CN102566439B - 一种用于数控托架的空间定位计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于数控托架的空间定位计算方法，包括以下步骤：1）各部件的三维数模的处理；2）数模中进行固定机构和运动机构的定义；3)为数控托架的多轴运动设置驱动命令；4)模拟各轴运动是否符合实际情况；5)修正数控托架数模的运动零点；6)自动钻铆机主轴轴线与铆接点法线重合，铆接点与压力脚衬套中心重合；7)进行数模的刷新；8)计算出飞机产品表面任意一点自动钻铆工作条件下的数控托架五轴数据和下铆头的升降位置和旋转角度数据；9)空间定位数据的碰撞验证及批量输出；10)数控编程使自动钻铆机连续进行作业。该方法使数控系统根据此定位数据能自动运行，可以使数控托架上飞机产品在空间上满足自动钻铆机的工作要求。

Description

一种用于数控托架的空间定位计算方法

技术领域

本发明涉及一种用于数控托架的空间定位计算方法，用于计算飞机产品在空间定位条件下的数控托架定位数据的方法。

背景技术

目前的飞机产品的装配逐步向数字化方向发展来取代传统的人工装配的作业方法，自动钻铆机已经在飞机装配线上采用，但飞机产品在自动钻铆机上加工时必须满足自动钻铆机的主轴垂直钻入飞机产品表面，由于飞机产品的表面为双曲度且不规则，使得飞机产品在加工时要不断调整空间状态使铆接点调平，此前的这种调整由人工来实施，靠人工主观判断，只能近似完成调平，造成定位时间长、效率低、劳动强度高，且定位不准确。为实现飞机产品的自动调平，提高效率，设计制造了用于进行空间定位调平飞机产品的数控托架，但在使用过程中要计算出数控托架的多轴空间定位数据来使飞机产品上的每一铆接点满足其空间定位要求，国外航空制造业在解决此计算问题时采用专业公司的FASTIP软件，约需花费人民币一百五十万左右，成本极高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于数控托架的空间定位计算方法，该方法使数控系统根据此定位数据能自动运行，可以使定位在数控托架上飞机产品在空间上满足自动钻铆机的工作要求。

为解决以上问题，本发明的具体技术方案如下：一种用于数控托架的空间定位计算方法，包括以下步骤：

1）利用CATIA或DELMIA三维数字化环境为平台，进行自动钻铆机、数控托架和飞机产品三维数模的处理,三维数模尺寸均按1：1实际尺寸设计，统一调入数字化环境后其空间的相互位置关系按实际位置进行约束，飞机产品表面的铆接点按实际需要进行选取，采用CATIA曲面法线功能为每个铆接点建立以铆接点为起点，固定长度值的法向直线；

 2）根据实际的加工形式分析数控托架和自动钻铆机的可动部件，数模中进行固定机构和运动机构的定义，实现自动钻铆机、地面、数控托架的X轴导轨的固定，数控托架的多轴的空间运动定义，自动钻铆机的下铆头旋转和升降的运动关系、方向和行程进行定义；

3)为数控托架的多轴运动设置驱动命令，封闭其自由度链，使所有调入的数模成为一个机械装置，由外部命令进行驱动，此时数字化空间的运动进入可模拟状态；

4)进入模拟界面，模拟各轴运动是否符合实际情况，其中模拟结果可立即在数字空间体现出来；

5)修正数控托架数模的运动零点，使其与实际数控托架的零点重合，具体步骤为：在实际数控托架运行到固定位置时，从控制台屏幕获取实际数控托架各轴运动数据，并测量实际固定位置与数模中的固定基准点的位置关系，在数模中利用此测量值约束数控托架的数模与钻铆机的相对关系，使数模中的固定基准点的位置与实际情况一致，然后进入模拟界面，记录数模中数控托架各轴的数值，逐项计算差值；将此差值补偿进步骤4中数模的数值输入区，数模即移动到实际位置，然后编辑驱动命令，将各轴置零，这时数控托架的实际零点将与数模中的固定基准点重合；

6)根据自动钻铆机的主轴垂直钻入飞机产品表面的要求，以及飞机产品表面铆接点在工作位置时位于自动钻铆机压力脚衬套的中心的条件，在数字化空间设置法线重合约束和铆接点重合约束，使自动钻铆机的主轴的轴线与铆接点法线直线重合，铆接点与压力脚衬套中心重合；

