【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于機械加工，涉及一種薄壁環形件加工彈性變形主動控制裝置及方法。
技術介紹
1、薄壁環形件因其質量輕、結構緊湊等優點被廣泛應用于飛行器中，例如航空發動機機匣和導彈控制倉殼體等。這類薄壁環形件的制造質量是飛行器能夠在高溫、高壓和高轉速等復雜極端工作環境中長期保持穩定服役性能的關鍵，因此對其加工質量需要嚴格控制。然而薄壁環形件具有剛性弱、強度低和材料難加工等特點，在切削力的作用下，必然使得加工過程中產生不同程度的變形，從而影響加工質量。
2、為了提高薄壁環形件的加工質量，需要對其加工期間的變形進行控制。然而，現有的變形控制方法大多對工件加工過程中的時變影響因素考慮較少，通常是通過機械結構預先對工件施加固定大小的支撐力，難以實現加工過程中的彈性變形主動控制，因此，對環形薄壁件的加工質量提升效果很不理想。
3、公開號為cn115922226a的專利文獻中公開了一種薄壁圓筒的自適應加工工裝及自適應加工方法，該方案中根據壓力信號驅動徑向支撐裝置和徑向吸附裝置，對零件產生的加工變形進行自適應調整。該方案對加工過程中彈性變形有一定的抑制作用，但對于銑削加工來說，工件的弱剛性、材料的非均勻性和刀具磨損等因素均會導致切削力的強時變，而該方案僅基于壓力信號對實時出現的變形情況進行調整，具有一定的缺陷：一方面徑向支撐裝置的響應具有滯后性，可能存在一定的誤差量未被及時補償；另一方面，隨著工序的推進，這些未被及時補償誤差量的會逐漸累積，導致工件加工過程中的彈性變形無法得到有效控制，最終產生超差。
1、為解決現有對加工變形進行控制的方案不能對加工過程中的變形及時補償而無法在加工期間有效控制彈性變形的問題，本專利技術提供了一種薄壁環形件加工彈性變形主動控制裝置及方法。
2、為解決上述技術問題，本專利技術的技術方案如下：
3、一種薄壁環形件加工彈性變形主動控制裝置，其特殊之處在于：包括裝夾模塊、主動支撐模塊、變形監測模塊和調控模塊；
4、裝夾模塊用于對被加工的薄壁環形件進行周向定位及軸向夾緊；
5、主動支撐模塊用于對薄壁環形件的內型面提供可調控的、多個獨立的、大小相等的徑向支撐力；主動支撐模塊具有支撐力檢測功能，且能將其所提供的支撐力發送給調控模塊；
6、變形監測模塊用于監測加工過程中薄壁環形件的彈性變形；
7、調控模塊用于控制主動支撐模塊和變形監測模塊工作，調控模塊中還預置有彈性變形預測模型和各加工節點的支撐力調控曲線；
8、調控模塊基于主動支撐模塊檢測的支撐力數據和所述支撐力調控曲線在工序內采用閉環反饋控制對所述主動支撐模塊提供的支撐力進行調節；還能在下一工序開始前，對主動支撐模塊檢測的支撐力數據和變形監測模塊檢測的彈性變形數據進行處理，得到薄壁環形件在上一工序的實際變形場，并將該實際變形場與所述彈性變形預測模型預測的上一工序的變形場進行比對得到下一工序的支撐力補償量，并基于所述支撐力補償量和所述支撐力調控曲線在下一工序開始前向主動支撐模塊發出支撐力調控指令，實現工序間的支撐力調控。
9、進一步地，所述裝夾模塊包括夾緊子模塊和定位子模塊；夾緊子模塊包括自下至上依次連接的夾緊底板、雙頭法蘭支撐柱和夾緊蓋板，通過夾緊底板和夾緊蓋板將薄壁環形件夾緊；定位子模塊包括設置在所述夾緊底板上、沿同一圓周分布的至少三個定位環，所述定位環的外側壁與薄壁環形件的內壁型面適配。
10、進一步地，所述夾緊底板的上表面開設有多個弧形孔、多個條形槽和多個安裝孔；弧形孔和條形槽用于加工過程中冷卻液的排出；安裝孔用于實現所述定位子模塊的安裝；所述安裝孔有多組，各組分布于不同大小的圓周上，以便調整所述定位子模塊的定位尺寸。
