本发明涉及机械加工领域，尤其涉及一种用于薄壁圆筒件加工的辅助支承装置、系统及方法。
背景技术：
薄壁圆筒件加工过程中容易产生加工变形、颤振等问题。因此，为了提高薄壁圆筒件的加工精度，对薄壁圆筒件进行辅助支承显得尤为重要。发明人发现，现有技术已经有通过气囊对薄壁圆筒件进行支承，但是对薄壁圆筒件的支撑效果并不能满足要求。
例如：现有技术公开了一种气囊夹具，通过气囊充气，对薄壁圆筒件的外表面进行支承，通过气囊支承的办法，提高了薄壁圆筒件的刚度。此方法的局限性在于，气囊的材料不明确，且结构设计仅适用于加工薄壁圆筒件的内表面，而且此类支承办法，更适用于支承表面光滑的薄壁圆筒件，对于支承表面凹凸不平的薄壁圆筒件，其支承效果并不理想。若气囊材料过硬，则气囊难以填充到薄壁圆筒件支承表面的小凹陷中，若气囊材料过软，则气囊起到的支承作用会大打折扣，随即对薄壁圆筒件刚度的增加作用也会微乎其微。
现有技术公开了一种薄壁缸筒挤压填充稳态加工外圆方法，利用棉纱、气囊、气涨轴填充的方法对薄壁圆筒件内腔进行填充处理。这种方法效率比较低，操作过程费时费力，且支承效果并不是很理想，棉纱不能从始至终保持支承状。当薄壁圆筒件的内表面不是平滑表面，而是凹凸不平时，采用此种方法就更加难以实现，不能保证棉纱能够很好的填充薄壁圆筒件内壁的每一个凹陷，不能对薄壁圆筒件起到很好的支承效果。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于薄壁圆筒件加工的辅助支承装置，该装置可以解决单层气囊不适用于支承表面凹凸不平的薄壁圆筒件的问题。
本发明的第二目的是一种用于薄壁圆筒件加工的辅助支承系统，用气体作为气囊的填充介质，可对薄壁圆筒件提供全面刚度支承。
本发明的第三目的是一种用于薄壁圆筒件加工的辅助支承系统的使用方法，操作简单、能够提高工作效率。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明的实例提供了一种用于薄壁圆筒件加工的辅助支承装置，包括套设在一起的内层气囊和外层气囊，所述内层气囊和外层气囊之间安装若干进气阀和排气阀；在进气阀的控制下，内层气囊、外层气囊依次膨胀以实现对待加工薄壁圆筒件的支承。
作为进一步的实现方式，所述进气阀和排气阀一一对应，有多组，设置于内层气囊和外层气囊的交界面，沿轴向和周向均布。
作为进一步的实现方式，所述内层气囊的外壁安装气门芯。
作为进一步的实现方式，所述的外层气囊的材料选择高弹性软质材料。所述的内层气囊的材料硬度大于外层气囊的材料硬度。
第二方面，本发明实施例还提供了一种用于薄壁圆筒件加工的辅助支承系统，其特征在于，包括充放气及气压检测装置和所述的辅助支承装置，所述辅助支承装置与充放气及气压检测装置可拆卸连接。
作为进一步的实现方式，所述充放气及气压检测装置包括抽打两用真空泵、软管、充气嘴、气压计、气压控制阀、计算机，所述软管一端连接充气嘴，另一端连接抽打两用真空泵；所述软管安装气压控制阀、气压计；所述气压计与计算机相连。
作为进一步的实现方式，所述软管为耐高压胶管。
第三方面，本发明实施例还提供了一种用于薄壁圆筒件加工的辅助支承系统的使用方法，包括：
将辅助支承装置在未充气状态下放置在薄壁圆筒件的内腔结构中；预先设置气压控制阀的气压值；
工作时，将充气嘴与气门芯相连，抽打两用真空泵对内层气囊进行充气；当内层气囊压力超过进气阀的额定压力值时，进气阀导通，外层气囊开始充气，直至气压值达到气压控制阀的设定值时，充气结束；
工作过程中，通过与气压计相连的计算机实时观察到气压变化曲线与理论曲线的对比情况，当二者偏离设定程度时，则认为辅助支承系统出现故障，此时应及时更换气囊；
工作结束后，气门芯与充气嘴相连，抽打两用真空泵进行抽气；内层气囊内的空气先被排除，当内层气囊和外层气囊的气压差达到排气阀的气压额定值时，排气阀导通，外层气囊开始排气，直至外层气囊内的空气排放到初始容量。
上述本发明的实施例的有益效果如下：