 7)进行数模的刷新，使约束运行到位，可在数字化空间直接看到实际的空间运行结果，进入步骤4的模拟界面，此时处于工作位置的铆接点的在实际工作条件下的数控托架的五轴数据和下铆头的升降位置和旋转角度数据的结果被自动计算并显示出来；

8)利用步骤6和步骤7可计算出飞机产品表面任意一点自动钻铆工作条件下的数控托架五轴数据和下铆头的升降位置和旋转角度数据；

9)空间定位数据的碰撞验证及批量输出：针对一个完整的飞机产品将所有的铆接点的空间定位数据进行批量输出形成一个序列，供实际使用，在三维环境中对空间定位数据序列进行干涉验证；

10)数控编程：根据形成的空间定位数据序列能直接供数控系统使用，驱动定位有飞机产品的数控托架在空间定位，使任意铆接点的位置和空间姿态满足法线垂直即调平要求，使自动钻铆机能快速、连续进行作业。

该用于数控托架的空间定位计算方法采用上述步骤，实现了虚拟数字空间与实际设备工作空间的映射，在数字化空间计算出实际飞机产品定位时的数控托架空间定位数据，并实际用于数控托架的数控系统，成功地实现了数控托架的连续安全的空间定位。

附图说明

图1为自动钻铆机、数控托架及飞机产品示意图。

图2为飞机产品铆接点约束示意图。

图3为实际加工位置剖视图。

其中1、数控托架；2、数控托架的X轴导轨；3、数控托架的多轴；4、动钻铆机的主轴；5、压力脚衬套；6、铆接点；7、法向直线；8、自动钻铆机的下铆头。

具体实施方式

一种用于数控托架的空间定位计算方法，按如下步骤进行：

1）如图1所示，利用CATIA或DELMIA三维数字化环境为平台，进行自动钻铆机、数控托架和飞机产品三维数模的处理,三维数模尺寸均按1：1实际尺寸设计，统一调入数字化环境后其空间的相互位置关系按实际位置进行约束，飞机产品表面的铆接点6按实际需要进行选取，采用CATIA曲面法线功能为每个铆接点建立以铆接点为起点，固定长度值的法向直线7；

2）根据实际的加工形式分析数控托架和自动钻铆机的可动部件，在数模中进行固定机构和运动机构的定义，实现自动钻铆机、地面、数控托架的X轴导轨2的固定，数控托架的多轴3的空间运动定义，自动钻铆机的下铆头8旋转和升降的运动关系、方向和行程进行定义；

3)为数控托架的多轴运动设置驱动命令，封闭其自由度链，使所有调入的数模成为一个机械装置，由外部命令进行驱动，此时数字化空间的运动进入可模拟状态；

4)进入模拟界面，模拟各轴运动是否符合实际情况，其中模拟结果可立即在数字空间体现出来；

5)修正数控托架1数模的运动零点，使其与实际数控托架的零点重合，具体步骤为：在实际数控托架1运行到固定位置时，从控制台屏幕获取实际数控托架各轴运动数据，并测量实际固定位置与数模中的固定基准点的位置关系，在数模中利用此测量值约束数控托架的数模与钻铆机的相对关系，使数模中的固定基准点的位置与实际情况一致，然后进入模拟界面，记录数模中数控托架各轴的数值，逐项计算差值；将此差值补偿进步骤4中数模的数值输入区，数模即移动到实际位置，然后编辑驱动命令，将各轴置零，这时数控托架的实际零点将与数模中的固定基准点重合；

6)如图2所示，根据自动钻铆机的主轴垂直钻入飞机产品表面的要求，以及飞机产品表面铆接点在工作位置时位于自动钻铆机压力脚衬套的中心的条件，在数字化空间设置法线重合约束和铆接点重合约束，使自动钻铆机的主轴4的轴线与铆接点法线直线7重合，铆接点6与压力脚衬套5中心重合；

7)进行数模的刷新，使约束运行到位，如图3所示，可在数字化空间直接看到实际的空间运行结果，进入步骤4的模拟界面，此时处于工作位置的铆接点的在实际工作条件下的数控托架的五轴数据和下铆头的升降位置和旋转角度数据的结果被自动计算并显示出来；

8)利用步骤6和步骤7可计算出飞机产品表面任意一点自动钻铆工作条件下的数控托架五轴数据和下铆头的升降位置和旋转角度数据；

9)空间定位数据的碰撞验证及批量输出：针对一个完整的飞机产品将所有的铆接点的空间定位数据进行批量输出形成一个序列，供实际使用，在三维环境中对空间定位数据序列进行干涉验证；

