一种水浮式柔性多点曲面支撑结构的制作方法

1.本实用新型涉及到高端精密制造技术领域，特别涉及一种水浮式柔性多点曲面支撑结构。


背景技术：

2.随着现代社会科技水平的不断进步，大型精密设备的建造需求也越来越多，而这些大型设备中经常会遇到大面积复杂曲面零件。尤其是在航空航天、卫星通信、光学设备等高端领域中，这些大面积的复杂曲面零件往往需要很高的尺寸精度，对加工和测量造成了不小的困难。
3.复杂曲面零件随着面积的增大，其自身重力造成的形变而也会增大，这将影响零件加工和测量的精度。比如，一些微米精度要求的曲面零件在竖直、平放、两侧支撑、四周贴合等不同的工装情况下，其尺寸变形量甚至会达到毫米量级，远远超过设计需求。另外，大面积曲面零件由于曲面法向方向及曲面内的刚度较差，很容易造成装夹受力变形，这种变形量级也很容易超过设计的曲面精度范围。综上所述，重力以及装夹受力造成的大面积曲面零件变形很大程度上影响了零件曲面的加工和测量的精度。
4.针对这个问题，传统的解决方案是制作仿形模具，即制作一个大刚度的支撑曲面或者模拟该零件实际使用工况的工装，使其尽可能贴合于零件一侧曲面的同时，完成对另一侧曲面的加工或测量。这个解决方案有着弊端。比如一组近似零件的加工，按照传统的方案，则需要加工一组不同的工装模具，这些工装模具之间没有通用性。这将花费大量的时间和成本。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本实用新型提供了一种水浮式柔性多点曲面支撑结构。该结构有效减少了工件因重力变形和装夹变形的情况，有利于提高工件的制造与测量精度；并且具有可靠性高，操作性强，成本较低，易于安装与维护的特点。
6.为了实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：
7.一种水浮式柔性多点曲面支撑结构，包括箱体和多个浮力单元，所述箱体内设有液体，且液体的密度大于浮力单元的密度；箱体的顶部设有隔离板，隔离板上设有多个导向孔；所述浮力单元均浮于液体表面，其顶部穿过各自对应的导向孔而露出；所述隔离板顶部还设有用于卡紧浮力单元露出端的卡紧结构。
8.进一步的，所述箱体的侧壁设有溢流孔。
9.进一步的，所述浮力单元包括中心杆和浮子；所述浮子的密度小于液体密度，且浮子位于中心杆的底部；所述中心杆的顶部设有用于直接承接工件的接触头，接触头露出于隔离板的导向孔。
10.进一步的，所述中心杆上还设有限位板，限位板位于隔离板导向孔的正下方。
11.进一步的，所述卡紧结构包括卡紧板、支座和连杆；所述支座位于卡紧板的一侧；
支座上还设有凸轮，两者通过轴承结构连接；所述连杆的两端分别连接卡紧板和凸轮；所述连杆连接凸轮的一端设有圆环，圆环内壁设有与凸轮对应的凹槽，且两者活动连接；所述凸轮上还设有用于驱动其转动的手柄，手柄和连杆通过推簧连接且两者具有分开的趋势；所述卡紧板的另一侧设有用于卡紧浮力单元的缺口；
12.在浮力单元的卡紧状态下，凸轮的凸起部分位于其对应的凹槽内；在浮力单元的松脱状态下，凸轮的凸起部分和其对应的凹槽具有大于0
°
夹角。
13.进一步的，所述连接杆和支座均设有两个，并一一对应；两个连接分别连接在卡紧板的两端。
14.本实用新型采取上述技术方案所产生的有益效果在于：
