曲面薄壁件表面微织构自适应加工成形的工具头及方法技术

本发明专利技术公开了一种曲面薄壁件表面微织构自适应加工成形的工具头及方法，包括基柱，在基柱的一端内部设有多条弧形液压通道，多条弧形液压通道的中心线在同一平面内且同心，在每个弧形液压通道内设有一个活塞杆，活塞杆与弧形液压通道之间通过活塞环密封，且活塞杆的一端固定有第一加工球，液压系统控制多个活塞杆在弧形液压通道内运动，进而带动加工球从基柱一侧伸出。可实现工具头自适应地贴合曲面薄壁件表面，并在压力精确控制下加工出深度相对一致的微织构。致的微织构。致的微织构。

【技术实现步骤摘要】
曲面薄壁件表面微织构自适应加工成形的工具头及方法


[0001]本专利技术涉及一种属于板材渐进成形工艺领域，具体涉及一种基于压力控制 的曲面薄壁件表面微织构自适应加工成形的工具头及方法。

技术介绍

[0002]目前，常见的工件表面微织构制备工艺主要有微铣削技术、激光加工技术 和电火花加工技术等。一般来说，这些微织构制备工艺在加工效率、加工精度、 加工成本等方面都很难得到协调。本专利技术所涉及的板材渐近成形工艺具有短周 期、低成本、不依靠模具、高灵活性等特点。因此，设计合理可行的工具头便 可适用于飞行器零件的小批量、短周期的生产模式。
[0003]专利技术人发现，在板材渐进成形加工过程中，想要满足曲面薄壁件表面微织 构的加工成形有两个难点。首先就是无论加工哪种类型的曲面薄壁件，都难以 保证工具头与工件表面的接触力处处相等，从而导致加工出的微织构深度不一 样；其次就是加工工件表面微织构时，对于有弧度变化的曲面薄壁件表面来说， 加工出来的微织构分布往往是不均匀的。因此，该工具头在压力精准控制下， 依靠活塞杆的可靠滑动将相同的液压力传递到碳化钨硬质合金球，解决了工具 头与工件表面的接触力不相等的问题；同时，该工具头的结构设计可使碳化钨 硬质合金球自适应与工件表面接触，加工出分布均匀的微织构，从而能更好地 满足曲面薄壁件表面微织构的加工要求。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的不足，本专利技术提供了一种基于压力控制的曲面薄壁件表 面微织构自适应加工成形的工具头及方法，可以实现应用板材渐进成形工艺完 成曲面薄壁件表面微织构的加工成形，有利于解决目前应用板材渐进成形工艺 难以实现曲面薄壁件表面微织构加工成形的问题，有利于降低曲面薄壁件表面 微织构的加工成本。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种曲面薄壁件表面微织构自适应加工成形的工 具头，包括基柱，在基柱的一端内部设有多条弧形液压通道，多条弧形液压通 道的中心线在同一平面内且同心，在每个弧形液压通道内设有一个活塞杆，活 塞杆与弧形液压通道之间通过活塞环密封，且活塞杆的一端固定有第一加工球， 液压系统控制多个活塞杆在弧形液压通道内运动，进而带动加工球从基柱一侧 伸出。
[0007]作为进一步的技术方案，还包括第二加工球，第二加工球固定在基柱下端 的角部，且位于最内圈的弧形液压通道内圈。
[0008]作为进一步的技术方案，所述的第二加工球的轴线与水平面的夹角为45
°
。
[0009]作为进一步的技术方案，所述的基柱下端的角部形成与水平面呈45
°
安装 面；该安装面加工有半球凹坑，安装面的外表面加工有螺纹，第二加工球通过 螺帽固定在半球凹坑内。
[0010]作为进一步的技术方案，在靠近基柱底部的位置设有一条水平设置的主液 压通道，所述的主液压通道与多条弧形液压通道连通，其与液压系统相连。
[0011]作为进一步的技术方案，所述活塞杆的一端外表面加工有螺纹，且该端的 端面加工有半球凹坑，第一加工球安装在该凹坑内，通过螺帽固定；活塞杆的 另一端加工有活塞环槽。
[0012]作为进一步的技术方案，所述的弧形液压通道的弧度为90
°
。
[0013]作为进一步的技术方案，所述的第一加工球、第二加工球均为碳化钨硬质 合金球。
[0014]第二方面，本专利技术还提供了一种曲面薄壁件表面微织构自适应加工成形的 工具头的装配方法，如下：
[0015]1)在活塞杆上分别装配活塞环；
[0016]2)将第一加工球分别装配到活塞杆外伸端所加工的半球凹坑里，并拧紧 螺帽；沿各弧形液压通道推入相应的活塞杆装配体；
[0017]3)将第二加工球放入基柱右下端所加工出的半球凹坑并拧紧螺帽；
[0018]4)将完成装配的该工具头上端固定于机床刀柄上，并将机床刀柄安装至 机床主轴上；
[0019]5)工具头完成装夹之后，将液压系统与工具头相连。
