支撑装置的制作方法

本申请涉及机械加工领域，尤其是涉及一种对加工工件提供支撑的加工支撑装置。

背景技术：

现有的零件加工的夹具，在使用中，不能够高效稳定夹持零件，造成夹具的工作效率低，影响零件加工的稳定性和质量，不利于提高生产效率和产品质量，并且会造成员工的工作强度增加。尤其是在工业制造中经常会出现一些壁厚很薄，外形很大的工件，这些薄壁工件在制造中会出现不同程度的变形，造成局部无法支撑，未支撑区域如受到外作用力就会变形，如此影响产品加工精度要求，影响到制程的稳定性。在加工行业内未支撑区域受到刀具的作用力后就会出现变形反弹等现象，造成加工面粗糙，光洁度差，厚度尺寸变化大。具体例子如图1所示薄壁工件101，外形尺寸壁厚只有4.5mm，毛坯来料变形就有1.75mm，两面加工要求平面度0.5mm以内，加工面光洁度要求约为Ra0.8。

传统的加工操作对这些薄壁工件进行加工时，采用支撑工具对薄壁工件中部增加支撑力，但目前这些支撑工具存在许多缺点，主要是零配件多，结构复杂，制作成本高，使用过程中还需要另配安装底座，操作不方便，其支撑力相对为刚性支撑力，对于工件加工带来支撑不均匀的问题。如图2所示，传统的支撑工具通过活塞110来提供支撑动力，推动柱塞120向上支撑工件，同时通过复位弹簧131、132来使活塞110和柱塞120复位，这种结构十分复杂，并且只能提供刚性支撑力，虽然有通过柱塞上升弹簧121来提供一定的弹性，但对于需要精细控制支撑力的薄壁工件，活塞的推动力难以控制和调整，容易对工件造成损害，或加工过程中形成支撑不均匀、加工不平整问题。

因此，需要提供一种结构简单的支撑装置，增加浮动支撑，可以对产品自身的变形量进行补充，解决加工过程中弹刀、加工面接刀痕、光洁度差、平面度差的问题。

技术实现要素：

本申请的发明目的是提供一种结构简单、提供均匀稳定的浮动支撑力的支撑装置。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：

提供一种支撑装置，其包括置于壳体内的中心轴、浮动销、第一传动件，所述中心轴为中空结构，所述浮动销设置在所述中心轴的中空结构内并可相对所述中心轴上下运动，所述浮动销上端从所述中心轴的中空结构上端伸出并且从壳体上端开孔伸出，以支撑工件，所述第一传动件套接在所述中心轴外并可相对所述中心轴上下运动，所述中心轴上设置有连接于所述浮动销与所述第一传动件之间的第二传动件，所述第二传动件用于所述浮动销与所述第一传动件之间的上下运动的传动，所述第一传动件将壳体内部分为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室位于所述第一传动件上方，所述第二腔室位于所述第一传动件下方，至少所述第二腔室为气密腔室。

本申请提供的支撑装置通过传动结构将支撑装置受到的工件的重量由浮动销传动至第一传动件，并且通过第一传动件向下压缩气密性第二腔室，使得第二腔室气压增大，第一腔室和第二腔室的气压差发生变化，来提供均匀稳定的浮动支撑力，经由传动结构由第一传动件传动至浮动销，从而所述浮动销能够给工件提供稳定均匀的浮动支撑力，本申请制程装置元件少、结构简单、体积小巧、操作方便。

由于工件的重量使得浮动销连同第一传动件下沉，第二腔室被压缩，因此第二腔室气压大于第一腔室，为第一传动件及浮动销提供向上支持力，也就是为工件提供了向上支撑力，由于是通过气压差提供支撑力，因此该支撑力均匀稳定，且变化过程稳定缓和，对于需要精细控制支撑力的薄壁工件提供了均匀良好的支撑，使其可以在加工过程中保持平整。

在一些实施方式中，所述第一腔室和第二腔室分别为气密腔室，在未加工件时，所述第一腔室和第二腔室的气体体积比例可根据待加工的工件重量范围设置，使得第二腔室的气体被压缩后，第一腔室和第二腔室的气压差能够与工件重量相匹配。在一些实施方式中，可以在第一腔室和第二腔室中充有较高压强气体，所述较高压强大于大气压，可以根据实际需要设置，比如根据待加工工件重量范围的不同。