(1)本发明的一个或多个实施方式采用双层气囊结构，两级充气，工作前，气囊处于干瘪状态，将气囊整体放入薄壁圆筒件的内腔中，首先对第一级内层气囊进行充气，内层气囊充气后，会与薄壁圆筒件内壁的凸起面相接触，可以起到将零件整体撑住的作用，保证气囊在薄壁圆筒件内腔中处于合适的轴向位置，且两者相对静止，若在此之前，发现气囊与薄壁圆筒件轴向位置不匹配，可暂停抽打两用真空泵供气，进行气囊位置的调整，待调整好后，继续用抽打两用真空泵供气。待内层气囊气压达到进气阀导通值后，进气阀阀门开启，第二级外层气囊充气，与薄壁圆筒件的凹陷面接触，这样就对薄壁圆筒件的凹凸表面都进行了支承，提高了加工时的刚度。
(2)本发明的一个或多个实施方式的内层气囊采用丁腈橡胶材料，质地较硬，可以保证支承装置能够提供足够的刚度；外层气囊采用丁基橡胶材料，可以保证气囊很好的贴合薄壁圆筒件凹凸不同支承表面的凹陷，从而达到整体刚度的最大化；解决了由于薄壁结构之间的空间狭小，无法采用刚性支承的难题，并且不会造成环形薄壁圆筒件的附加变形；结构简单、牢固，生产方便，使用便利，支承效果好；
(3)本发明的一个或多个实施方式采用气体作为支承囊的填充介质，可对薄壁圆筒件提供全面刚度支承，一方面在加工过程中由于气体支承囊的作用，可以同等程度的增加薄壁结构各部分的刚性；另一方面，由于刚度差没变，但是随着薄壁圆筒件表面各部分刚度的增大，缩小了薄壁圆筒件各部分的刚度的比值，使刚度的变化曲线趋于平缓，使薄壁圆筒件受支承力更加均匀，因此减小了薄壁圆筒件的加工变形，降低了加工中的颤振，直接降低加工噪音，减少了加工误差，提高了加工精度；其填充物为空气，节能环保；而且，非工作状态时，占用体积小；
(4)本发明的一个或多个实施方式采用抽打两用真空泵进行供气和排气，可以保证装置工作的高效性，大大减少了准备时间；且设置有气压控制阀，提高了装置的安全性；
(5)本发明的一个或多个实施方式的内外层气囊在充气过程的气压值大小会通过气压计获取，并传送到计算机，在计算机上会实时绘制气压值p与时间t的关系曲线，通过实时曲线与产品说明书上的理论曲线的对比，可直观辨别装置是否存在故障。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明根据一个或多个实施方式的结构示意图；
图2是本发明根据一个或多个实施方式的工作状态沿进气阀剖面图；
图3是本发明根据一个或多个实施方式的工作状态沿排气阀剖面图；
图4是本发明根据一个或多个实施方式支承表面凹凸不平的薄壁圆筒件结构示意图；
图5是本发明根据一个或多个实施方式系统结构示意图；
图6是正常工作状态下，充气过程，气压p随时间t的变化曲线；
其中，1-外层气囊、2-内层气囊、3-进气阀、4-排气阀、5-气门芯、6-充气嘴、7-软管、8-气压控制阀、9-抽打两用真空泵、10-薄壁圆筒件、11-气压计、12-计算机。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
术语解释部分:本申请中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
正如背景技术所介绍的，薄壁圆筒件加工过程中容易产生加工变形、颤振等问题，因此，为了提高薄壁圆筒件的加工精度，对薄壁圆筒件进行辅助支承显得尤为重要。对于提高薄壁圆筒件加工刚度的问题，现有技术中多采用单层气囊支撑、棉纱物填充的方式，存在使用范围窄、不能适用于支承表面凹凸不平的薄壁圆筒件和棉纱填充方法费事费力、效果较差的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种用于薄壁圆筒件加工的辅助支承装置、系统及方法。
实施例一：
下面结合附图1-图4对本发明进行详细说明，具体的，结构如下：
本实施例提供了一种用于薄壁圆筒件加工的辅助支承装置，包括外层气囊1、内层气囊2、进气阀3、排气阀4，其中，内层气囊2设于外层气囊1内部。所述外层气囊1和内层气囊2均为长度与待加工薄壁圆筒件10相适应的环形气囊，初始状态下，将与薄壁圆筒件10尺寸对应的支承装置在未充气状态下放置于薄壁圆筒件10的内腔结构中。
所述内层气囊2的外壁安装有用于连接充放气及气压检测装置的气门芯5。所述内层气囊2和外层气囊1之间安装进气阀3和排气阀4。充气时，内层气囊2先充气，当内层气囊2压力超过进气阀3的额定压力值时，进气阀3导通，外层气囊1开始充气。排气时，内层气囊2内的空气先被排出，当内层气囊2、外层气囊1的气压差达到排气阀4的气压额定值时，排气阀4导通，外层气囊1开始排气。
