CN105855992B - 一种大型曲面复合材料工装整体检测的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型曲面复合材料工装整体检测的工艺方法，采用高弹尼龙丝固化而成的带柄球头，将尼龙球头与圆柱状钢柄组成一体，并装夹在数控机床的夹刀柄上；使球头与工装被检测表面产生接触变形，以铣切的方式让尼龙球头与工装表面的显影剂产生摩擦，形成一道道相互平行的痕迹，根据痕迹的宽度变化来判断工装的变形趋势；通过数控机床z轴调整量、宽度差值和法矢量等参数，计算出工装实际变形量；根据工装的变形量和趋势，制定下道工序的加工解决方案。该工艺方法提高了工装在制造过程中的检测效率，大量减少辅助工时，同时能大幅度降低生产成本，提高工装的制造效率和加工质量，减少操作者的工作强度和大型工装的吊装及周转风险。

Description

一种大型曲面复合材料工装整体检测的工艺方法

技术领域

本发明涉及一种大型曲面复合材料工装整体检测的工艺方法，用于工装在数控加工过程中对工装进行快速检测，属于机械制造领域。

背景技术

为了提高航空大型复合材料工装的使用稳定性，设计人员提高了对工装成型钢板厚度的公差要求。因为工装的支撑底座及与成型钢板的连接均是焊接而成，虽然对工装进行了去应力操作，但在数控加工过程中仍然存在剩余焊接应力的二次释放问题，而且还有加工应力的产生。在二者共同作用下，工装在粗加工后往往产生不同程度和趋势上的变形，为及时了解工装的变形量和趋势，以保证成型钢板厚度公差，需要反复将工装周转到测量设备上进行检测，但是测量过程受环境、人员和设备的影响较大，测量数据在电脑软件拟合的过程中也存在失真的情况。这样直接影响了工装的制造精度，严重拖延了工装的生产周期，大幅度提高了工装生产成本。因此，提高大型曲面复合材料工装加工过程中的检测便捷性和准确性是问题解决的关键。

在现有的技术中，为了解工装的变形状态，以提供下道工序的加工解决方案，通常会遇到以下问题：

1）通过大型切面样板卡在工装型面内，通过对比接触面的缝隙和不同样板上的水平高度差来判断工装的变形状态，当工装曲率变化大时，主要靠多位经验丰富的操作人员相互配合来完成，而且工人操作困难，工作量大，存在较大的检测误差；

2）光学非接触式测量过程繁琐，前期辅助工时较多，特别是粗加工后的工装表面粗糙度较大，而且工装曲面变化大时，光学扫描和照相获得的数据精度不是很好，在后期人工通过电脑软件对采集的点云数据进行处理时，容易造成误判，拟合后的数模效果差，存在失真的情况；

3）数控三坐标测量机接触式测量大型曲面复合材料工装，无论是预先采集坐标点编程测量，还是接触式扫描测量，其过程需要大量的辅助工时，而且后期需要人工通过电脑软件对测量数据进行分析、拟合，拟合测量数据所得的数模受测量人员和工艺人员业务水平和经验的影响较大。

在很多情况下，通过常规方法检测得到的分析结果不能真实反映实际工装的状态，而且检测过程繁琐，辅助工时较多，检测数据容易失真，结果存在很大误差，无法为下道工序提供直观、准确和有效的加工解决方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大型曲面复合材料工装整体检测的工艺方法，该工艺方法检测过程便捷、高效，检测结果具有真实、直观和可靠等特点，不但提高了工装的检测和加工效率，还能大幅度降低生产成本，减少辅助工时的发生，而且降低了操作者的工作强度，避免了以前大型工装在反复检测过程中的吊装及周转风险。

为解决大型曲面复合材料工装在加工过程中的整体检测问题，本发明的技术方案包括以下步骤：

1） 工装在数控粗加工或半精加工完成后，进行振动去应力操作；

2） 去除工装表面的油脂、废液和杂质，保持工装型面清洁、干净；

3） 将光学测量显影剂均匀的喷涂到工装型面上，保证覆盖均匀、厚度一致；

4） 将工装以自然状态重新放回原数控机床上，并保证原加工工位；

5） 用薄垫片将已经变形的工装底面悬空处填满，并压紧压板保证工装底面平实；

6） 采用高弹尼龙丝固化而成带柄的球头，将尼龙球头与圆柱状钢柄固定组成一体，并装夹在数控机床的夹刀柄上，选择数控机床Z轴与工装表面矢量相同的地方轻微接触，并记录Z轴机床坐标值，然后下调Z值5mm，使球头与工装被检测表面产生接触变形；

