本发明专利技术涉及一种基于电涡流效应的无接触式随动辅助支承与减振装置，包括线圈绕组、永磁铁组、上侧永磁铁壳体、下侧永磁铁壳体、铁芯、线性驱动电机组、支承座、铣刀和主轴外壳，待铣削的薄壁件位于上侧永磁铁壳体和下侧永磁铁壳体之间，上侧永磁铁壳体通过螺栓固定在主轴外壳上，下侧永磁铁壳体固定在支承座上，永磁铁组分别布置在上侧永磁铁壳体和下侧永磁铁壳体中，铣刀设于薄壁件和上侧永磁铁壳体之间，线性驱动电机组固定在支承座上，实时读取刀具三维坐标信息，通过上侧和下侧的永磁铁组控制铣刀的运动。与现有技术相比，本发明专利技术具有抑制薄壁件在铣削中的变形与颤振，克服复杂庞大的静态辅助支承阵列，提升加工质量及加工效率等优点。效率等优点。效率等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种基于电涡流效应的无接触式随动辅助支承与减振装置
[0001]本专利技术涉及工业领域中的大型金属类薄壁件精密加工，尤其是涉及一种跟随刀具运动的薄壁件无接触式辅助支承及减振装置。
技术介绍
[0002]大型金属类薄壁零件被广泛运用于汽车、船舶与航空航天等行业，尤其是航空航天行业。随着航空工业的发展，对整体薄壁件的尺寸精度与表面质量要求越来越高，如常见大型铝合金薄板的表面粗糙度要求<1μm，尺寸精度要求<50μm。但薄壁件的低刚度特性使得薄壁件在铣削中极易发生变形与颤振，难以保证薄壁件的加工质量，且对于大尺寸的复杂曲面薄壁件，其支承系统庞大复杂，支承单元布置依赖于经验，使得加工效率低下；而长时间的振动对操作人员健康、机床寿命均存在不利影响。
[0003]目前薄壁件的辅助支承研究主要是静态接触式的刚性支承，此类支承装置设计的结构复杂、生产周期长，安装不便，支承位置的确定依赖于技术人员经验，具体参见中国专利CN102229058A；对于大尺寸的薄壁件，大量辅助支承单元构成的支撑阵列系统庞大复杂，且在支撑前需要获取精准的薄壁件的特征信息，具体参见中国专利CN203156615U)以及CN204546060U；由于静态接触式支承装置通常是针对特定产品单独研发，生产设计成本高，且限制了其对不同薄壁件产品的适应性和灵活性，无法满足对支承装置的柔性要求。对于无接触式的支承研究，可通过高压的气体或者液体来提升薄壁件刚度的技术方案，但这种方式往往会存在泄露、支承力可控性差以及耗能大的问题，具体参见中国专利CN109277412A，且需保证薄壁件各处刚度分布高度一致，具体参见中国专利CN111230527A。对于随动支承的研究，具体参见中国专利CN111299676A，涉及到传动系统、检测系统与控制系统等，零部件数量多，整个装置结构复杂，安装困难；对于薄壁件加工中颤振抑制的研究，可以通过抑制薄壁件支撑架的振动进而抑制薄壁件振动，具体参见中国专利CN105889380A；这种方案依赖于跟薄壁件外形结构匹配的支撑架，无法适应于曲面型或者大尺寸薄壁件的振动抑制。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于电涡流效应的无接触式随动辅助支承与减振装置，抑制薄壁件在铣削中的变形与颤振，克服复杂庞大的静态辅助支承阵列，减少加工噪音，提升加工质量及加工效率。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种基于电涡流效应的无接触式随动辅助支承与减振装置，包括线圈绕组、永磁铁组、上侧永磁铁壳体、下侧永磁铁壳体、铁芯、线性驱动电机组、支承座、铣刀和主轴外壳，所述线圈绕组缠绕在铁芯上，待铣削的薄壁件位于上侧永磁铁壳体和下侧永磁铁壳体之间，所述上侧永磁铁壳体通过螺栓固定在主轴外壳上，所述下侧永磁铁壳体固定在支承座上，所述永磁铁组分别布置在上侧永磁铁壳体和下侧永磁铁壳体中，所述铣刀设于薄壁件
和上侧永磁铁壳体之间，所述线性驱动电机组固定在支承座上，实时读取刀具三维坐标信息，通过上侧和下侧的永磁铁组控制铣刀的运动。
[0007]所述线性驱动电机组包括X方向线性电机、Y方向线性电机和Z方向线性电机。
[0008]进一步地，所述X方向线性电机的驱动杆和Y方向的驱动杆线性电机通过螺栓固定在支承座的两个侧面，所述Z方向线性电机通过螺栓固定于支承座的顶面，Z方向线性电机的驱动杆通过螺栓固定在下侧永磁铁壳体上，X方向线性电机和Y方向线性电机驱动支承座在水平面的运动，保持整个下侧装置在水平方向跟随刀具，支承座上的Z方向线性电机驱动整个下侧装置在竖直方向跟随刀具移动。
[0009]所述铁芯由硅钢片构成，包括中心圆柱和位于中心圆柱四周的多个L状分支，便于有效利用磁场并将磁场导向薄壁板一侧，所述线圈绕组缠绕在中心圆柱上，分布于五个分支与中心圆柱之间。
[0010]进一步地，所述线圈绕组与铁芯构成电磁支承结构，线圈中通入锯齿状周期变化电流，通过电磁感应在铁芯的中心圆柱及L状分支的端面导出穿过薄壁件的变化磁场。
