CN104015097B - 复杂自由曲面类构件铺放成型的对刀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复杂自由曲面类构件铺放成型的对刀方法，属于复合材料自动铺放技术领域。首先，在数模上任取三点P1、P2、P3，记录其坐标和法向量，模具制造时对应数模三点标记。其次，将模具放置于工作范围内，运行旋转轴和平动轴，使铺放头垂直指向P1点，记下探测距离d1。再次运行旋转轴和平动轴，使铺放头垂直指向P2点，记下探测距离d2，若d1与d2的差值超出误差范围，则调整模具位置；若d1与d2的差值在误差范围内，则运行旋转轴和平动轴，使铺放头垂直指向P3点，记下探测距离d3，若探测距离d3与d1的差值，或d3与d2的差值，只要一个差值超出误差范围，则调整模具位置，再按上述步骤重新对刀；若探测距离d3与d1和d2的差值在误差范围内，则使机床从P3点运行到轨迹起始点，完成对刀。

Description

复杂自由曲面类构件铺放成型的对刀方法
技术领域
本发明涉及一种复杂自由曲面类构件铺放成型的对刀方法，属于复合材料自动铺放技术领域。
背景技术
自动铺放技术作为高性能复合材料复杂构件的主流制造技术，已经成为大型航空航天飞行器的标配制造技术，广泛应用于国外大型飞机制造公司。鉴于该技术在航空航天等军工领域的敏感性和国外的技术封锁，我国在此方面尚处于自主研发的起始阶段，仅是在少数几个科研院所展开相关研究工作，主要的铺丝产品尚仅限于小曲率构件，对于复杂构件的制造技术鲜有深入介入。
自动数控铺放设备采用増料加工方式，不同于传统数控设备的减料加工，因此，基于模具的对刀方法对制造高精度高质量的复合材料铺放构件至关重要。目前，数控加工中对模具的对刀方法虽然很多，却很难找出一种适用于自动铺放设备的模具对刀方法。鉴于此，本专利提出了一种适用于复杂自由曲面类构件铺放成型的对刀方法。
目前，数控加工过程中对模具的定位普遍采用非接触式定位方法，如授权公开号为CN102091969B的发明专利，通过以较低的毫伏级电压作为对刀电压，以刀具刀尖和对刀平面间发生空气击穿时的位置作为对刀点，并将此时两极间的电压信号处理后作为对刀信号加以识别来判断是否成功对刀。又如申请公布号为CN103737423A的发明专利，通过机床驱动携带异种电荷刀口的刀具到待加工表面携带电荷的物件，同时电火花检测模块检测有电火花产生来达到对刀的目的。
以上两种对刀方法均借助额外设备检验是否成功对刀，增加了生产成本，且操作不易控制。
发明内容
本发明提出的一种简单方便效率高、无需借助额外设备进行定位的适用于复杂自由曲面类构件铺放成型的对刀方法。
一种复杂自由曲面类构件铺放成型的对刀方法，其特征在于包括以下过程：步骤1、采用龙门式数控铺放设备，该设备拥有可垂直于模具的旋转轴B、C和平动轴X、Y、Z；在铺放头上装有激光探测头，用于测出探测距离，探测距离指铺放头到模具表面的垂直距离；步骤2、在构件数模上任取三点P1、P2、P3，记录其坐标(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)，法向量(nx1,ny1,nz1)、(nx2,ny2,nz2)、(nx3,ny3,nz3)；制造构件模具并对应数模三点进行标记，也标为P1、P2、P3点；步骤3、将构件模具平整放置于铺放设备行程范围内，转动旋转轴B和C，同时移动平动轴X、Y和Z，使铺放头垂直指向P1点，并记下探测距离d1,其中旋转轴和平动轴的运动量根据几何关系求得；步骤4、转动旋转轴B和C，同时移动平动轴X、Y和Z，使铺放头垂直指向P2点，记下探测距离d2；若d1与d2的差值超出误差范围(铺放头在数模表面运行时，铺放头到数模表面的距离会始终保持一个定值，即理论上d1与d2应相等)，说明模具摆放位置不合适，重新调整模具位置并退回步骤3处理；若d1与d2的差值在误差范围内，则进行步骤5；步骤5、转动旋转轴B和C，同时移动平动轴X、Y和Z，使铺放头垂直指向P3点，记下探测距离d3；步骤6、若探测距离d3与d1的差值，或d3与d2的差值，只要一个差值超出误差范围，说明模具摆放位置不合适，重新调整模具位置并退回步骤3处理；若探测距离d3与d1和d2的差值在误差范围内，则使机床从P3点运行到轨迹起始点，完成对刀。
本发明直接使用数控设备铺放头上的激光测距探头，利用激光测距探头所测数据进行对刀，不需要额外的模具定位装置进行定位，降低了生产成本，而且操作简单，效率高。很好地解决了现有技术需借助额外设备进行定位的问题。
所述的复杂自由曲面类构件铺放成型的对刀方法，其特征在于：所述构件模具为一次性模具。
所述的复杂自由曲面类构件铺放成型的对刀方法，其特征在于：所述构件模具为可复用模具；所述构件模具边缘具有凸块，该凸块不在铺放设备工作范围内；所述P1点位于该凸块上且处于水平位置，再次对刀时直接定位P1点，方便对刀。
附图说明
图1为一次性翼身融合体模型；
图2为可复用翼身融合体模型；
图中标号：P1、P2、P3点位置。
具体实施方式
以下实施例采用龙门式数控铺放设备，该设备拥有可垂直于模具的旋转轴B、C和平动轴X、Y、Z；在铺放头上装有激光探测头，用于测出探测距离，探测距离指铺放头到模具表面的垂直距离。
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式由模具和模具上标定的三个点P1、P2和P3组成。
(1)在翼身融合体数模上任取三点P1、P2、P3，记录其坐标(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)，法向量(nx1,ny1,nz1)、(nx2,ny2,nz2)、(nx3,ny3,nz3)，模具制造时对应数模三点进行标记。
(2)将模具平整放置于铺放设备行程范围内，转动旋转轴B和C，同时移动平动轴X、Y和Z，使铺放头垂直指向P1点，并记下探测距离d1。
(3)转动旋转轴B和C，同时移动平动轴X、Y和Z，使铺放头垂直指向P2点，记下探测距离d2。若d1与d2的差值超出误差范围，说明模具摆放位置不合适，需重新调整模具位置；若d1与d2的差值在误差范围内，则进行第(4)步操作。
(4)转动旋转轴B和C，同时移动平动轴X、Y和Z，使铺放头垂直指向P3点，记下探测距离d3。
(5)若探测距离d3与d1的差值，或d3与d2的差值，只要一个差值超出误差范围，说明模具摆放位置不合适，需重新调整模具位置，然后再按照步骤(1)、(2)、(3)、(4)进行对刀；若探测距离d3与d1和d2的差值在误差范围内，则使机床从P3点运行到轨迹起始点，完成对刀。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式由模具和模具上标定的三个点P1、P2和P3组成。首先，在翼身融合体数模上任取三点P1、P2、P3，记录其坐标和法向量，模具制造时对应数模三点进行标记。其次，将模具平整放置于铺放设备行程范围内，转动旋转轴B和C，同时移动平动轴X、Y和Z，使铺放头垂直指向P1点，并记下探测距离d1。再次转动旋转轴B和C，同时移动平动轴X、Y和Z，使铺放头垂直指向P2点，记下探测距离d2，若d1与d2的差值超出误差范围，说明模具摆放位置不合适，需重新调整模具位置；若d1与d2的差值在误差范围内，则继续进行后续操作。这时，转动旋转轴B和C，同时移动平动轴X、Y和Z，使铺放头垂直指向P3点，记下探测距离d3，若探测距离d3与d1的差值，或d3与d2的差值，只要一个差值超出误差范围，说明模具摆放位置不合适，需重新调整模具位置，然后再按照上述步骤重新进行对刀；若探测距离d3与d1和d2的差值在误差范围内，则使机床从P3点运行到轨迹起始点，完成对刀。
上述模具可以为一次性模具或可复用模具。当为可复用模具时；模具边缘具有凸块，该凸块不在铺放设备工作范围内；所述P1点位于该凸块上且处于水平位置，再次对刀时直接定位P1点，方便对刀。

