[发明专利]一种基于接触界面力/位信息自感知的镜像加工支撑装置

说明书

本发明属于薄壁件加工技术领域，提供了一种基于接触界面力/位信息自感知的镜像加工支撑装置，包括柔性传感单元和磁流变可控调节阵列；其中：柔性传感器由硅橡胶密封套包裹柔性压力传感器和柔性光栅传感器，实现对支撑界面力/位信息的综合感知，并对大型薄壁构件复杂面型提供随形支撑；磁流变可控调节阵列由多个内部灌注磁流变液的磁流变可控支撑单元按照规律排列组成；柔性传感单元和磁流变可控调节阵列串联布置，形成“支撑界面信息自感知、随形贴合、刚度可调”的柔性可控支撑。本发明可对大型薄壁零件镜像加工过程支撑界面信息进行综合感知和刚度调节。

技术领域

本发明属于薄壁件加工技术领域，特别涉及一种基于接触界面力/位信息自感知的镜像加工支撑装置。

背景技术

镜像加工是解决大型薄壁零件高效稳定加工难题的有效手段之一，已经被广泛应用于飞机蒙皮、火箭燃料贮箱等航空航天高端装备的加工之中。镜像加工系统中，刀具与支撑装置分列于工件两端，刀具在工件待加工表面进行加工，支撑装置在工件另一侧顶撑，两者同步跟随并时刻保持镜像关系。镜像稳定支撑可有效抵消刀具对工件的轴向顶撑作用，减少工件受力变形，提高系统刚度，抑制加工颤振。如何实现镜像稳定支撑是保证镜像加工稳定进行的关键。

为了保证镜像加工稳定支撑，国内外研究学者进行了大量探索和有益尝试。目前，主要支撑形式包括“单点支撑”、“平面支撑”和“多点支撑”等。“单点支撑”采用球头接触形式对工件进行滚动/滑动支撑，但因支撑面积小，可靠保证构件加工中的镜像随动支撑刚性非常困难，若施以更大的支撑力易产生明显的支撑划痕。“平面支撑”采用低硬度材料（如硬塑料等）平板“顶平”工件的形式提供滑动支撑，虽能获得比“单点支撑”更好一些的刀具邻域支撑刚度，但难以保证与复杂面形的完全贴合，随形能力较差。“多点支撑”采用气浮等驱动形式为工件提供多点支撑，可实现局部区域多点包络支撑，在一定程度上保证了镜像支撑的可靠性，但缺少必要的支撑界面信息感知能力，难以实现支撑的反馈控制。

面向大型薄壁件镜像加工过程，支撑刚度的动态调节和支撑界面信息的综合感知对实现镜像加工稳定支撑至关重要。大型薄壁件自身刚度随材料去除动态变化。镜像支撑刚度如不能与工件时变刚度动态匹配，易引起薄壁件加工振动，甚至造成工件损伤。支撑刚度动态调节依赖于支撑-工件接触界面力/位信息的感知。因此，镜像加工过程需要“支撑刚度可控调节、支撑界面信息自感知”的镜像支撑；通过对支撑界面力/位等信息的测量实现镜像支撑状态的综合感知，并通过支撑刚度动态调整与工件时变刚度动态匹配，保证镜像加工的稳定进行。

以柔性传感器、磁流变液为代表的智能材料技术迅猛发展，为实现镜像支撑-工件界面信息感知和支撑刚度动态调整提供了有益借鉴。利用高弹性硅橡胶材料的高弹性和磁流变液的可控固化特性，将压力、形变等柔性传感器与高弹性材料、磁流变液等一体化集成，形成“支撑界面信息自感知、随形贴合、刚度可调”的柔性可控支撑，是实现镜像加工稳定支撑的一条可行途径。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是针对大型薄壁件镜像加工过程难以保证稳定支撑的问题，发明了一种技术效果优良的基于接触界面力/位信息自感知的镜像加工支撑装置，能够实现镜像加工过程支撑界面力/位信息的综合感知和支撑刚度的可控调节。

本发明是通过以下技术方案实现的，

一种基于接触界面力/位信息自感知的镜像加工支撑装置，包括柔性传感单元和磁流变可控调节阵列；其中：柔性传感器由硅橡胶密封套包裹柔性压力传感器和柔性光纤传感器，实现对支撑界面力/位信息的综合感知，并对大型薄壁构件复杂面型提供随形支撑；磁流变可控调节阵列由多个内部灌注磁流变液的磁流变可控支撑单元按照规律排列组成；柔性传感单元和磁流变可控调节阵列串联布置，形成“支撑界面信息自感知、随形贴合、刚度可调”的柔性可控支撑。