基于电磁式半主动局部支撑的用于磁吸镜像铣削的夹具

本发明涉及薄壁工件铣削的颤振抑制技术，可应用于磁吸随动镜像铣削技术，尤其涉及电磁式半主动可调节的集成化随动支撑铣削装置。

背景技术：

1、薄壁结构是航空航天等领域中大型装备的重要组成部分。如飞机蒙皮，以其轻质和高结构强度承受并传递气动载荷。装备的更新换代离不开重要部件的性能提升。对薄壁工件日益增长的需求要求制造技术的创新与进步，以实现高质量、高可靠性、高效率和绿色环保的加工目标。这类结构具有厚度薄、尺寸大、和加工时材料去除率大等特点。由于薄壁特性造成的面外低刚度导致颤振问题在加工过程中频繁出现，严重影响工件质量和加工效率，甚至加速加工设备的损毁。同时，在加工过程中，还涉及诸多复杂的动力学问题，如铣削系统的参数随加工位置和时间而变化的特性等。针对这类弱刚性工件提出的磁吸随动镜像铣削技术利用磁力将夹具吸附在工件两侧，在加工过程中跟随铣刀实时为工件提供刚性支撑。而如何进一步在铣削点处为工件提供可调节的支撑力，以适应不同加工位置，进一步补充工件的局部刚度，削弱时变特性的影响，对于提升薄壁工件加工质量是至关重要的。

技术实现思路

1、针对上述现有技术，本发明提供一种基于电磁式半主动局部支撑的用于磁吸镜像铣削的夹具。从电磁结构的设计和实际应用的角度出发，为薄壁工件铣削点局部提供面外支撑。该装置具有结构简单、响应快速、线性调制和可调范围大等优点。

2、为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于电磁式半主动局部支撑的用于磁吸镜像铣削的夹具，包括主动侧集成板和随动侧集成板，所述随动侧集成板上设有电磁式半主动局部支撑装置，所述电磁式半主动局部支撑装置包括固定组件和穿入至所述固定组件内的可移动组件；所述的固定组件包括外壳，所述外壳的底板设有下凹槽，所述下凹槽的底部设有外壳中心孔，所述外壳的顶部嵌装有顶盖，所述顶盖的顶部设有凸起，所述顶盖的底部设有上凹槽，所述顶盖设有与所述外壳中心孔同轴的顶盖中心孔；所述外壳中心孔内装配有下润滑套，所述下凹槽内设有间隙垫片；所述顶盖中心孔内装配有上润滑套；所述可移动组件包括中心轴，所述中心轴为大直径轴段在下的阶梯轴，所述中心轴的上部为螺杆，所述螺杆的顶端设有中心螺纹孔，所述中心螺纹孔连接有顶杆，所述顶杆的顶部连接有顶杆头垫片，所述顶杆头垫片的上表面均布有多个凸点；

3、所述中心轴自所述下润滑套穿入至所述上润滑套，所述中心轴下端的大直径轴段上套装有波形机械弹簧，所述中心轴的小直径轴段套装有三层环形磁铁，所述波形机械弹簧的上端与三层环形磁铁的底面接触，所述波形机械弹簧的下端与所述外壳底板的下凹槽底面接触，所述三层环形磁铁外套装有与所述外壳固定的环形线圈结构，所述中心轴上部的螺杆连接有六角螺母，所述六角螺母将三层环形磁铁固定在所述中心轴上，且相邻层环形磁铁之间无间隙，在所述波形机械弹簧的作用下，所述三层环形磁铁的顶部高出所述环形线圈结构的顶部；

4、所述环形线圈结构由规格相同的三个环形线圈构成，三个环形线圈按照自上而下依次布置，并依次记为第一环形线圈、第二环形线圈和第三环形线圈，线圈通电后的磁极与所述环形磁铁的磁极保持相反；三个环形线圈的内引线方向一致，所述第一环形线圈的内引线和第三环形线圈的内引线连接直流电源的两极，所述第一环形线圈的外引线与第二环形线圈的内引线相连，第二环形线圈的外引线与第三环形线圈的外引线相连；

5、所述顶盖底面的边缘处设有两个螺钉沉孔，所述螺钉沉孔内预设有螺钉，所述螺钉的螺钉杆穿过螺钉沉孔外露于所述顶盖之上；所述随动侧集成板上在所述两个螺钉对应位置处设有螺纹孔，通过所述两个螺钉将所述的电磁式半主动局部支撑装置与所述随动侧集成板刚性连接；

6、所述外壳上与所述顶盖嵌装接触的位置上设有n个周向上均布的径向通孔，所述顶盖上设有与每个径向通孔同轴的螺纹孔，通过螺纹连接实现所述顶盖与所述外壳的刚性连接；

7、所述主动侧集成板安装在铣削机器人主轴上，所述随动侧集成板与所述主动侧集成板在两者相对表面的周边外缘处设有位置一一对应、且高度平齐的三个强磁力开关；所述随动侧集成板和所述主动侧集成板在两者相对表面上均设有多个位置一一对应、且高度平齐的三个滚珠，同侧集成板上滚珠的高度突出于所述强磁力开关的高度。

