本發(fā)明涉及機械加工領(lǐng)域，特別是涉及一種有效抑制復(fù)雜曲面類薄壁件銑削加工振動的柔性夾具。

背景技術(shù)：

在航天工業(yè)中，對薄壁件的銑削任務(wù)是至關(guān)重要的，而薄壁件的變厚度減薄加工一直是加工制造難題。航天結(jié)構(gòu)中的復(fù)雜曲面薄壁板的剛性差，在加工過程中容易發(fā)生變形、讓刀等現(xiàn)象，而加工振動是影響其加工效率和加工精度的主要因素。

針對復(fù)雜曲面薄壁件加工過程的加工振動的問題，國內(nèi)外很多學(xué)者進行了相關(guān)的研究。

在優(yōu)選切削參數(shù)方面，Kersting提出利用仿真，預(yù)測五軸銑削過程中的可再生加工振動；Biemann提出了一套可以計算五軸銑削加工振動的仿真方法以及加工表面建模方法；Zhou提出了五軸銑削中抑制振動選擇最佳切削參數(shù)的方法；Arnaud給出了保證精度和表面質(zhì)量的最佳的切削環(huán)境參數(shù)；Campa提出了估計工件穩(wěn)定域的方法來避免顫振。這些研究主要是通過一定程度上調(diào)整切削參數(shù)，從而控制薄壁撓性元件的振動。通過改變切削參數(shù)雖然加工振動能夠得到有效的控制，但是并不能從根源上抑制振動，因此在銑削薄壁撓性工件中起到的減振效果并不理想。并且，針對成型面比較復(fù)雜的葉輪葉片的加工，所涉及的切削參數(shù)的調(diào)整過于復(fù)雜，無法掌握。

在連續(xù)系統(tǒng)振動抑制方面，Kolluru提出了為工件粘貼被動阻尼，從而最小化加工振動的理論；Yang提出在工件表面附著渦流阻尼裝置；HamaedMoradi等提出利用可調(diào)減震器(TVA)，可抑制再生振動。但是，對于加工面為復(fù)雜的曲面，被動阻尼、減震器等的安裝位置不能精確確定，因此這些方法與理論不適合成形表面復(fù)雜的薄壁工件。

在夾具的優(yōu)化布局方面，Selvakumar等提出利用算法實驗設(shè)計，構(gòu)建最佳的夾具布局，減少加工工件的最大彈性變形，從而抑制加工振動。但是，現(xiàn)有夾具與工件全部是剛性接觸。在五軸銑削的加工過程中，會導(dǎo)致工件變形和夾具變形，誘發(fā)振動。并且，在夾具優(yōu)化研究中并未考慮夾子和定位器的數(shù)量和位置，以及夾具元素的布局等問題。

現(xiàn)有的薄壁件銑削夾具存在明顯的不足和局限性，有些專為薄壁工件設(shè)計的夾具無法適用于復(fù)雜曲面薄壁工件，如申請公開號是CN105397530A、CN102380776A和CN104889779A等發(fā)明專利。其中申請公開號是CN102380776A和CN105397530A的發(fā)明專利分別于2010年和2015年公開了一種薄壁框體構(gòu)件銑削夾具，利用真空吸附式(復(fù)吸式)工作臺代替現(xiàn)有的虎鉗夾具，克服了因壓板式裝夾使零件局部受力產(chǎn)生彈性變形的難題，在夾持的過程中能夠使薄壁框架類零件均勻受力，進而解決目前薄壁框體類零件加工時用的夾具導(dǎo)致零件局部受力，易使零件產(chǎn)生彈性變形、零件質(zhì)量很難達到設(shè)計要求的問題。盡管上述發(fā)明的夾持效果很可觀，但是發(fā)明的應(yīng)用范疇局限在了平面薄壁件之中，無法對復(fù)雜曲面的薄壁零件進行裝夾。申請公開號CN104889779A的發(fā)明提供了一種薄壁件銑削用柔性隨動夾具，包括底板，底板上固定有若干十字滑臺，每個十字滑臺上均安裝有垂直升降臺，每個垂直升降臺通過吸盤桿安裝有吸盤或者通過萬向球軸承安裝有主球。安裝有吸盤的軸為定位軸，安裝有主球的軸為隨動軸，隨動軸與定位軸之間可以相互轉(zhuǎn)換，只需要將萬向球軸承換為吸盤桿，將控制模式切換為定位模式即可。同時，各軸與底板之間可以自由拆裝，充分體現(xiàn)柔性功能，可以有效減少銑削過程中的工件變形，提高工件加工精度。盡管本發(fā)明的隨動效果很好，但是應(yīng)用范疇局限在了平面薄壁件，無法適用于復(fù)雜曲面薄壁件。

