实时测厚的气动式变刚度的柔性镜像铣削支撑头的制作方法

本发明涉及一种薄壁件镜像铣削加工的支撑装置，主要用于在镜像铣削加工过程中对弱刚度的不同曲率的薄壁件进行变刚度的柔性支撑和实时测厚。

背景技术：

大型轻质合金薄壁蒙皮构件在航空航天领域有着广泛应用，大型蒙皮薄壁板的传统加工方式是化学铣和靠模铣削，相对于传统方式，镜像铣削基于其高效、经济、环保的特点，已越来越多的应用于薄壁件的加工。镜像铣削过程中刀具和支撑头分别位于薄壁件两侧，沿薄壁件表面镜像对称移动，始终保持点对点法向支撑。由于薄壁件厚度薄，其刚性较弱，在加工过程中会发生变形和振颤。随动支撑头就是为了抑制铣削过程中薄壁件与刀具接触过程自身的振颤，增强薄壁件刚度，从而提高加工精度。

美国专利文献号US7682112公开了一种飞机蒙皮镜像加工的方法,该技术方案要求刀具与支撑点移动保持同步，控制复杂且难实现刀具与支撑点的完全正对；而且是刚性支撑，支撑头不能抑制加工过程中的振颤现象。

申请号为201410219875.0的中国专利公开了一种用于镜像加工设备的多点柔性滚动支撑头。该专利通过三个柔性滚动支撑部件，增加了支撑面积，降低控制难度，较好的抑制了工件振颤。但该发明采用滚轮支撑，摩擦力较大，平面内移动较差，易对薄壁件造成划痕；弹簧刚度恒定，支撑点不同位移输出不同的支撑力，对不同曲率薄壁件的适应性较差。

申请号为201510038101.2的中国专利公开了一种用于镜像加工的刚柔多点随动支撑头。该发明同时考虑支撑的刚性和柔性要求，能够抑制振动。但该发明只是依靠弹簧被动支撑，无法主动调节支撑头的刚度；而且，无法在保证支撑力相同的情况下适应薄壁件不同曲率的支撑要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种能够实时测量薄壁件厚度、抑制薄壁件的变形、满足不同曲率的薄壁件支撑要求并且可以大幅度减小随动支撑过程中摩擦和划痕的实时测厚的气动式变刚度的柔性镜像铣削支撑头。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明实时测厚的气动式变刚度的柔性镜像铣削支撑头，包括底座,在所述的底座上固定有基座，在所述的基座中间位置开有中心通孔，在所述的中心通孔周围沿同一圆周方向均匀的开有多个轴线与中心通孔轴线平行设置的圆弧通孔，在与所述的多个圆弧通孔的两个圆弧端和中心通孔相对应的底座位置处分别开有圆周安装螺纹通孔和中心阶梯螺纹孔，在所述的中心通孔内滑动连接有探头壳体，在所述的探头壳体内固定有基于超声波原理的测厚探头，所述的测厚探头的顶端为球面，在所述的探头壳体左端螺纹连接有探头螺塞，在每一个圆弧通孔内的两个圆弧端处分别安装有一个万向滚珠，一个转接螺塞的右端螺纹连接在中心阶梯螺纹孔内，多个内六角螺塞的右端分别一一对应的螺纹连接在圆周安装螺纹通孔内，在所述的转接螺塞左端中间开有螺纹连接孔，在所述的转接螺塞的右端中间以及每一个内六角螺塞的右端中间分别开有气动缸安装孔，在所述的每一个气动缸安装孔内分别安装有一个气动缸的缸体，所述的气动缸的缸体的左端与气动缸安装孔左侧通过密封垫圈压紧配合并且所述的气动缸的缸体与气动缸安装孔的右侧螺纹连接，在每一个所述的气动缸的缸体伸出气动缸安装孔的部分上螺纹连接有一个锁紧螺母，所述的锁紧螺母与内六角螺塞的右端面或者转接螺塞的右端面压紧配合，在每一个所述的气动缸的活塞杆上设置有外螺纹并螺纹连接有定位螺母，在所述的转接螺塞上开有气体通道，在所述的内六角螺塞上开有气管接口，气动缸通过所述的气体通道或者气管接口与外部气动系统相连接，位于中心通孔内的所述的气动缸的活塞杆与探头螺塞沿水平方向螺纹连接，位于圆弧通孔内的所述的气动缸的活塞杆分别与同轴线设置的万向滚珠的光杆上的内螺纹沿水平方向螺纹连接，在所述的基座的圆周侧壁上加工有多个对称设置的弧形槽，所述的测厚探头的信号线依次经过探头螺塞上设置的偏心通孔、基座侧壁上的通孔及弧形槽与控制系统相连。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：本发明采用超声波测厚探头，可以实时测量薄壁件的壁厚；采用多点可变刚度支撑，增加了支撑的有效面积，降低了系统的控制难度；通过改变气动缸的输入压力，改变支撑头的支撑刚度，从而改变薄壁件振动状态，达到有效抑制振颤的效果；六个气动缸互相连通，保证输出的支撑力大小一致的条件下，各个万向滚珠伸出长度不同，满足薄壁件不同曲率的支撑要求。

