，所述转轴103的两端活动***凹槽内壁上设置的限位槽中，所述限位槽的底面上设置有弹簧105，所述弹簧105的顶端与转轴103连接，所述转轴103上设置有转动辊102，所述转动辊102能够围绕转轴103旋转，在弹簧105自然状态下，所述转动辊102的上表面高于致动器7的上表面。
在部分实施例中，转轴103的两端均设置有滚珠104，所述滚珠104与限位槽的内壁抵接。
本实施例中，转动辊不仅便于薄壁件的放入和取出，而且在一个加工阶段完成，移动架升起后，在弹簧的作用力下能够自动抬起薄壁件，之后通过拉动薄壁件的一端即可将其从加工平台上取出，加工工艺更加简便；不仅如此，支撑滚轮设置于夹持区域下方，起到很好的支撑作用和防振作用，其作用接近于增加了夹持点，进一步减小了薄壁件在加工过程中的振动，进而提高了加工工艺的精度。
实施例3：
数控加工薄壁件振动识别检测加工工艺，采用权利要求上述任一实施例中的加工平台，所述工艺包括以下步骤：
(A)将薄壁件17放置于放置台5上；
(B)控制移动架11竖直向下移动，使得各挤压件挤压薄壁件17的上表面；
(C)开启加工机构2加工薄壁件17，直至加工机构2对应的加工区域内完成薄壁件加工；
(D)控制移动架11竖直向上移动，移除施加于薄壁件17上表面的作用力；
(E)移动薄壁件17，使薄壁件17的待加工部分移动至加工机构2；
(F)重复步骤(C)-(E)直至薄壁件17所有待加工部分完成加工；
(G)取出加工后的薄壁件17。
本文中所使用的“第一”、“第二”等(例如第一滑轨、第二滑轨，第一滑块、第二滑块等)只是为了描述清楚起见而对相应部件进行区别，不旨在限制任何次序或者强调重要性等。此外，在本文中使用的术语“连接”在不进行特别说明的情况下，可以是直接相连，也可以使经由其他部件间接相连。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.数控加工薄壁件振动识别检测加工平台，其特征在于，包括加工机构(2)和至少两组振动抑制机构(1)，所述加工机构(2)位于两组振动抑制机构(1)之间；所述振动抑制机构(1)包括底座(3)，所述底座(3)上设置有两根立柱(4)，两根立柱(4)之间设置有移动架(11)，所述移动架(11)能够沿立柱(4)竖直上下移动，移动架(11)上设置有若干挤压件，所述挤压件下方对应设置有位于底座(3)上的放置台(5)，所述放置台(5)与挤压件能够配合形成夹持区域，所述夹持区域用于夹持薄壁件(17)，放置台(5)上设置有振动检测单元(6)和致动器(7)，所述振动检测单元(6)用于监测薄壁件(17)的振动幅度，所述致动器(7)用于向薄壁件(17)施加反向抑制力。
2.根据权利要求1所述的数控加工薄壁件振动识别检测加工平台，其特征在于，所述立柱(4)上设置有第一滑轨(8)，所述第一滑轨(8)上设置有能够沿第一滑轨(8)移动的第一滑块(9)，所述移动架(11)的两端分别与两根立柱(4)上的第一滑块(9)连接。
3.根据权利要求1所述的数控加工薄壁件振动识别检测加工平台，其特征在于，所述挤压件为丝杆(12)，所述丝杆(12)能够通过旋转相对于移动架(11)上下移动。
4.根据权利要求3所述的数控加工薄壁件振动识别检测加工平台，其特征在于，所述丝杆(12)的底部的直径从上至下逐渐增大。
5.根据权利要求3所述的数控加工薄壁件振动识别检测加工平台，其特征在于，所述丝杆(12)的底端设置有保护层。
6.根据权利要求1所述的数控加工薄壁件振动识别检测加工平台，其特征在于，所述加工机构(2)包括第二滑轨(14)，所述第二滑轨(14)上设置有两个第二滑块(15)，所述第二滑块(15)上设置有铣刀(16)，两个铣刀(16)相对设置，所述铣刀(16)用于切割薄壁件(17)的下表面。
7.根据权利要求1所述的数控加工薄壁件振动识别检测加工平台，其特征在于，所述底座(3)上还设置有支撑滚轮(10)，所述支撑滚轮(10)包括主体(101)，所述主体(101)上开设置有凹槽，所述凹槽内设置有转轴(103)，所述转轴(103)的两端活动***凹槽内壁上设置的限位槽中，所述限位槽的底面上设置有弹簧(105)，所述弹簧(105)的顶端与转轴(103)连接，所述转轴(103)上设置有转动辊(102)，所述转动辊(102)能够围绕转轴(103)旋转，在弹簧(105)自然状态下，所述转动辊(102)的上表面高于致动器(7)的上表面。
8.根据权利要求7所述的数控加工薄壁件振动识别检测加工平台，其特征在于，所述转轴(103)的两端均设置有滚珠(104)，所述滚珠(104)与限位槽的内壁抵接。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的数控加工薄壁件振动识别检测加工平台，其特征在于，沿一个立柱(4)至另一个立柱(4)的方向，相邻两个挤压件之间的距离先逐渐减小再逐渐增大。
10.数控加工薄壁件振动识别检测加工工艺，其特征在于，采用权利要求1～9中任一项所述的加工平台，所述工艺包括以下步骤：
(A)将薄壁件(17)放置于放置台(5)上；
(B)控制移动架(11)竖直向下移动，使得各挤压件挤压薄壁件(17)的上表面；
(C)开启加工机构(2)加工薄壁件(17)，直至加工机构(2)对应的加工区域内完成薄壁件加工；
(D)控制移动架(11)竖直向上移动，移除施加于薄壁件(17)上表面的作用力；
(E)移动薄壁件(17)，使薄壁件(17)的待加工部分移动至加工机构(2)；
(F)重复步骤(C)-(E)直至薄壁件(17)所有待加工部分完成加工；
(G)取出加工后的薄壁件(17)。
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