現(xiàn)有的薄壁件銑削夾具存在明顯的不足和局限性，有些專為薄壁工件設(shè)計的夾具中沒有隨動支撐或葉片夾持裝置，因此無法對薄壁件加工過程中產(chǎn)生的顫振起到良好的抑制作用，如申請公開號是CN103170860A和CN104128810A等兩個專利。其中，申請公開號是CN103170860A的發(fā)明專利公開了一種空心渦輪葉片蠟?zāi)冶凼綂A具，夾具由前板和后板與中間板垂直固定安裝，中間板相對的一側(cè)敞開,整體呈凹形結(jié)構(gòu)；葉片蠟?zāi)７胖迷趭A具體內(nèi)，葉片蠟?zāi)ＲФ闻c前定位塊凹槽裝夾，葉片蠟?zāi)Ｃ翱谘a縮段與后定位塊上表面分布的四個定位支撐銷裝夾，實現(xiàn)對葉片蠟?zāi)５亩ㄎ?；后板外?cè)固連的圓柱梁裝卡在加工設(shè)備三爪卡盤上，使夾具體懸空，實現(xiàn)主軸旋轉(zhuǎn)帶動葉片蠟?zāi)：蛫A具體一起轉(zhuǎn)動，一次裝夾即完成葉片蠟?zāi)Ｈ~背型面和葉盆型面的連續(xù)螺旋銑削加工。雖然本發(fā)明解決了無輔助定位芯頭的小型空心渦輪葉片蠟?zāi)５亩ㄎ粏栴}；加工過程中避免了因兩次裝夾產(chǎn)生的定位誤差，且一定程度上減少了連接刀痕，懸臂式設(shè)計增強了蠟型剛性，避免加工過程中發(fā)生斷裂。但是本發(fā)明忽略了薄壁件的剛性小的特性,未考慮隨動支撐裝置，因此，銑削過程中的工件變形會影響切削厚度,最終影響加工精度。葉片的變形同樣會會產(chǎn)生切削顫振。申請公開號是CN104128810A的發(fā)明專利公開的一種渦輪葉片型面修復(fù)夾具，具有一個制有矩形通孔的座體。在矩形通孔上端制有夾持高壓渦輪葉片的緊力開口槽，矩形通孔下端制有向下連通貫穿槽孔開口縫，裝配的緊固調(diào)節(jié)旋鈕手柄的緊固螺桿，縱向通過座體一端夾持臂的端面絲母螺孔和矩形通孔，連接座體的另一端夾持臂。上述發(fā)明突出的特點是結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、夾持穩(wěn)定，僅需較小的力即可穩(wěn)定可靠地固定高壓渦輪葉片榫頭。但是該發(fā)明只考慮了渦輪葉片榫頭的夾持，未考慮葉片的顫振，未設(shè)置相應(yīng)的葉片隨動夾具(或支撐)。

針對以上各個研究成果、發(fā)明專利的弊端和不足，現(xiàn)提出一種用于復(fù)雜曲面類薄壁件銑削過程中具有抑制振動功能的磁流變液柔性夾具。

通過以上的檢索發(fā)現(xiàn)，以上技術(shù)方案不能影響本發(fā)明的新穎性；并且以上專利文件的相互組合不能破壞本發(fā)明的創(chuàng)造性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于復(fù)雜曲面類薄壁件銑削的柔性夾具，在虎鉗專用夾具工作臺的基礎(chǔ)上采用了磁流變液，利用磁流變液在外界磁場中會瞬間從牛頓液體轉(zhuǎn)換為具有高粘度的粘稠性類固體且擁有強大的抗剪切能力，并可隨外界磁場變化而實時可調(diào)，當外界磁場去除，磁流變液瞬間表現(xiàn)牛頓流體性質(zhì)，而且變化迅速且可逆的特性，因此，本發(fā)明有以下目的：

在夾持過程中能夠使復(fù)雜曲面類薄壁零件受力均勻，減小了零件的加工變形，減小了加工中的顫振，進而解決了復(fù)雜曲面類薄壁零件在銑削過程中因剛性弱而造成的加工變形大和加工表面質(zhì)量難以保證等難以解決的問題以及工件為曲面零件無法裝夾的問題。