[0011]所述上侧永磁铁壳体和下侧永磁铁壳体的外围为相同尺寸的封闭环形槽结构，所述永磁铁组布置在环形槽中。
[0012]进一步地，所述上侧永磁铁壳体和下侧永磁铁壳体中永磁铁组的数量相同，按照Halbach阵列布置在环形槽内，并通过强力胶进行固定，形成永磁铁阵列，且上侧的永磁铁阵列和下侧的永磁铁阵列关于中间的薄壁件呈镜像对称分布，构成永磁减振结构。
[0013]所述上侧永磁铁壳体的尾部为圆柱状外壳，圆柱状外壳上带有螺纹通孔，螺栓通过螺纹通孔将上侧永磁铁壳体固定在外层包裹有橡胶套的主轴外壳上，保证上侧永磁铁壳体与刀具相对位置固定。
[0014]所述下侧永磁铁壳体的底部为辐条结构，用于减轻质量、托起铁芯以及连接Z方向线性电机的驱动杆，所述铁芯的底部与下侧永磁铁壳体的辐条结构的中心粘接在一起。
[0015]所述上侧永磁铁壳体和下侧永磁铁壳体采用不导磁或导磁性弱的材料，减轻整个结构的重量、减少与电磁结构的磁场干涉。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0017]1.本专利技术作为大型薄壁件铣削中抑制变形、颤振以及简化支承的技术方案，集跟随、悬浮支承与减振功能于一体，提高薄壁件的加工稳定性，保证薄壁零件的铣削高质高效进行。
[0018]2.本专利技术通过电磁结构在薄壁件中产生主动电涡流效应，在薄壁件下方形成持续、稳定的悬浮支承力以平衡铣削力，其中支承力的大小可通过线圈电流参数设定进行快速调整。
[0019]3.本专利技术通过薄壁件上侧和下侧镜像对称的Halbach永磁减振结构产生环绕加工区域的强磁场，在薄壁件颤振时，利用电涡流效应形成强电磁阻尼实现对薄壁件多阶振动模态的有效抑制。
[0020]4.本专利技术通过薄壁件下表面的随动电涡流热源平衡上表面的铣削热源，可抑制薄壁件在铣削热下的热变形，有效提高了铣削后工件的尺寸精度。
[0021]5.本专利技术通过3套线性驱动电机实现电磁支承结构及镜像永磁减振结构对刀具的跟随，极大简化了现有针对大型薄壁件加工的复杂庞大的静态辅助支承阵列系统。
[0022]6.本专利技术通过采用Halbach永磁阵列方式以及特定的硅钢片铁芯结构，将磁场集中于中间薄壁件，可有效利用线圈及永磁阵列的磁场，而悬浮支承避免了随动中工件表面划伤。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的电涡流效应的支承及振动抑制原理简图；
[0024]图2为本专利技术的整体结构示意图；
[0025]图3为本专利技术的整体结构侧视图；
[0026]图4为本专利技术中薄壁件上侧永磁铁壳体及Halbach永磁阵列结构的示意图；
[0027]图5为本专利技术中薄壁件下侧电磁结构、永磁铁壳体及Halbach永磁阵列结构的示意图；
[0028]图6为本专利技术中铣床中刀具与主轴外壳连接处的结构示意图；
[0029]图7为本专利技术中采用差动式励磁本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于电涡流效应的无接触式随动辅助支承与减振装置，其特征在于，包括线圈绕组(6)、永磁铁组、上侧永磁铁壳体(10)、下侧永磁铁壳体(5)、铁芯(7)、线性驱动电机组、支承座(2)、铣刀(9)和主轴外壳(12)，所述线圈绕组(6)缠绕在铁芯(7)上，待铣削的薄壁件(8)位于上侧永磁铁壳体(10)和下侧永磁铁壳体(5)之间，所述上侧永磁铁壳体(10)通过螺栓固定在主轴外壳(12)上，所述下侧永磁铁壳体(5)固定在支承座(2)上，所述永磁铁组分别布置在上侧永磁铁壳体(10)和下侧永磁铁壳体(5)中，所述铣刀(9)设于薄壁件(8)和上侧永磁铁壳体(10)之间，所述线性驱动电机组固定在支承座(2)上，实时读取刀具三维坐标信息，通过上侧和下侧的永磁铁组控制铣刀(9)的运动。2.根据权利要求1所述的一种基于电涡流效应的无接触式随动辅助支承与减振装置，其特征在于，所述线性驱动电机组包括X方向线性电机、Y方向线性电机和Z方向线性电机。3.根据权利要求2所述的一种基于电涡流效应的无接触式随动辅助支承与减振装置，其特征在于，所述X方向线性电机的驱动杆(1)和Y方向线性电机的驱动杆(3)通过螺栓固定在支承座(2)的两个侧面，所述Z方向线性电机通过螺栓固定于支承座(2)的顶面，Z方向线性电机的驱动杆(4)通过螺栓固定在下侧永磁铁壳体(5)上。4.根据权利要求1所述的一种基于电涡流效应的无接触式随动辅助支承与减振装置，其特征在于，所述铁芯(7)由硅钢片(17)构成，包括中心圆柱和位于中心圆柱四周的多个L状分支，所述线圈绕组(6)缠绕在中心圆柱上。5.根据权利要求4所述的一种基于电涡流...
【专利技术属性】
技术研发人员：张雪萍，张鑫，巴哈德尔，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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