在另一些实施方式中，所述第二腔室设有连接气源装置的第二气孔，由气源装置向第二腔室提供加压气体，增加第二腔室内气压，提高第二腔室与第一腔室之间的气压差，从而增加向上的浮动支撑力。进一步的，所述第二气源装置也可以进行抽气，从而根据需要调节第二腔室内的气压。进一步，所述第二气孔可控制启闭。在一些实施例中，所述支撑装置还包括连接所述第二气孔的第二气源装置，所述支撑装置提供的支撑力可通过调节第二气源的大小来进行调节，具有调节灵活、均匀、稳定的特点。

进一步的，在一些实施方式中，在所述第二腔室设有连接气源装置的第二气孔的同时，所述第一腔室也设有连接气源装置的第一气孔，由气源装置向第一腔室提供加压气体，增加第一腔室内气压，或对第一腔室进行抽气，从而调节第二腔室与第一腔室之间的气压差，提供更稳定均匀的浮动支撑力。进一步，所述第一气孔可控制启闭。在一些实施例中，所述支撑装置还包括连接所述第一气孔的第一气源装置。

在第二腔室为气密腔室的时候，所述第一传动件重力、浮动销重力、各元件之间摩擦力等等向下的合力，与所述第二腔室的气压提供的向上的力以及提供给工件所需要的浮动支撑力相互平衡。在第一腔室、第二腔室均为气密腔室的时候，所述第一传动件重力、浮动销重力、各元件之间摩擦力、所述第一腔室的气压等等向下的合力，与所述第二腔室的气压提供的向上的力以及提供给工件所需要的浮动支撑力相互平衡。本申请可提供更稳定更平衡的浮动支撑力。所述浮动销的升降以及向工件提供的浮动支撑力，可通过调节第一腔室和第二腔室的气压差实现。

在一些实施方式中，所述第一传动件外侧壁与壳体内侧壁紧密配合，从而将壳体内部分隔成所述第一腔室和所述第二腔室。

在一些实施方式中，在所述中心轴设有连通浮动销与第一传动件之间的传动通道，所述第二传动件为设置在所述传动通道上的滚珠，所述浮动销与所述第一传动件在面向所述传动通道的一侧均设有与所述滚珠相配合的由上而下向轴心倾斜收拢的第一传动斜面和第二传动斜面，所述滚珠在传动通道中可沿径向运动，与第一传动斜面、第二传动斜面配合，通过第一传动斜面与滚珠的配合将浮动销向下运动的横向分量传动至第一传动件，再通过滚珠与第二传动斜面的配合将浮动销向下运动的转化为第一传动件的向下运动，压缩第二腔室直至第二腔室的压强达到可提供足够的向上支撑力；或通过第二传动斜面与滚珠的配合将第一传动件受到第二腔室气压影响向上运动的横向分量传递至浮动销，再通过滚珠与第一传动斜面的配合将第一传动件向上运动的横向分量转化为浮动销的向上运动，从而提供给工件向上的支撑力。

具体的，在所述浮动销上升前为第一状态，在该状态时所述滚珠松开未抱紧所述浮动销，在需要提供向上的浮动支撑力时，所述第一传动件通过所述第二传动斜面推动所述滚珠沿所述传动通道往轴心运动，滚珠进而向浮动销施加了径向推力，通过所述滚珠与浮动销的第一传动斜面的配合，提供了推使所述浮动销向上的力，所述滚珠抱紧所述浮动销，使所述浮动销处于第二状态，期间所述滚珠两侧分别与所述第一传动斜面和第二传动斜面抵触。

在另一些实施方式中，第二传动件除了滚珠，还可以是其他实现方式，可以是两端设有第三传动斜面的楔子，两个所述第三传动斜面分别与第一传动斜面、第二传动斜面相配合。所述楔子可以是截面为矩形或圆形或椭圆形或其他形状的柱状体，第三传动斜面设置在柱状体的两端，与第一传动斜面、第二传动斜面配合，所述楔子在传动通道中可沿径向运动。通过第一传动斜面与第三传动斜面的配合将浮动销向下运动的横向分量传动至第一传动件，再通过第三传动斜面与第二传动斜面的配合将浮动销向下运动的横向分量转化为第一传动件的向下运动，压缩第二腔室直至第二腔室的压强达到可提供足够的向上支撑力；或通过第二传动斜面与第三传动斜面的配合将第一传动件受到第二腔室气压影响向上运动的横向分量传递至浮动销，再通过第三传动斜面与第一传动斜面的配合将第一传动件向上运动的横向分量转换为浮动销的向上运动，从而提供给工件向上的支撑力。