為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種用于復(fù)雜曲面類薄壁件銑削的柔性夾具，包括銑床工作臺，所述的工作臺上設(shè)有兩個對稱設(shè)置的電極板，所述的兩個電極板之間形成磁場，在所述的磁場內(nèi)設(shè)有一個載液槽，所述的載液槽的前端開有與擋板配合使用的矩形開口，所述的載液槽的中央設(shè)有一個用于夾持工件的夾具，在所述的載液槽的外圈設(shè)有一個包圍其外圈且位于兩個電極板之間的容液槽，所述的容液槽底端開有通孔，通孔與排液管連接；在所述的載液槽上方為阻磁板框，阻磁板框在驅(qū)動裝置的驅(qū)動下可以上下運動，實現(xiàn)對磁場的阻擋。

進一步，所述的載液槽為一個由一塊底板和四塊側(cè)板焊接而成的框架，位于前面的側(cè)板中間開有使磁流變液在沒有磁場作用下快速、方便的流向容液槽的矩形開口，所述的擋板插裝在矩形開口內(nèi)。

進一步，所述的矩形開口側(cè)面有V型槽，所述的擋板的兩側(cè)為V型棱，所述的V型棱與所述的V型槽配合，未添加磁場時，插入擋板，阻止磁流變液流出；添加磁場時，拔出擋板，方便磁流變液流出至容液槽。

進一步，所述的容液槽為一個由一塊回字形底板和四塊側(cè)板焊接而成的框架，其作用是容納載液槽流出的磁流變液；所述側(cè)板的高度小于載液槽側(cè)板的高度，并且容液槽的側(cè)板底部開有通孔，通孔外焊接有一段鐵管，鐵管與膠管連接，所述的通孔的作用是將容液槽內(nèi)的磁流變液導(dǎo)出、備用。

進一步，所述的阻磁板框為一個矩形框體，其與電極板平行的兩塊側(cè)板為阻磁板；可以阻擋磁場，即隨著加工的進行，阻磁板框向下運動，阻擋磁場，磁流變液變?yōu)橐簯B(tài)，從矩形開口處流出，使所要加工的部分露出，使磁流變液起到隨動夾具的作用，且阻磁板的高度大于或者等于或者小于磁場的高度,之所以可以選擇小于是因為隨著被阻磁板框遮擋的粘稠性類固體形態(tài)的磁流變液的流出載液槽，流入容液槽，使得已加工面處已經(jīng)無磁流變液，所以已加工部分是否暴露在磁場中，影響不大。

進一步，所述的驅(qū)動裝置包括絲杠，阻磁板框的一側(cè)通過一個支撐板與所述的絲杠連接，相對的另一側(cè)通過兩個支撐板上的通孔與定位支撐桿配合；

阻隔板框左側(cè)通過一個支撐板與絲杠連接，既能驅(qū)動阻隔板框的上升下降運動，也能避免因多個支撐板與絲桿螺紋連接而導(dǎo)致的支撐板之間距離計算的難題，以及絲杠同時受兩個支撐板剛性螺紋牙受力而導(dǎo)致的過分磨損的消耗；

阻磁板框右側(cè)通過兩個支撐板與支撐定位桿配合，既能起到定位與鞏固結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的作用，也能使右側(cè)支撐板與支撐定位桿作為主要受力部位和主要受力元件，從而間接減少了左側(cè)支撐桿與絲杠之間的受力，避免了絲桿的磨損，同時右側(cè)的兩個支撐板的設(shè)計也使的阻磁板框與支撐定位桿和絲桿的連接結(jié)構(gòu)設(shè)計的簡單化。

進一步，所述絲杠的底部通過軸承座連接在工作臺上，絲杠上端通過支撐板固定，并且絲杠頂端固定有搖柄，通過搖柄的旋轉(zhuǎn)運動，阻隔板框可以隨著搖柄帶動的絲杠的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)運動作沿絲杠軸線的上升與下降運動。

進一步，所述的定位支撐桿通過焊接或者螺紋連接的方式固定在工作臺上，且定位支撐桿與絲杠的軸線平行，均垂直于工作臺，定位支撐桿對阻隔板框起到了支撐與定位的作用。

進一步，所述的電極板可以提供等大、均勻、可調(diào)的水平磁場，且磁場的大小由電極板所加電流與電壓的大小決定，避免因使不均勻磁場而導(dǎo)致的局部磁場變化規(guī)律不可控制的問題,并且電極板產(chǎn)生的磁場應(yīng)全部覆蓋載液槽,確保載液槽內(nèi)的磁流變液都可以受磁場作用變成粘稠性類固體。