11、進一步地，所述主動支撐模塊包括設置在夾緊底板上的驅動裝置和具有支撐力檢測功能的執行裝置；執行裝置有m個且沿同一圓周均布，在驅動裝置的驅動下均能各自獨立地沿徑向移動以頂住薄壁環形件的內壁對其進行支撐；驅動裝置與所述調控模塊相連，由所述調控模塊控制其工作；m≥3；
12、所述執行裝置為氣動執行裝置、電動執行裝置或液壓執行裝置，相應的，所述驅動裝置為氣動驅動裝置、電動驅動裝置或液壓驅動裝置。
13、進一步地，所述執行裝置為氣動執行裝置，包括支撐底座和m個支撐裝置；支撐底座的支腿固定安裝在所述夾緊底板上，支撐底座的臺面用于支撐和安裝所述m個支撐裝置；單個支撐裝置包括依次連接的氣缸、傳感器連接板、壓力傳感器、支撐頭連接板和內型面支撐頭；氣缸安裝在支撐底座的臺面上，傳感器連接板與氣缸的推桿固定連接；傳感器連接板與支撐頭連接板通過夾緊螺栓連接；
14、所述驅動裝置為氣動驅動裝置，包括設置在所述夾緊底板上的m個驅動組；單個驅動組包括設置在所述夾緊底板上的電磁閥、電氣比例閥和信號轉換器；電磁閥和電氣比例閥俊宇所述氣缸連接，電氣比例閥用于將進入氣缸的氣體壓力調節為指定氣壓，電磁閥用于將指定氣壓的氣體傳輸至氣缸；信號轉換器與所述壓力傳感器相連，用于將壓力傳感器輸出的電信號轉換為所述調控模塊可識別的信號。
15、進一步地，所述主動支撐模塊為一個或多個；當為多個時，沿軸向方向依次排布進行組合使用，以對薄壁環形件軸向不同區域進行支撐。
16、進一步地，所述變形監測模塊包括設置在所述支撐底座的臺面上的m個變形監測裝置；m個變形監測裝置沿周向均布，且每兩個所述支撐裝置之間均設有一個變形監測裝置；單個變形監測裝置包括位移傳感器和前置盒；位移傳感器通過位移傳感器安裝板安裝在所述支撐底座的臺面上，位移傳感器用于檢測薄壁環形件的內型面的彈性變形；前置盒用于提供位移傳感器所需的電源以及對位移傳感器輸出的信號進行放大、檢波和濾波。
17、進一步地，所述調控模塊包括工控機、plc、數模轉換模塊、數據采集模塊、電源和空壓機；工控機上預置有所述彈性變形預測模型；plc中預置有所述各加工節點的支撐力調控曲線，且plc中設定有電壓信號與氣壓值的對應關系；
18、加工工序開始前，工控機向plc發出第一控制指令，plc配合數模轉換模塊根據接收到的第一控制指令并基于所述支撐力調控曲線向主動支撐模塊中氣動驅動裝置的所有電氣比例閥發送相應的模擬量信號，實現初始氣源氣壓的設定；隨后，plc通過io口向主動支撐模塊中氣動驅動裝置的所有電磁閥發送數字量信號控制主動支撐模塊中氣動執行裝置的所有氣缸的同步伸出與縮回，實現主動支撐模塊的初始狀態設定；
19、然后，plc向主動支撐模塊中氣動執行裝置的所有壓力傳感器發出第一請求指令，數據采集模塊將主動支撐模塊中各壓力傳感器的監測值讀取至plc，并由plc進行支撐力監測值與支撐力設定值的對比，如不一致而需調整為設定值，則plc利用pid算法配合數模轉換模塊進行反饋調節直至主動支撐模塊向薄壁環形件提供所需支撐力，隨后開始正常的銑削程序；
20、加工過程中，工控機向變形監測模塊中的位移傳感器發出第二請求指令，數據采集模塊本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種薄壁環形件加工彈性變形主動控制裝置，其特征在于：包括裝夾模塊、主動支撐模塊、變形監測模塊和調控模塊；
2.根據權利要求1所述的薄壁環形件加工彈性變形主動控制裝置，其特征在于：所述裝夾模塊包括夾緊子模塊和定位子模塊；夾緊子模塊包括自下至上依次連接的夾緊底板、雙頭法蘭支撐柱和夾緊蓋板，通過夾緊底板和夾緊蓋板將薄壁環形件夾緊；定位子模塊包括設置在所述夾緊底板上、沿同一圓周分布的至少三個定位環，所述定位環的外側壁與薄壁環形件的內壁型面適配。
3.根據權利要求2所述的薄壁環形件加工彈性變形主動控制裝置，其特征在于：所述夾緊底板的上表面開設有多個弧形孔、多個條形槽和多個安裝孔；弧形孔和條形槽用于加工過程中冷卻液的排出；安裝孔用于實現所述定位子模塊的安裝；所述安裝孔有多組，各組分布于不同大小的圓周上，以便調整所述定位子模塊的定位尺寸。