Claims (3)

1.一种复杂自由曲面类构件铺放成型的对刀方法，其特征在于包括以下过程：
步骤1、采用龙门式数控铺放设备，该设备拥有可垂直于模具的旋转轴B、C和平动轴X、Y、Z；在铺放头上装有激光探测头，用于测出探测距离，探测距离指铺放头到模具表面的垂直距离；
步骤2、在构件数模上任取三点P1、P2、P3，记录其坐标(x1,y1,z1)、(x2,y2,z2)、(x3,y3,z3)，法向量(nx1,ny1,nz1)、(nx2,ny2,nz2)、(nx3,ny3,nz3)；制造构件模具并对应数模三点进行标记，也标为P1、P2、P3点；
步骤3、将构件模具平整放置于铺放设备行程范围内，转动旋转轴B和C，同时移动平动轴X、Y和Z，使铺放头垂直指向P1点，并记下探测距离d1,其中旋转轴和平动轴的运动量根据几何关系求得；
步骤4、转动旋转轴B和C，同时移动平动轴X、Y和Z，使铺放头垂直指向P2点，记下探测距离d2；若d1与d2的差值超出误差范围，说明模具摆放位置不合适，重新调整模具位置并退回步骤3处理；若d1与d2的差值在误差范围内，则进行步骤5；
步骤5、转动旋转轴B和C，同时移动平动轴X、Y和Z，使铺放头垂直指向P3点，记下探测距离d3；
步骤6、若探测距离d3与d1的差值，或d3与d2的差值，只要一个差值超出误差范围，说明模具摆放位置不合适，重新调整模具位置并退回步骤3处理；
若探测距离d3与d1和d2的差值在误差范围内，则使机床从P3点运行到轨迹起始点，完成对刀。
2.根据权利要求1所述的复杂自由曲面类构件铺放成型的对刀方法，其特征在于：所述构件模具为一次性模具。
3.根据权利要求1所述的复杂自由曲面类构件铺放成型的对刀方法，其特征在于：所述构件模具为可复用模具；所述构件模具边缘具有凸块，该凸块不在铺放设备工作范围内；所述P1点位于该凸块上且处于水平位置，再次对刀时直接定位P1点，方便对刀。
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