所述第二传动件可以有一个、两个或两个以上，可以沿圆周等间距均匀分布，或非等间距分布。

在一些实施方式中，在所述中心轴与浮动销之间、所述中心轴与第一传动件之间、所述第一传动件与壳体内侧壁之间，设有减少摩擦力的润滑剂，例如可涂抹润滑油等，使相互配合摩擦力减小。

在一些实施方式中，所述第一传动件采用套接在中心轴外的轴套结构，所述第一传动件中部的外周侧壁均与所述壳体内侧紧密配合。该结构可以传递更均匀平衡的上升力至所述浮动销。具体的，所述第一传动件可以采用活塞。

在一些实施方式中，所述第一传动件外侧壁与壳体内侧壁之间设有密封件，具体的所属密封件为密封圈，例如橡胶密封圈。在一些实施方式中，所述第一传动件与中心轴之间、所述中心轴与壳体之间也设有密封件，具体的所属密封件为密封圈，例如橡胶密封圈。

在一些实施方式中，所述中心轴也从所述壳体上部的开孔伸出，所述中心轴外壁与所述开孔之间紧密配合，使得所述壳体内部腔室为密闭腔室，也就是形成所述第一腔室和第二腔室分别为密闭腔室。进一步的，所述中心轴与所述壳体开孔之间设有密封件，具体的所属密封件为密封圈，例如橡胶密封圈。

在一些实施例中，所述浮动销下端设有弹簧。在浮动销回落时，可通过所述弹簧作为缓冲，也可以通过所述弹簧提供所述浮动支撑的弹性支撑力，另外，设置弹簧的实施例中，弹簧的支撑力也计算在上下力的平衡中。在设置有弹簧的实施例中，通过调节第一腔室、第二腔室的气压，可以将所述浮动销在一定范围内的任意高度锁紧不动。

在一些实施例中，所述壳体内的底部设有安装槽，用于容置所述中心轴、浮动销和弹簧，并对所述中心轴限位，所述中心轴外侧壁与所述安装槽内侧壁之间设有密封件，以保持第二腔室的气密性，具体的所属密封件为密封圈，例如橡胶密封圈。在一些实施例中，所述中心轴可以通过其他方式固定，例如直接固定安装在所述壳体底部，或设置限位结构进行固定。

本申请支撑装置其中实施例的工作原理：工件在工装夹具上装配时，借用重力推动本申请支撑装置的所述浮动销下移，当工件在浮动销上固定好后，第二气源通过第二气孔供气，增加第二腔室气压，推动所述第一传动件上移，所述第一传动件利用第二传动斜面推动所述滚珠沿传动通道向内做横向运动，抱死浮动销，所述滚珠与浮动销的第一传动斜面的配合给浮动销提供了向上的力，因此所述浮动销给工件提供向上的浮动支撑力，此时再给工件上方给力就可以保证工件不变形，达到工件在自然状态条件下完成加工。当完成加工取走工件时，再由第一气源通过第一气孔供气，增加第一腔室气压，使所述第一传动件下移，松开所述滚珠，所述浮动销借用下面弹簧力，使浮动销缓慢稳定复位，等待下一工件的到来，满足可连续性操作。

与现有技术相比较，本申请支撑装置元件少、结构简单、体积小巧，可以独立安装，不需要另配底座，操作方便，可提供均匀稳定的浮动支撑力。

附图说明

图1是薄型工件结构示意图；

图2为传统支撑工具的剖视图；

图3为本申请支撑装置实施例一的剖面示意图；

图4为本申请支撑装置实施例一的立体示意图；

图5为图4中本申请支撑装置实施例一的横向剖切结构示意图；

图6为本申请支撑装置实施例二的剖面示意图；

图7为本申请支撑装置实施例三的剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本申请进行详细说明。

请参阅图3～图5，本申请支撑装置的实施例一，本实施例支撑装置包括置于壳体(未标注)内的中心轴400、浮动销300、第一传动件500。所述壳体包括外壳210和底座220，在装配后，所述外壳210和底座220组合形成内部腔室，所述外壳210和底座220之间气密配合，使得所述壳体内部腔室为气密腔室。请进一步参阅图4，所述外壳210上半部分设有若干个内凹结构211，使得下半部分的对应位置形成有安装平台212，所述安装平台212上设有螺孔213，用以与螺钉(图未示)配合将外壳210和底座220装配起来。