所述进气阀3和排气阀4一一对应，有多组，设置于内层气囊2和外层气囊1的交界面，沿轴向和周向均布。在本实施例中，进气阀3关于内层气囊2和外层气囊1的中心对称布置两列，排气阀4关于内层气囊2和外层气囊1的中心对称布置两列，且两列进气阀3之间的连线垂直于两列排气阀4之间的连线。进气阀3和排气阀4的排布方式可以使气囊在轴线方向上均匀进气、排气。可以理解的，在其他实施例中，进气阀3和排气阀4可以设置成多列，具体可以根据实际支承要求而定。
所述的外层气囊1的材料选择高弹性软质材料，所述的内层气囊2的材料硬度大于外层气囊的材料硬度。在本实施例中，外层气囊1的材料为丁基橡胶，其具有高弹性、耐撕裂、耐疲劳、和气密性优异等性能。内层气囊2的材料为丁腈橡胶，该材料具有耐磨性好，硬度较大，耐老化，耐化学腐蚀的特点。可以理解的，在其他实施例中，外层气囊1、内层气囊2也可以选择其他材料。
由于普通单层气囊材料单一，无法对薄壁圆筒件10实现较好的贴合。气囊材料过软，几乎起不到增加薄壁圆筒件10刚度的作用；气囊材料过硬，则对于支承表面凹凸不平的薄壁圆筒件10不能很好的填充到其支承表面的每一个凹陷内。本实施例通过内层的硬质材料(丁腈橡胶)，保证了整体的刚度，又通过外层的软质材料(丁基橡胶)，能够实现对凹凸不平的薄壁圆筒件10支承表面很好的填充效果。
普通单层气囊更适用于支承表面光滑的薄壁圆筒件10，本实施例既适用于支承表面光滑的薄壁圆筒件10，又适用于支承表面凹凸不平的薄壁圆筒件10。本实施例的辅助支承装置减小了薄壁结构的加工变形，降低了加工中的颤振；同时解决了在狭窄空间难以支承的难题，并且不会造成环形薄壁圆筒件10的附加变形；进而解决了环形薄壁圆筒件10在切削过程中因刚性弱而造成的加工变形大和加工表面质量难以保证等难题。
本实施例采用气体作为内层气囊2、外层气囊1的填充介质，能够对薄壁圆筒件10提供全面刚度支承。即，一方面在加工过程中由于气体支承囊的作用，可以同等程度的增加薄壁结构各部分的刚性；另一方面，由于刚度差没变，但是随着薄壁圆筒件10表面各部分刚度的增大，缩小了薄壁圆筒件10各部分刚度的比值，使刚度的变化曲线趋于平缓，使薄壁深腔受支承力更加均匀；因此减小薄壁结构的加工变形，降低了加工中的颤振，直接降低加工噪音，减少了加工误差，提高了加工精度。
实施例二：
本实施例提供了一种用于薄壁圆筒件加工的辅助支承系统，如图5所示，包括实施例一所述的辅助支承装置、充气嘴6、软管7、气压控制阀8、抽打两用真空泵9、气压计11、计算机12，所述充气嘴6一端与气门芯5相连，所述充气嘴6另一端通过软管7连接抽打两用真空泵9，所述软管7上安装有气压控制阀8、气压计11，所述的气压计11与计算机12相连，进行实时数据传输。在本实施例中，所述软管7为耐高压胶管。
所述的气压控制阀8可实现自主设定合适的上限气压值，当支承装置内填充介质的压强达到设定气压上限时，气压控制阀8关闭，实现每次对支承装置的填充均为等压强的填充。当内层气囊2与外层气囊1之间的进气阀3故障时，气压控制阀8在压强达到设定的气压上限时，气压控制阀8关闭，对防止气囊的爆裂起到很好的保护作用。
初始状态下，将与薄壁圆筒件10尺寸对应型号的支承装置在未充气状态下放置在内腔结构中；预先设置气压控制阀8的气压值，此值通过实验获取。
工作时，充气嘴6与气门芯5相连，抽打两用真空泵9对内层气囊2进行充气。当内层气囊2压力超过进气阀3的额定压力值时，进气阀3导通，外层气囊1开始充气，直至气压值达到气压控制阀8的设定值时，充气结束。
工作过程中，通过与气压计11相连的计算机12，可实时观察到气压变化曲线与理论曲线的对比情况，当偏离较大时，则认为辅助支承系统出现故障(可能是气囊漏气、进气阀故障、气囊材料老化)，此时应及时更换气囊。
工作结束后，气门芯5与充气嘴6相连，抽打两用真空泵9进行抽气。内层气囊2内的空气先被排除，当内层气囊2和外层气囊1的气压差达到排气阀4的气压额定值时，排气阀4导通，外层气囊1开始排气，直至外层气囊1内的空气被排放到初始容量，此时两层气囊变成干瘪状态。