附图说明

图1为本发明的气动式变刚度的柔性镜像铣削支撑头的立体图；

图2为图1所示的支撑头的主视图；

图3为图2所示的支撑头的左视图；

图4为图2所示的支撑头的右视图；

图5为图3所示的支撑头的A-A剖面图；

图6为本发明图1所示的支撑头的测厚探头和气动缸支撑的半剖图；

图7为本发明图1所示的支撑头的万向滚珠和气动缸支撑的半剖图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。下述各实施例仅用于说明本发明而并非对本发明的限制。

如附图所示，本发明实时测厚的气动式变刚度的柔性镜像铣削支撑头，包括底座6,在所述的底座6上固定有基座1，在所述的基座1中间位置开有中心通孔，在所述的中心通孔周围沿同一圆周方向均匀的开有多个轴线与中心通孔轴线平行设置的圆弧通孔14，在与所述的多个圆弧通孔的两个圆弧端和中心通孔相对应的底座6位置处分别开有圆周安装螺纹通孔12和中心阶梯螺纹孔，在所述的中心通孔内滑动连接有探头壳体7，在所述的探头壳体7内固定有基于超声波原理的测厚探头3，所述的测厚探头3的顶端为球面，在所述的探头壳体7左端螺纹连接有探头螺塞11，在每一个圆弧通孔内的两个圆弧端处分别安装有一个万向滚珠2，以利于万向滚珠2的安装与伸缩。

一个转接螺塞5的右端螺纹连接在中心阶梯螺纹内，多个内六角螺塞4的右端分别一一对应的螺纹连接在圆周安装螺纹通孔12内，在所述的转接螺塞5左端中间开有螺纹连接孔，在所述的转接螺塞5的右端中间以及每一个内六角螺塞4的右端中间分别开有气动缸安装孔13，在所述的每一个气动缸安装孔内分别安装有一个气动缸8的缸体，所述的气动缸8的缸体的左端与气动缸安装孔13左侧通过密封垫圈压紧配合并且所述的气动缸8的缸体与气动缸安装孔13的右侧螺纹连接，通过密封垫圈保证气动缸8的气密性。在每一个所述的气动缸8的缸体伸出气动缸安装孔13的部分上螺纹连接有一个锁紧螺母9，所述的锁紧螺母与内六角螺塞4的右端面或者转接螺塞5的右端面压紧配合，用于气动缸8的固定。在每一个所述的气动缸8的活塞杆上设置有外螺纹并螺纹连接有定位螺母10，在所述的转接螺塞5上开有气体通道t，在所述的内六角螺塞4上开有气管接口17，气动缸8通过所述的气体通道t或者气管接口17与外部气动系统相连接。位于中心通孔内的所述的气动缸8的活塞杆与探头螺塞11沿水平方向螺纹连接，位于圆弧通孔内的所述的气动缸8的活塞杆分别与同轴线设置的万向滚珠2的光杆上的内螺纹沿水平方向螺纹连接。在所述的基座1的圆周侧壁上加工有多个对称设置的弧形槽15，所述的测厚探头3的信号线依次经过探头螺塞11上设置的偏心通孔、基座1侧壁上的通孔16及弧形槽15与控制系统相连。弧形槽15的设置既减轻了支撑头重量，又利于测厚信号线的引出。

本装置中所述的气动缸8的活塞杆和缸体均加工有螺纹，活塞杆上装有定位螺母10，对万向滚珠2以及测厚探头3固定和定位；缸体上装有锁紧螺母9，用于气动缸8的固定。

本装置中通过控制内六角螺塞4和转接螺塞5拧入圆周安装螺纹通孔12和中心阶梯螺纹孔的长度调整万向滚珠2和测厚探头3的伸出长度。通过调整定位螺母10调整万向滚珠2和测厚探头3的位置，通过调节气动缸8的输入压力实现不同的柔性支撑刚度。

所述的万向滚珠2能够市场购得，万向滚珠2中的大钢球与壳体间装有若干小钢珠，变滑动摩擦为滚动摩擦，保证重载荷下薄壁件的自由移动；大钢球与薄壁件滚动接触，球面可与任何曲率的薄壁件表面相切，避免了薄壁件支撑过程中的摩擦和划痕问题。

所述的测厚探头3能够市场购得，是基于超声波原理的测厚仪器。其顶端为球面，可与任何曲率的薄壁件表面相切，避免了探头移动过程中薄壁件对测厚探头3的摩擦和划伤；所述测厚探头3输出数据类型为数字量。

装配过程中，所述的转接螺塞5右端与底座螺纹配合，左端与机器人电主轴螺纹配合。为保证万向滚珠2和测厚探头3的位置，首先通过活塞杆上的定位螺母10粗调，然后依靠内六角螺塞4和转接螺塞5调整。

当对薄壁件镜像铣削加工时，预先调节内六角螺塞4使万向滚珠2与基座的右端面平齐，基座右端面距离薄壁件一定距离时，气动缸8工作，万向滚珠2伸出，与薄壁件接触。在加工过程中，支撑头跟随刀具镜像移动，测厚探头3实时测量薄壁件壁厚，万向滚珠2对薄壁件进行柔性支撑，抑制薄壁件的振颤；调节支撑气动缸8的输入压力，满足薄壁件对支撑头不同支撑刚度的要求；气动缸8在保证输出力的情况下，根据薄壁件调节万向滚珠2的伸出长度，满足不同曲率薄壁件的支撑要求；同时由于是多点支撑，增大了支撑面积，简化了控制，有效的抑制了薄壁件的变形和振颤。