1.一种复合材料切削装置,其特征在于,包括机床(1)、夹具(3)、三维运动机构(5)、随动梁(6)、刀具进给机构(7)、加热模块(8)及随动支撑机构(9),其中夹具(3)与机床(1)的主轴(2)连接,夹具(3)用于固定薄壁工件(4),三维运动机构(5)和刀具进给机构(7)均设置于机床(1)上,刀具进给机构(7)位于薄壁工件(4)的侧部,刀具进给机构(7)用于对薄壁工件(4)进行切削工艺,三维运动机构(5)位于固定薄壁工件(4)的端部,且三维运动机构(5)的输出端与随动梁(6)连接,随动梁(6)与主轴(2)平行,且随动梁(6)末端与随动支撑机构(9)连接,随动支撑机构(9)用于在薄壁工件(4)的内侧支撑切削部位,加热模块(8)设置于刀具进给机构(7)上,加热模块(8)用于薄壁工件(4)待加工区域的预热;
所述刀具进给机构(7)包括三维运动平台、转台(703)、超声波发生器(704)及刀具,其中三维运动平台设置于所述机床(1)的一侧,转台(703)设置于三维运动平台上,超声波发生器(704)设置于转台(703)的偏心位置处,刀具设置于超声波发生器(704)上,超声波发生器(704)对刀具施加超声振动;
所述随动支撑机构(9)包括能够伸缩的多套随动支撑杆;多套随动支撑杆均与所述随动梁(6)垂直连接,每套随动支撑杆的末端分别与所述薄壁工件(4)内表面不同位置抵接;
所述随动支撑杆包括滚动轮(901)、伸缩杆(902)、拉线编码器(904)及直线模组,其中伸缩杆(902)的一端与所述随动梁(6)垂直滑动连接,伸缩杆(902)的另一端与滚动轮(901)连接,滚动轮(901)与所述薄壁工件(4)内表面滚动接触;
拉线编码器(904)和直线模组均垂直设置于所述随动梁(6)上,且直线模组的动力输出端和拉线编码器(904)的拉线伸缩线头均与伸缩杆(902)连接, 直线模组用于驱动伸缩杆(902)相对所述随动梁(6)伸缩,拉线编码器(904)用于实时测量滚动轮(901)与所述薄壁工件(4)内表面接触点的空间位置变化。
2.根据权利要求1所述的复合材料切削装置,其特征在于,所述刀具包括刀柄(705)和陶瓷刀片(706),其中刀柄(705)的一端与所述超声波发生器(704)的输出端连接,刀柄(705)的另一端与陶瓷刀片(706)连接。
3.根据权利要求1所述的复合材料切削装置,其特征在于,所述加热模块(8)包括支撑柱(801)、摆臂(802)、光纤激光器(804)、摆动动力源及测温传感器,其中支撑柱(801)设置于所述转台(703)的中心,摆动动力源设置于支撑柱(801)上,摆动动力源的输出端与摆臂(802)的一端连接,摆臂(802)的另一端与光纤激光器(804)连接;摆动动力源通过摆臂(802)驱动光纤激光器(804)上下摆动,光纤激光器(804)用于向所述薄壁工件(4)的待加工表面发射激光束(803)进行预热,光纤激光器(804)具有热成像视觉,能够对所述薄壁工件(4)的加工区域温度场在线采集。
4.根据权利要求1所述的复合材料切削装置,其特征在于,所述伸缩杆(902)上靠近滚动轮(901)设有振动传感器(905),振动传感器(905)用于采集所述滚动轮(901)与所述薄壁工件(4)接触点的空间振动信息。
5.根据权利要求1所述的复合材料切削装置,其特征在于,所述夹具(3)包括内夹具盘(301)和外夹具环(302),其中内夹具盘(301)与所述主轴(2)可拆卸连接,且内夹具盘(301)与所述主轴(2)同轴;
外夹具环(302)采用热装的方式套装在所述薄壁工件(4)的一端外侧,带有外夹具环(302)的所述薄壁工件(4)热装在内夹具盘(301)的外侧,且外夹具环(302)与所述主轴(2)可拆卸连接。
6.一种利用如权利要求4所述装置的复合材料切削方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S1:在机床(1)的主轴(2)上通过夹具(3)固定薄壁工件(4);
步骤S2:主轴(2)带动薄壁工件(4)旋转;
步骤S3:随动支撑机构(9)通过滚动轮(901)与薄壁工件(4)的内壁滚动接触,且对薄壁工件(4)施加预压力;
步骤S4:通过加热模块(8)对薄壁工件(4)进行预热;
步骤S5:通过刀具进给机构(7)对预热后的薄壁工件(4)进行切削,且通过冷却水对薄壁工件(4)已切削部位进行冷却;
步骤S6:拉线编码器(904)在线检测薄壁工件(4)的进给变形信息且输出;通过振动传感器(905)采集滚动轮(901)与所述薄壁工件(4)接触点的空间振动信息;
步骤S7:当拉线编码器(904)检测的薄壁工件(4)的进给变形信息未达到设定值,则重复步骤S3~步骤S6;
步骤S8:刀具进给机构(7)轴向移动,直至完成薄壁工件(4)的整个切削过程;
步骤S9:拆卸薄壁工件(4)后进行检验。
7.根据权利要求6所述的复合材料切削方法,其特征在于,在步骤S5中,通过超声波发生器(704)产生超声振动,使刀具与薄壁工件(4)产生周期性的高频离合,实现超声波辅助加工。