本实施例充气过程中，气压随时间的变化曲线的理论依据为：根据理想气体状态方程，pv＝nrt，其中，t表示温度(假设不变)，r表示气体常量，n表示气体的物质的量，在均匀充气的过程中，n匀速增加。
当内层气囊2充气时(随时间均匀充气)，p随着时间t以斜率k1上升，当内层气囊2的压强达到进气阀3的导通值时，外层气囊1开始充气，由于外层气囊1相比于内层气囊2质地软、刚性小，所以v的变化率相比第一阶段变大，随即p的变化率变小。
因此，进气阀3导通后，p随着时间t以斜率k2上升，其中k2<k1；当外层气囊1填满薄壁圆筒件10的凹陷(充满气体)后，v成为定值，p随着时间t以斜率k3上升，其中k3>k1,当气压值达到气压控制阀8的设定值时停止进气，即抽打两用真空泵关闭，此时薄壁圆筒件已被完全撑紧。
产品出厂前，先进行数据的测试，连接好气路后，将气压计11连在计算机12上，通过计算机12的数据采集和数据处理可实时获得气路中气压的大小p随时间t的变化曲线。如图6所示，其中第一段曲线的气压值与两个构件的尺寸有关，第二段和第三段曲线的气压值与构件的实际情况有关(构件尺寸、材料，刚度等)。
产品售出时，说明书内会注明此标准气压曲线，供客户实际使用时作参考。实际使用过程中，若气压值偏离标准曲线过多，有可能是气囊老化破损，进气阀故障等原因。此时要及时进行更换。
本实施例操作简单，只需将作为填充介质的气体压进和抽出支承装置即可，减少了准备时间，提高了工作效率。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
1.一种用于薄壁圆筒件加工的辅助支承装置，其特征在于，包括套设在一起的内层气囊和外层气囊，所述内层气囊和外层气囊之间安装有若干进气阀和排气阀；在进气阀的控制下，内层气囊、外层气囊依次膨胀以实现对待加工薄壁圆筒件的支承。
2.根据权利要求1所述的一种用于薄壁圆筒件加工的辅助支承装置，其特征在于，所述进气阀和排气阀一一对应，有多组，设置于内层气囊和外层气囊的交界面，沿轴向和周向均布。
3.根据权利要求2所述的一种用于薄壁圆筒件加工的辅助支承装置，其特征在于，所述进气阀和排气阀的位置关于内层气囊、外层气囊的中心对称。
4.根据权利要求1所述的一种用于薄壁圆筒件加工的辅助支承装置，其特征在于，所述内层气囊的外壁安装气门芯。
5.根据权利要求1所述的一种用于薄壁圆筒件加工的辅助支承装置，其特征在于，所述的外层气囊的材料选择高弹性软质材料。
6.根据权利要求5所述的一种用于薄壁圆筒件加工的辅助支承装置，其特征在于，所述的内层气囊的材料硬度大于外层气囊的材料硬度。
7.一种用于薄壁圆筒件加工的辅助支承系统，其特征在于，包括充放气及气压检测装置和如权利要求1-6任一所述的辅助支承装置，所述辅助支承装置与充放气及气压检测装置可拆卸连接。
8.根据权利要求7所述的一种用于薄壁圆筒件加工的辅助支承系统，其特征在于，所述充放气及气压检测装置包括抽打两用真空泵、软管、充气嘴、气压计、气压控制阀、计算机，所述软管一端连接充气嘴，另一端连接抽打两用真空泵；所述软管安装气压控制阀、气压计；所述气压计与计算机相连。
9.根据权利要求8所述的一种用于薄壁圆筒件加工的辅助支承系统，其特征在于，所述软管为耐高压胶管。
10.根据权利要求9所述的一种用于薄壁圆筒件加工的辅助支承系统的使用方法，其特征在于，包括：
将辅助支承装置在未充气状态下放置在薄壁圆筒件的内腔结构中；预先设置气压控制阀的气压值；
工作时，将充气嘴与气门芯相连，抽打两用真空泵对内层气囊进行充气；当内层气囊压力超过进气阀的额定压力值时，进气阀导通，外层气囊开始充气，直至气压值达到气压控制阀的设定值时，充气结束；
工作过程中，通过与气压计相连的计算机实时观察到气压变化曲线与理论曲线的对比情况，当二者偏离设定程度时，则认为辅助支承系统出现故障，此时应及时更换气囊；
工作结束后，气门芯与充气嘴相连，抽打两用真空泵进行抽气；内层气囊内的空气先被排除，当内层气囊和外层气囊的气压差达到排气阀的气压额定值时，排气阀导通，外层气囊开始排气，直至外层气囊内的空气排放到初始容量。
技术总结