10)数控编程：根据形成的空间定位数据序列能直接供数控系统使用，驱动定位有飞机产品的数控托架在空间定位，使任意铆接点的位置和空间姿态满足法线垂直即调平要求，使自动钻铆机能快速、连续进行作业。

本方法的优点为采用了唯一的全三维数字化的计算环境，直观、准确地反映出飞机产品和设备之间的相对位置关系，避免了不同来源的数字模型的相对坐标系的转换问题。计算结果和图形化空间同步显示，使加工过程可视化成为可能，并能直接验证空间定位的可行性。通过本方法能方便快捷地计算出飞机产品表面每一个铆接点的数控定位数据，此数据可直接用于数控托架的数控系统进行设备的驱动。使用过程中能对数控托架和自动钻铆机进行相对运动的模拟仿真，并在运动过程中进行命令参数控制，模拟实际运行情况，大大提高试运行过程的一次成功率，在数控托架上飞机产品的型号发生变化时，只需在系统中将数模做相应更换，即可再次快速计算出结果并进行空间模拟运动，预测飞机产品进入和退出自动钻铆机过程中的干涉问题，并在仿真过程中通过修改数控托架运行路径来进行躲避，极大提高了设备运行过程中的安全性和可控性。

Claims (1)

1.一种用于数控托架的空间定位计算方法，其特征在于包括以下步骤：

1）利用CATIA或DELMIA三维数字化环境为平台，进行自动钻铆机、数控托架和飞机产品三维数模的处理,三维数模尺寸均按1：1实际尺寸设计，统一调入数字化环境后其空间的相互位置关系按实际位置进行约束，飞机产品表面的铆接点按实际需要进行选取，采用CATIA曲面法线功能为每个铆接点建立以铆接点为起点，固定长度值的法向直线；

 2）根据实际的加工形式分析数控托架和自动钻铆机的可动部件，数模中进行固定机构和运动机构的定义，实现自动钻铆机、地面、数控托架的X轴导轨的固定，数控托架的多轴的空间运动定义，自动钻铆机的下铆头旋转和升降的运动关系、方向和行程进行定义；

3)为数控托架的多轴运动设置驱动命令，封闭其自由度链，使所有调入的数模成为一个机械装置，由外部命令进行驱动，此时数字化空间的运动进入可模拟状态；

4)进入模拟界面，模拟各轴运动是否符合实际情况，其中模拟结果可立即在数字空间体现出来；

5)修正数控托架数模的运动零点，使其与实际数控托架的零点重合，具体步骤为：在实际数控托架运行到固定位置时，从控制台屏幕获取实际数控托架各轴运动数据，并测量实际固定位置与数模中的固定基准点的位置关系，在数模中利用上述测量关系约束数控托架的数模与钻铆机的相对关系，使数模中的固定基准点的位置与实际情况一致，然后进入模拟界面，记录数模中数控托架各轴的数值，逐项计算差值；将此差值补偿进步骤4中数模的数值输入区，数模即移动到实际位置，然后编辑驱动命令，将各轴置零，这时数控托架的实际零点将与数模中的固定基准点重合；

6)根据自动钻铆机的主轴垂直钻入飞机产品表面的要求，以及飞机产品表面铆接点在工作位置时位于自动钻铆机压力脚衬套的中心的条件，在数字化空间设置法线重合约束和铆接点重合约束，使自动钻铆机的主轴的轴线与铆接点法线直线重合，铆接点与压力脚衬套中心重合；

 7)进行数模的刷新，使约束运行到位，可在数字化空间直接看到实际的空间运行结果，进入步骤4的模拟界面，此时处于工作位置的铆接点的在实际工作条件下的数控托架的五轴数据和下铆头的升降位置和旋转角度数据的结果被自动计算并显示出来；

8)利用步骤6和步骤7可计算出飞机产品表面任意一点自动钻铆工作条件下的数控托架五轴数据和下铆头的升降位置和旋转角度数据；

9)空间定位数据的碰撞验证及批量输出：针对一个完整的飞机产品将所有的铆接点的空间定位数据进行批量输出形成一个序列，供实际使用，在三维环境中对空间定位数据序列进行干涉验证；

10)数控编程：根据形成的空间定位数据序列能直接供数控系统使用，驱动定位有飞机产品的数控托架在空间定位，使任意铆接点的位置和空间姿态满足法线垂直即调平要求，使自动钻铆机能快速、连续进行作业。

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