[0020]第三方面，本专利技术还提供了一种曲面薄壁件表面微织构自适应加工成形的 工具头加工的方法，如下：
[0021]将该工具头安装在数控机床上，以第二加工球为坐标参考点，根据薄壁件 的几何形状编辑加工路线；在加工开始前先将该工具头进行对刀，使第一加工 球刚好接触工件表面；再通过数控设备的控制使第一加工球相对工件表面有符 合加工微织构要求的进给量；利用液压系统缓慢推动多个活塞杆独立地滑动， 使第一加工球自适应地与工件表面贴合；然后由液压系统根据工件材料提供相 应的液压力使得第一加工球和第二加工球在工件表面留下深度一致的微米级压 印；最后根据所编辑的加工路线完成微织构的加工。
[0022]上述本专利技术的实施例的有益效果如下：
[0023]1)可实现工具头自适应地贴合曲面薄壁件表面，并在压力精确控制下加工 出深度相对一致的微织构。该工具头可根据所加工工件材料的不同，由液压系 统提供不同的液压力，当置于不同弧形液压通道的活塞杆被液压力推动时，活 塞杆可根据工件表面的形状自适应地使加工球与工件表面贴合，并依靠压力精 确控制加工出深度相对一致的微织构。
[0024]2)可实现曲面薄壁件表面微织构分布均匀的高效加工。该工具头的弧形液 压通道以及活塞杆均设计为不同直径的四分之一圆环，且装配完成后它们的中 心线在同一平面内并满足同心度的要求。因此所装配的各个加工球彼此之间的 距离是固定的。考虑到加工工件的尺寸较大且一次加工过程中所接触的加工工 件表面的弧度较大，因此，当加工球自适应地与工件表面贴合时，可视为所加 工微织构的间距是固定的。
[0025]3)可实现曲面薄壁件表面微织构形状相对一致的高质量加工。该工具头采 用多道次滚压的方法加工微织构，利用相同直径的加工球在不同道次上的连续 滚动可使加工出来的微织构形状差距小。
[0026]4)该工具头具有广泛的可适用性。针对不同微织构尺寸要求的曲面薄壁件， 可选
用加工有不同直径半球凹坑的活塞杆，并配合相应直径的加工球及相应的 固定螺帽，使得该工具头可以自适应地加工不同尺寸要求的微织构。
[0027]5)本工具头中包括一个固定的第二加工球和多个可调节的第一加工球，所 述基柱下端装配第二加工球的位置是固定的，可以作为数控设备编辑工具头加 工路线的参考点。
附图说明
[0028]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0029]图1为本专利技术整体结构的左视图；
[0030]图2为本专利技术整体结构的主视图；
[0031]图3为本专利技术整体结构的右视图；
[0032]图4为本专利技术爆炸视图；
[0033]图5为本专利技术装配体内部结构图；
[0034]图6为应用本专利技术加工45
°
圆台薄壁件结构示意图；
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.曲面薄壁件表面微织构自适应加工成形的工具头，包括基柱，其特征在于，在基柱的一端内部设有多条弧形液压通道，多条弧形液压通道的中心线在同一平面内且同心，在每个弧形液压通道内设有一个活塞杆，活塞杆与弧形液压通道之间通过活塞环密封，且活塞杆的一端固定有第一加工球，液压系统控制多个活塞杆在弧形液压通道内运动，进而带动加工球从基柱一侧伸出。2.如权利要求1所述的曲面薄壁件表面微织构自适应加工成形的工具头，其特征在于，还包括第二加工球，第二加工球固定在基柱下端的角部，且位于最内圈的弧形液压通道内圈。3.如权利要求2所述的曲面薄壁件表面微织构自适应加工成形的工具头，其特征在于，所述的第二加工球的轴线与水平面的夹角为45
°
。4.如权利要求2所述的曲面薄壁件表面微织构自适应加工成形的工具头，其特征在于，所述的基柱下端的角部形成与水平面呈45
°
安装面；该安装面加工有半球凹坑，安装面的外表面加工有螺纹，第二加工球通过螺帽固定在半球凹坑内。5.如权利要求1所述的曲面薄壁件表面微织构自适应加工成形的工具头，其特征在于，在靠近基柱底部的位置设有一条水平设置的主液压通道，所述的主液压通道与多条弧形液压通道连通，其与液压系统相连。6.如权利要求1所述的曲面薄壁件表面微织构自适应加工成形的工具头，其特征在于，所述活塞杆的一端外表面加工有螺纹，且该端的端面加工有半球凹坑，第一加工球安装在该凹坑内，通过螺帽固定；活塞杆的另一端加工有活塞环槽。7.如权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李燕乐，赵刚林，袁昊，刘飞飞，李方义，李剑峰，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：