15.1、本实用新型利用液体浮力为曲面工件提供了多点可控的柔性支撑，尤其适合于具有大面积高精度复杂曲面结构工件的制造过程，有效降低了工件的重力变形和装夹变形，有利于提高工件的制造与测量精度。
16.2、本实用新型可以根据工件自身结构特点调节支撑力的数量、单个支撑力大小及支撑点的分布形式，灵活可控，适应性强。
17.3、本实用新型所涉及的结构形式简单可靠，便于安装与维护。
附图说明
18.图1是本实用新型实施例的结构示意图。
19.图2是图1的剖视图。
20.图3是本实用新型实施例的内部结构图。
21.图4是本实用新型实施例中水箱的结构示意图。
22.图5是本实用新型实施例的浮力单元的结构示意图。
23.图6是本实用新型实施例的工作状态结构示意图。
24.图7是本实用新型实施例的卡紧结构示意图。
25.图中：1、水箱，2、浮力单元，3、卡紧装置，4、液体，5、测量头，6、工件，1.1、箱体，1.2、溢流孔，1.3、隔离板，1.4、导向孔，2.1、接触头，2.2、中心杆，2.3、限位板，2.4、浮子，3.1卡紧板，3.2、支座，3.3、凸轮，3.4、手柄，3.5、连杆，3.6、推簧。
具体实施方式
26.下面，通过具体实施方式对本实用新型内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本实用新型的不同方面的内容，而不应理解为限制本实用新型范围。
27.一种水浮式柔性多点曲面支撑结构，包括箱体和多个浮力单元，所述箱体内设有液体，且液体的密度大于浮力单元的密度；箱体的顶部设有隔离板，隔离板上设有多个导向孔；所述浮力单元均浮于液体表面，其顶部穿过各自对应的导向孔而露出；所述隔离板顶部还设有用于卡紧浮力单元露出端的卡紧结构。
28.进一步的，所述箱体的侧壁设有溢流孔。
29.进一步的，所述浮力单元包括中心杆和浮子；所述浮子的密度小于液体密度，且浮子位于中心杆的底部；所述中心杆的顶部设有用于直接承接工件的接触头，接触头露出于隔离板的导向孔。
30.进一步的，所述中心杆上还设有限位板，限位板位于隔离板导向孔的正下方。
31.进一步的，所述卡紧结构包括卡紧板、支座和连杆；所述支座位于卡紧板的一侧；支座上还设有凸轮，两者通过轴承结构连接；所述连杆的两端分别连接卡紧板和凸轮；所述连杆连接凸轮的一端设有圆环，圆环的内壁上设有与凸轮对应的凹槽，且两者活动连接；所述凸轮上还设有用于驱动其转动的手柄，手柄和连杆通过推簧连接且两者具有分开的趋势；所述卡紧板的另一侧设有用于卡紧浮力单元的缺口；
32.在浮力单元的卡紧状态下，凸轮的凸起部分位于其对应的凹槽内；在浮力单元的松脱状态下，凸轮的凸起部分和其对应的凹槽具有大于0
°
的夹角。
33.进一步的，所述连接杆和支座均设有两个，并一一对应；两个连接分别连接在卡紧板的两端。
34.下面为一具体实施例：
35.参照图1至图7，本实施例包括水箱1、浮力单元2、卡紧结构3。
36.其中，箱体1主要由箱体1.1、隔离板1.3组成。隔离板水平设置于箱体上层，设有均匀排布的导向孔1.4，直径为10.5mm。隔离板有钢板制成，厚度30mm，两侧与箱体1.1焊接一体，具有足够的刚度和强度。箱体两侧壁上端水平方向设置有8个溢流孔1.2，溢流孔直径10mm，溢流孔的高度与隔离板下表面持平。箱体内的液体是水。箱体内的液体维持在隔离板下表面的水平，箱体内过多的液体会通过溢流孔排到箱体之外，使得隔离板上表面始终保持干燥的状态。本实施例中不设置自动补液装置，如果液面较低，则有人工补充。