所述中心轴400为中空结构，所述浮动销300设置在所述中心轴400的中空结构内并可相对所述中心轴400上下运动，所述浮动销300上端从所述中心轴400的中空结构上端伸出并且从壳体上端开孔(未标注)伸出，以支撑工件900，所述中心轴400也从所述壳体上部的开孔伸出，所述中心轴400外壁与所述开孔之间紧密配合，进一步，中心轴400与所述开孔之间设有密封圈203，保证所述壳体内部腔室为气密腔室。所述浮动销300下端设有弹簧700。在浮动销300回落时，可通过所述弹簧作为缓冲，也可以通过所述弹簧提供所述浮动支撑的弹性支撑力。

所述底座220设有安装槽(未标识)，用于容置所述中心轴400、浮动销300和弹簧700，并对所述中心轴400限位，所述中心轴400外侧壁与所述安装槽内侧壁之间设有密封圈203，以保持壳体内部的气密性。

本实施例中所述第一传动件500采用套接在所述中心轴400外并可相对所述中心轴400上下运动的活塞。所述第一传动件500包括传动件上部510、位于中部的传动件凸缘520、以及传动件下部530，所述传动件凸缘520外周侧壁与所述壳体内侧壁紧密配合，在装配后，所述第一传动件500将壳体内部分为第一腔室201和第二腔室202，如图3所示，所述第一腔室201位于所述第一传动件500上方，所述第二腔室202位于所述第一传动件500下方，所述第一腔室201和第二腔室202分别为气密腔室。进一步的，在传动件凸缘520与壳体内侧壁之间设有密封圈203，增强第一腔室201和第二腔室202之间的气密性。

所述第一传动件500在面向所述传动通道的一侧设有由上而下向轴心收拢的第二传动斜面501。因此所述传动件上部510的内径比所述传动件下部530的内径大。

所述中心轴400与所述传动件上部510对应位置设有中心轴凸缘410，所述中心轴凸缘410的外周侧壁与所述传动件上部510的内侧壁紧密配合，进一步的，所述中心轴凸缘410与所述传动件上部510之间设有密封圈203，所述中心轴的下部与所述传动件下部520之间也设有密封圈203，从而增强腔室气密性。

所述中心轴400上设有连通浮动销300与第一传动件500之间的传动通道(未标识)，所述传动通道设置的位置与所述第二传动斜面501相对应，所述中心轴400上设置有连接于所述浮动销300与所述第一传动件500之间的第二传动件，所述第二传动件用于所述浮动销300与所述第一传动件500之间的上下运动的传动，在本实施例中，所述第二传动件采用滚珠600，所述滚珠600可在所述传动通道中沿径向运动。

在图5中可见，所述滚珠600设有三个，沿圆周等间距均匀分布。在其他实施例中，所述滚珠600可以设置不同的数量，至少为一个，两个或两个以上滚珠600也可以非等间距分布。

所述浮动销300在面向所述传动通道的一侧设有由上而下向轴心收拢的第一传动斜面301，用以与滚珠600配合将所述第一传动件500的上升力传递至所述浮动销300，使所述浮动销300上升。

所述浮动销300设置在所述弹簧700上，给浮动销300提供一定支撑力，并且在所述浮动销300回落时提供缓冲，使提供给工件900的支撑力更均匀稳定。所述弹簧700置于所述底座220的安装槽中，所述浮动销300底部也有部分在所述安装槽中，或在所述浮动销300受力下沉时候，压缩所述弹簧700，所述浮动销300的一部分也沉入所述安装槽中。所述浮动销300顶端设有装配孔302，用以定位工件900。

所述第二腔室202设有连接第二气源装置820的第二气孔(未标识)，由第二气源装置820向第二腔室202提供加压气体，增加第二腔室202内气压，提高第二腔室202与第一腔室201之间的气压差，从而增加向上的浮动支撑力。进一步的，所述第二气源装置820也可以进行抽气，减小所述第二腔室202内气压，从而根据需要调节第二腔室202内的气压，使第一腔室201和第二腔室202的气压差能够与工件900重量及加工需要相匹配，提供稳定均匀支撑力。

所述第一腔室201设有连接第一气源装置810的第一气孔(未标识)，由第一气源装置810向第一腔室201提供加压气体，增加第一腔室201内气压，或对第一腔室201进行抽气，减小所述第一腔室201的气压，从而调节第二腔室202与第一腔室201之间的气压差，使第一腔室201和第二腔室202的气压差能够与工件900重量及加工需要相匹配，提供稳定均匀支撑力。