進一步，所述的兩個電極板面積相等，分別平行于載液槽的左、右側(cè)槽壁，并且電極板的大小以產(chǎn)生的磁場能全部覆蓋載液槽為宜。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明復(fù)雜曲面類薄壁件銑削柔性夾具可以適應(yīng)復(fù)雜曲面類薄壁件的銑削加工。在加工過程中，磁流變液可以無縫貼合各種復(fù)雜的曲面，并且磁流變液的粘稠性類固體形態(tài)可以加強加工銑削作業(yè)區(qū)以下薄壁的剛度，減少薄壁零件的加工變形；又因為磁流變液在磁場作用下具有阻尼的作用，可以緩沖銑削加工中的振動，并隨著磁場的變強，磁流變液由緩沖振動逐漸過渡到抑制振動；磁流變液對振動的緩沖甚至是抑制作用，也會降低銑削加工中的噪音，制造宜人的人機交互環(huán)境；阻磁板框可以在手動作用下下降，阻擋磁感線，使被遮擋的磁流變液從粘稠性類固體形態(tài)變成牛頓液體，并流出載液槽，使待加工區(qū)域暴露出來；磁流變液可由容液槽流出、被收集，可以在銑削加工中循環(huán)使用。本發(fā)明還可以提高復(fù)雜曲面類薄壁件的加工質(zhì)量與加工精度。

本發(fā)明可用于航天，化工，水利，電力等行業(yè)的復(fù)雜曲面類薄壁件的加工，尤其對于飛機、船舶、精密機械裝備等的輕量化加工、噪聲、穩(wěn)定性和可靠性要求高等的行業(yè)領(lǐng)域，有十分廣闊的推廣應(yīng)用前景。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。

附圖是本發(fā)明的三維模型示意圖；

附圖標記說明：

1、容液槽；2、載液槽；3、擋板；4、膠管；5、左側(cè)電極板；6、絲杠；7、搖柄；8、支撐板；9、虎鉗夾具；10、阻隔板框；11、支撐定位桿；12、右側(cè)電極板；13、銑床工作臺。

具體實施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不對本發(fā)明的保護范圍有任何的限制。

如附圖1所示，本發(fā)明提供的復(fù)雜曲面類薄壁件銑削柔性夾具包括容液槽1、載液槽2、擋板3、膠管4、左側(cè)電極板5、絲杠6、搖柄7、支撐板8、虎鉗夾具9、阻隔板框10、支撐定位桿11、右側(cè)電極板12、銑床工作臺13；整體的結(jié)構(gòu)為：銑床工作臺13上設(shè)有兩個對稱設(shè)置的電極板(左側(cè)電極板5和右側(cè)電極板12)，所述的兩個電極板之間形成磁場，在所述的磁場內(nèi)設(shè)有一個載液槽2，所述的載液槽2的前端開有與擋板3配合使用的矩形開口，所述的載液槽2的中央設(shè)有一個用于夾持工件的虎鉗夾具9，在所述的載液槽2的外圈設(shè)有一個包圍其外圈且位于兩個電極板之間的容液槽1，所述的容液槽1底端開有通孔，通孔與排液管連接；在所述的載液槽2上方為阻磁板框，阻磁板框在驅(qū)動裝置的驅(qū)動下可以上下運動，實現(xiàn)對磁場的阻擋。

其中：容液槽1可由一塊底板和四塊側(cè)板焊接而成，側(cè)板的高度小于載液槽側(cè)板的高度，并且容液槽的側(cè)面底部開有通孔，通孔外焊接有一段鐵管，鐵管與膠管4連接，容液槽1通過焊接固定在銑床工作臺13上，焊縫結(jié)實并且使容液槽1底部密封；

載液槽2是一個框體，由一塊回字形的底板和四塊側(cè)板焊接而成，前面的側(cè)板中間開有矩形開口，且矩形開口側(cè)面有V型槽；擋板3兩側(cè)有與V型槽互補的V型棱，V型槽與擋板3的V型棱的配合，使載液槽2四周密閉，容納磁流變液；

虎鉗夾具9是機床通用夾具，通過緊固螺釘固定在載液槽2的底面上，利用其上的兩個夾板來裝夾復(fù)雜曲面類薄壁件的平面毛坯；

阻磁板框10由兩片阻磁板和若干桁架組成，兩片阻磁板之間的距離應(yīng)大于載液槽2的寬度，并且載液槽2可以被整個阻磁板框10套?。蛔韪舭蹇?0左側(cè)通過一個支撐板與絲杠6連接，右側(cè)通過兩個支撐板與支撐定位桿11配合，且左右兩側(cè)的支撐板都應(yīng)位于兩片阻磁板水平方向的中線上；左右支撐板焊接在阻磁板框10外側(cè)，左右支撐板上的螺紋孔或者通孔的軸線都應(yīng)與絲杠6和支撐定位桿11的軸線平行；絲杠6的底部通過軸承座連接在銑床工作臺13上，絲杠6的軸線應(yīng)與銑床工作臺13的工作面垂直；絲杠6上端通過支撐板8固定，并且絲杠6頂端固定有搖柄7，應(yīng)保證搖柄7的旋轉(zhuǎn)軸線與絲杠6的軸線重合，搖柄7的轉(zhuǎn)動可以帶動絲杠6的旋轉(zhuǎn)；支撐定位桿11通過焊接或者螺紋連接的方式固定在銑床工作臺13上，支撐定位桿11的軸線應(yīng)與絲杠6的軸線平行；