8、进一步地，本发明所述的用于磁吸镜像铣削的夹具，其中：

9、所述下润滑套与外壳中心孔之间为过盈配合，且两者的底端平齐；所述上润滑套与顶盖中心孔之间为过盈配合。

10、所述外壳的侧壁上沿周向均布有四个矩形孔，用以减轻结构质量且利于线圈散热。

11、所述波形机械弹簧的上端高于所述中心轴大直径轴段的轴肩位置。

12、所述波形机械弹簧的原始长度为l1，所述外壳的下凹槽深度为l2，所述顶盖的上凹槽的深度为l3，每层环形磁铁的高度为h1，六角螺母的高度为h2；l1-l2＝h1，l3＞h1，l3＞h2；所述间隙垫片的厚度可调，所述可移动部件被所述波形机械弹簧垫高，所述六角螺母位于与顶盖的上凹槽中，最上边的第一层环形磁铁的顶部与所述顶盖的顶面之间的距离等于d2；所述主动侧集成板和随动侧集成板吸附后，所述波形机械弹簧被压缩，其压缩量等于所述间隙垫片的高度。

13、所述顶杆头垫片和所述铣刀同轴、且位于所述工件的两侧。

14、同侧集成板上滚珠的高度一致，同侧集成板上所述强磁力开关的高度一致。

15、所述顶杆头垫片与所述顶杆之间的连接为胶水粘合接。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、本发明，利用安培定律，实现了支撑力的可调节和快速响应，不涉及复杂的反馈电路；支撑力的大小可通过调节线圈内电流大小和方向进行实时线性调制；

18、本发明，采用多层线圈串联方式，简化了线圈的连接与布置，只需调整线圈之间连接顺序即可产生不同方向的磁场，并且仅保留一个输入端和一个输出端即可；

19、本发明，采用多层电磁结构取代了简单的单层排布，合理设置多层磁铁和线圈结构的磁极方向和二者的相对高度，在产生较大可调节范围的同时不失结构紧凑性；

20、本发明，利用机械弹簧的预压缩，通过可移动组件施加给薄壁工件一定的支撑力，在可调节电磁结构失效时仍能够保持一定的支撑作用；

21、本发明，具备的两种调节方式，即波形机械弹簧的预压缩力用于调整目标支撑力范围中心值，通电线圈施加于磁铁的电磁力基于预压缩力进行进一步调整，可产生较大的调节范围，适用于多种加工工况；

22、本发明，考虑了顶杆头垫片与工件接触的摩擦作用，采用凸点接触替代面接触，从而减小摩擦力，提供支撑力同时保护工件；

23、本发明，采用一体化集成化安装方式，配合时，无需更改原有装置，只需将结构通过螺栓连接在随动集成板上预留的螺纹孔上即可；

24、本发明，结构组装方便快捷，成本低廉，体积小，质量轻，对薄壁工件颤振的抑制效果显著。

1.一种基于电磁式半主动局部支撑的用于磁吸镜像铣削的夹具，包括主动侧集成板(331)和随动侧集成板(332)，所述随动侧集成板(332)上设有电磁式半主动局部支撑装置，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的用于磁吸镜像铣削的夹具，其特征在于，所述下润滑套(14)与外壳中心孔之间为过盈配合，且两者的底端平齐；所述上润滑套(13)与顶盖中心孔之间为过盈配合。

3.根据权利要求1所述的用于磁吸镜像铣削的夹具，其特征在于，所述外壳(12)的侧壁上沿周向均布有四个矩形孔，用以减轻结构质量且利于线圈散热。

4.根据权利要求1所述的用于磁吸镜像铣削的夹具，其特征在于，所述波形机械弹簧(26)的上端高于所述中心轴(22)大直径轴段的轴肩位置。

5.根据权利要求4所述的用于磁吸镜像铣削的夹具，其特征在于，所述波形机械弹簧(26)的原始长度为l1，所述外壳(12)的下凹槽深度为l2，所述顶盖(11)的上凹槽的深度为l3，每层环形磁铁(21)的高度为h1，六角螺母(25)的高度为h2；l1-l2＝h1，l3＞h1，l3＞h2；

6.根据权利要求1所述的用于磁吸镜像铣削的夹具，其特征在于，所述顶杆头垫片(24)和所述铣刀(34)同轴、且位于所述工件(35)的两侧。

7.根据权利要求1所述的用于磁吸镜像铣削的夹具，其特征在于，同侧集成板上滚珠(32)的高度一致，同侧集成板上所述强磁力开关(31)的高度一致。

8.根据权利要求1所述的用于磁吸镜像铣削的夹具，其特征在于，所述顶杆头垫片(24)与所述顶杆(23)之间的连接为胶水粘合接。