本实施例中第一腔室201、第二腔室202均为气密腔室，所述第一传动件500的重力、浮动销300的重力、各元件之间的摩擦力、所述第一腔室201的气压等等向下的合力，与所述第二腔室202的气压提供的向上的力以及提供给工件900所需要的浮动支撑力相互平衡。本申请可提供更稳定更平衡的浮动支撑力。所述浮动销300的升降以及向工件900提供的浮动支撑力，可通过调节第一腔室201和第二腔室202的气压差实现。

进一步的，在所述中心轴400与浮动销300之间、所述中心轴400与第一传动件500之间、所述第一传动件500与壳体内侧壁之间，可涂抹润滑油等，使相互配合摩擦力减小。

结合参阅图3和图5，具体的，在所述浮动销300上升前为第一状态，在该状态时所述滚珠600松开未抱紧所述浮动销300，在需要提供向上的浮动支撑力时，可由所述第二气源装置820向所述第二腔室202提供高压气体，使第二腔室202气压提升，由于第二腔室202和第一腔室201的气压差，产生推动所述第一传动件500向上的力，通过第二传动斜面501与滚珠600的配合，滚珠600受到沿所述传动通道往轴心的力，滚珠600进而向浮动销300施加了径向推力，将第一传动件500受到的向上力的横向分量传递至浮动销300。再通过滚珠600与第一传动斜面301的配合，滚珠600向浮动销300施加的径向推力转为推使浮动销300向上的力，给工件900提供向上的支撑力，所述滚珠600抱紧所述浮动销300，使所述浮动销300处于第二状态。期间所述滚珠600两侧分别与所述第一传动斜面301和第二传动斜面501抵触。

在需要调节支撑力的时候，可以通过第二气源装置820抽气减小第二腔室202气压的方式进行调节；也可以通过第一气源装置810给第一腔室201充气的方式进行调节。提供给工件900的支撑力与第一腔室201和第二腔室202的气压差相关。

具体实施例中的相关参数：在第一气源装置810供气0.4MPa(正常的工业用气)的条件下，用5N的力可以推动浮动销300下移7mm；在第二气源装置820供气0.4MPa(正常的工业用气)的条件下，用12Kgf的力无法推动浮动销300下移。在第一气源装置810供气0.4MPa(正常的工业用气)的条件下，将浮动销300下移0-7mm任意高度，再将供气转换到第二气源装置820处时(常用气阀都可实现)，都能锁紧浮动销300不动。

在设计工件900的加工夹具时可以在夹具中间增加本申请的支撑装置，提供浮动支撑，可以对产品自身的变形量进行补充，解决加工过程中弹刀，加工面接刀痕，光洁度差，平面度差的问题，如图1所示的工件900使用本申请支撑装置后加工的光洁度在Ra0.5以内，平面度在0.15mm以内。

请参阅图6，本申请实施例二，本实施例与上述实施例一不同之处在于，本实施例中所述第二传动件是两端设有第三传动斜面602的楔子601，所述楔子601两端的所述第三传动斜面602分别与第一传动斜面301、第二传动斜面501相配合。本实施例中所述楔子601是截面为圆形的柱状体，在另一些实施例中所述楔子的截面还可以是矩形或椭圆形或其他形状，其中外周与传动通道内侧壁接触的面为弧形为较好，可以减少摩擦力。所述楔子601在传动通道中可沿径向运动。

本实施例二中所述楔子601设置有三个，沿圆周均布。

在所述浮动销300上升前为第一状态，在该状态时所述楔子601松开未向内压紧所述浮动销300，在需要提供向上的浮动支撑力时，可由所述第二气源装置820向所述第二腔室202提供高压气体，使第二腔室202气压提升，由于第二腔室202和第一腔室201的气压差，产生推动所述第一传动件500向上的力，通过第二传动斜面501与楔子601的第三传动斜面602的配合，楔子601受到沿所述传动通道往轴心的力，楔子601进而向浮动销300施加了径向推力，将第一传动件500受到的向上力的横向分量传递至浮动销300。再通过楔子601的第三传动斜面602与第一传动斜面301的配合，楔子601向浮动销300施加的径向推力转为推使浮动销300向上的力，给工件900提供向上的支撑力，所述楔子601向内抱紧所述浮动销300，使所述浮动销300处于第二状态。期间所述楔子601两侧第三传动斜面602分别与所述第一传动斜面301和第二传动斜面501抵触。

请参阅图7，本申请实施例三，本实施例与上述实施例二不同之处在于，本实施例中设有四个楔子603，所述楔子603可沿传动通道径向运动，四个所述楔子603沿圆周均布。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。