即隨著加工的進行，阻磁板框10向下運動，阻擋磁場，磁流變液變?yōu)橐簯B(tài)，從矩形開口處流出，使所要加工的部分露出，使磁流變液起到隨動夾具的作用，且阻磁板的高度大于或者等于或者小于磁場的高度,之所以可以選擇小于是因為隨著被阻磁板框遮擋的粘稠性類固體形態(tài)的磁流變液的流出載液槽，流入容液槽，使得已加工面處已經(jīng)無磁流變液，所以已加工部分是否暴露在磁場中，影響不大。

左側(cè)電極板5固定在整套裝置的左側(cè)，右側(cè)電極板12固定在整套裝置的右側(cè)，且左側(cè)電極板5和右側(cè)電極板12面積相等，分別平行于載液槽2的左、右側(cè)槽壁，并且電極板的大小以產(chǎn)生的磁場能全部覆蓋載液槽為宜。

左側(cè)電極板5和右側(cè)電極板12可以提供等大、均勻、可調(diào)的水平磁場，且磁場的大小由電極板所加電流與電壓的大小決定，避免因使不均勻磁場而導(dǎo)致的局部磁場變化規(guī)律不可控制的問題,并且電極板產(chǎn)生的磁場應(yīng)全部覆蓋載液槽,確保載液槽內(nèi)的磁流變液都可以受磁場作用變成粘稠性類固體。

現(xiàn)將本發(fā)明提供的復(fù)雜曲面類薄壁件銑削柔性夾具工作原理闡述如下：初始狀態(tài)下，左側(cè)電極板5和右側(cè)電極板12未通電，阻磁板框10上升至不阻擋載液槽處，將工件毛坯下端平面毛坯裝夾在虎鉗夾具9中，使載液槽2插上擋板3呈密封槽，向載液槽2中加入磁流變液，所加磁流變液的高度以不淹沒薄壁毛坯且預(yù)留出10～20mm的待加工部分為宜，此時待加工部分為懸臂長為10～20mm的懸臂梁。然后，為電極板通電，產(chǎn)生所需的一定強度的平行且均勻的磁場，此時，磁流變液中懸浮的粒子在可調(diào)磁場的作用下，沿磁場方向排列呈鏈狀，磁流變液在幾毫秒內(nèi)從牛頓液體轉(zhuǎn)換為具有高粘度的粘稠性類固體，與曲面薄壁件毛坯無縫隙貼合，并且磁流變液內(nèi)的剪切應(yīng)力急劇增加。此時，抽出擋板3，可以對毛坯進行銑削加工。隨著銑削加工的進行，當銑削過渡區(qū)靠近磁流變液液面時，手動旋轉(zhuǎn)搖柄7使阻磁板框10下降擋住液面以下10～20mm。此時被擋住的磁流變液迅速由高粘度的粘稠性類固體形態(tài)變成牛頓液體，并沿載液槽2開口處流向容液槽1，進而沿膠管流出，以備循環(huán)使用。當銑削過渡區(qū)再次靠近磁流變液液面時，再次手動旋轉(zhuǎn)搖柄7使阻磁板框10下降擋住液面以下10～20mm。依次進行銑削加工，直到加工結(jié)束，斷開電極板電源，取出薄壁件即可。

銑削過程中，磁流變液中強大的剪切應(yīng)力可以為薄壁件提供足夠的阻尼支撐力，阻尼支撐力的方向與動態(tài)切削力的方向相反，因此，薄壁件的剛度顯著提高，并且薄壁件的加工振動得到有效的抑制。隨著銑削加工的進行，調(diào)整輸入電壓或電流的大小，改變磁場到所需大小。因此，本發(fā)明的復(fù)雜曲面類薄壁件銑削柔性夾具可以有效地減小曲面薄壁件的加工變形，有效地抑制復(fù)雜曲面類薄壁件銑削中的振動，減小加工噪音，降低加工誤差，保證高的表面加工質(zhì)量和高的加工精度。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。

此外，應(yīng)當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。