37.浮力单元2包括接触头2.1，中心杆2.2、限位板2.3和浮子2.4。接触头2.1是直径8mm的铝合金球型结构。中心杆2.2由铝合金管制成，外径为5mm，具有足够的刚度和强度，以及光滑的外表面。接触头2.1和中心杆2.2通过焊接成为一体。限制板由1.5mm厚直径15mm的铝合金板制成，通过销钉固定在中心杆的中部某一位置，该位置可以使得浮力单元的接触头最高可高于隔离板300mm。浮子由低密度塑料注塑而成，立方形状，边长49mm，中间有孔,孔径5.5mm,可顺利套进中心杆。浮子单元具有空心结构，密度远远低于水的密度。每个浮力单元包含5个的浮子。在其他情况下数量可以根据需求进行改变。
38.卡紧结构3由卡紧板、支座、连杆、凸轮和弹簧；卡紧板设置于隔离板1.3上表面，呈长条状。每个卡紧板具有均布的缺口结构，缺口和相邻排的浮力单元相对应，通过对卡紧板施加推力，卡紧板和导向孔挤压浮力单元的中心杆对其进行锁定。
39.支座固定在隔离板的顶部，支座上还设有凸轮，两者通过轴承结构连接；连杆的两端分别连接卡紧板和凸轮；连杆连接凸轮的一端设有圆环，圆环内壁与凸轮对应的凹槽，且圆环套装在凸轮上；凸轮上还设有用于驱动其转动的手柄，手柄和连杆通过推簧连接且两者具有分开的趋势；卡紧板的另一侧设有用于卡紧浮力单元的缺口。
40.在浮力单元的卡紧状态下，凸轮的凸起部分位于其对应的凹槽内；在浮力单元的松脱状态下，凸轮的凸起部分和其对应的凹槽具有夹角。
41.该实施例在没有放置工件的情况下，将水充满，所有浮力单元均位于上限位置，即接触头均位于高于隔离板上表面300mm处。经测算，其可以完全支撑起重量在50公斤以内，自由高差小于300mm的工件。
42.当将某一工件缓慢放置于接触头上时，工件与接触头相接触，在重力作用下压迫浮力单元下移。每个浮力单元都贡献了一定的浮力，最后若干浮力单元的浮力总和与工件
重力平衡，工件被稳定均匀的由很多点共同的托举起来，达到平衡的静止状态。这时，锁紧装置发挥作用，在外力的作用下沿着隔离板水平移动，将中心杆牢牢压在导向孔侧壁，从而固定了整个系统。
43.总的来说，本实用新型专利所提供的技术方案实现了多点可控的柔性支撑，尤其适合于具有大面积复杂曲面结构工件的加工制造过程，可以对大面积的复杂曲面区域提供稳定可控的均匀的支撑力，有效降低了工件的重力变形和装夹变形，有利于提高工件的制造与测量精度。与传统仿形模具及其他现有的支撑方案相比，本方案更具有支撑力的数量、单个支撑力大小及支撑点分布形式灵活可调可控的优点。另外，本实用新型技术方案也具有便于安装与维护，成本较低，实现性强的特点。
44.需要理解的是，上述对于本专利具体实施方式的叙述仅仅是为了便于本领域普通技术人员理解本专利方案而列举的示例性描述，并非暗示本专利的保护范围仅仅被限制在这些个例中，本领域普通技术人员完全可以在对本专利技术方案做出充分理解的前提下，以不付出任何创造性劳动的形式，通过对本专利所列举的各个例采取组合技术特征、替换部分技术特征、加入更多技术特征等等方式，得到更多的具体实施方式，所有这些具体实施方式均在本专利权利要求书的涵盖范围之内，因此，这些新的具体实施方式也应在本专利的保护范围之内。
45.此外，出于简化叙述的目的，本专利也可能没有列举一些寻常的具体实施方案，这些方案是本领域普通技术人员在理解了本专利技术方案后能够自然而然想到的，显然，这些方案也应包含在本专利的保护范围之内。