4.根據權利要求1-3任一所述的薄壁環形件加工彈性變形主動控制裝置，其特征在于：所述主動支撐模塊包括設置在夾緊底板上的驅動裝置和具有支撐力檢測功能的執行裝置；執行裝置有m個且沿同一圓周均布，在驅動裝置的驅動下均能各自獨
5.根據權利要求4所述的薄壁環形件加工彈性變形主動控制裝置，其特征在于：所述執行裝置為氣動執行裝置，包括支撐底座和m個支撐裝置；支撐底座的支腿固定安裝在所述夾緊底板上，支撐底座的臺面用于支撐和安裝所述m個支撐裝置；單個支撐裝置包括依次連接的氣缸、傳感器連接板、壓力傳感器、支撐頭連接板和內型面支撐頭；氣缸安裝在支撐底座的臺面上，傳感器連接板與氣缸的推桿固定連接；傳感器連接板與支撐頭連接板通過夾緊螺栓連接；
6.根據權利要求5所述的薄壁環形件加工彈性變形主動控制裝置，其特征在于：所述主動支撐模塊為一個或多個；當為多個時，沿軸向方向依次排布進行組合使用，以對薄壁環形件軸向不同區域進行支撐。
7.根據權利要求6所述的薄壁環形件加工彈性變形主動控制裝置，其特征在于：所述變形監測模塊包括設置在所述支撐底座的臺面上的m個變形監測裝置；m個變形監測裝置沿周向均布，且每兩個所述支撐裝置之間均設有一個變形監測裝置；單個變形監測裝置包括位移傳感器和前置盒；位移傳感器通過位移傳感器安裝板安裝在所述支撐底座的臺面上，位移傳感器用于檢測薄壁環形件的內型面的彈性變形；前置盒用于提供位移傳感器所需的電源以及對位移傳感器輸出的信號進行放大、檢波和濾波。
8.根據權利要求7所述的薄壁環形件加工彈性變形主動控制裝置，其特征在于：所述調控模塊包括工控機、PLC、數模轉換模塊、數據采集模塊、電源和空壓機；工控機上預置有所述彈性變形預測模型；PLC中預置有所述各加工節點的支撐力調控曲線，且PLC中設定有電壓信號與氣壓值的對應關系；
9.一種薄壁環形件加工彈性變形主動控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
10.根據權利要求9所述的薄壁環形件加工彈性變形主動控制方法，其特征在于：
...【技術特征摘要】
1.一種薄壁環形件加工彈性變形主動控制裝置，其特征在于：包括裝夾模塊、主動支撐模塊、變形監測模塊和調控模塊；
2.根據權利要求1所述的薄壁環形件加工彈性變形主動控制裝置，其特征在于：所述裝夾模塊包括夾緊子模塊和定位子模塊；夾緊子模塊包括自下至上依次連接的夾緊底板、雙頭法蘭支撐柱和夾緊蓋板，通過夾緊底板和夾緊蓋板將薄壁環形件夾緊；定位子模塊包括設置在所述夾緊底板上、沿同一圓周分布的至少三個定位環，所述定位環的外側壁與薄壁環形件的內壁型面適配。
3.根據權利要求2所述的薄壁環形件加工彈性變形主動控制裝置，其特征在于：所述夾緊底板的上表面開設有多個弧形孔、多個條形槽和多個安裝孔；弧形孔和條形槽用于加工過程中冷卻液的排出；安裝孔用于實現所述定位子模塊的安裝；所述安裝孔有多組，各組分布于不同大小的圓周上，以便調整所述定位子模塊的定位尺寸。
4.根據權利要求1-3任一所述的薄壁環形件加工彈性變形主動控制裝置，其特征在于：所述主動支撐模塊包括設置在夾緊底板上的驅動裝置和具有支撐力檢測功能的執行裝置；執行裝置有m個且沿同一圓周均布，在驅動裝置的驅動下均能各自獨立地沿徑向移動以頂住薄壁環形件的內壁對其進行支撐；驅動裝置與所述調控模塊相連，由所述調控模塊控制其工作；m≥3；
5.根據權利要求4所述的薄壁環形件加工彈性變形主動控制裝置，其特征在于：所述執行裝置為氣動執行裝置，包括支撐底座和m個支撐裝置；支撐底座的支腿固定安裝在所述夾緊底板上，支撐底座的臺面用于支撐和安裝所...
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