7） 根据工装的尺寸采用调整步距、转速和进给等参数，以铣切的方式让尼龙球头与工装表面的显影剂产生摩擦，在工装表面形成一道道相互平行的痕迹；

8） 根据摩擦痕迹的宽度变化来判断工装的变形趋势，如果痕迹宽度均匀，即可判断为合格区；如果痕迹变宽，即可判断为凸出区；如果痕迹变窄，即可判断为凹陷区；

9） 找出摩擦痕迹变化最宽和最窄的位置，分别重新喷涂显影剂，并根据相应的位置编制局部铣切程序，通过调整数控机床主轴，保证此处的摩擦痕迹与工装合格区的宽度一致；

10）分别记录此时数控机床Z轴调整量；

11）通过z轴调整量、与标准摩擦痕宽度的差值和此处型面的法矢量等参数，分别计算出最宽和最窄处的工装实际变形量；

12）根据工装的变形量和趋势，制定下道工序的加工解决方案。

该大型曲面复合材料工装整体检测的工艺方法，是利用尼龙球头的弹性变化与工装表面的显影剂摩擦产生的痕迹来反映工装变形趋势，并计摩擦算痕迹的最宽和最窄处相关参数的方法来对工装进行检测和分析。该工艺方法提高了工装在制造过程中的检测效率，大量减少辅助工时，检测过程便捷、高效，而且检测结果具有真实、直观和可靠等特点，还能大幅度降低生产成本，提高工装的制造效率和加工质量，减少操作者的工作强度和大型工装的吊装及周转风险，避免了测量数据失真和严重依赖人员经验的问题，完全消除了测量设备和人员对检测结果的影响。

附图说明

图1为尼龙球头和圆柱状钢柄连接的结构示意图。

图2为尼龙球头在大型曲面复合材料工装整体检测过程的结构示意图。

具体实施方式

一种大型曲面复合材料工装整体检测的工艺方法，包括以下步骤：

1）工装在数控粗加工或半精加工完成后，进行振动去应力操作；

2）去除工装表面的油脂、废液和杂质，保持工装型面清洁、干净；

3）将光学测量显影剂均匀的喷涂到工装型面上，保证覆盖均匀、厚度一致；

4）将工装以自然状态重新放回原数控机床上，并保证原加工工位；

5）用薄垫片将已经变形的工装底面悬空处填满，并压紧压板保证工装底面平实；

6）采用高弹尼龙丝固化而成带柄的尼龙球头，如图1所示球体直径为40mm，并与直径为28mm、长200mm的圆柱状钢柄连接在一起；将球头上方的圆柱柄装夹在数控机床的夹刀柄上，选择数控机床Z轴与工装表面矢量相同的地方轻微接触，并记录Z轴机床坐标值，然后下调Z值5mm，使球头与工装被检测表面产生接触变形，如图2所示 ；

7）采用刀具径向步距为50mm，主轴180转/分钟、30毫米/秒进给的编程策略，以铣切的方式让尼龙球头与工装表面的显影剂产生摩擦，在工装表面形成一道道相互平行的痕迹；

8)根据痕迹的宽度变化来判断工装的变形趋势。如果痕迹宽度均匀，即可判断为合格区；如果痕迹变宽，即可判断为凸出区；如果痕迹变窄，即可判断为凹陷区；

9)找出痕迹变化最宽和最窄的位置，分别重新喷涂显影剂，并根据相应的位置编制局部铣切程序，通过调整数控机床主轴，保证此处的摩擦痕迹与工装合格区的宽度一致；

10）分别记录此时数控机床Z轴调整量；

11）通过z轴调整量、与标准摩擦痕宽度的差值和此处型面的法矢量等参数，分别计算出最宽和最窄处的工装实际变形量；

12）根据工装的变形量和趋势，制定下道工序的加工解决方案。

Claims (1)

1.一种大型曲面复合材料工装整体检测的工艺方法，其特征在于包括以下步骤：

1）工装在数控粗加工或半精加工完成后，进行振动去应力操作；

2）去除工装表面的油脂、废液和杂质，保持工装型面清洁、干净；

3）将光学测量显影剂均匀的喷涂到工装型面上，保证覆盖均匀、厚度一致；

4）将工装以自然状态重新放回原数控机床上，并保证原加工工位；

5）用薄垫片将已经变形的工装底面悬空处填满，并压紧压板保证工装底面平实；

6）采用高弹尼龙丝固化而成带柄的球头，将尼龙球头与圆柱状钢柄固定组成一体，并装夹在数控机床的夹刀柄上，选择数控机床Z轴与工装表面矢量相同的地方轻微接触，并记录Z轴机床坐标值，然后下调Z值5mm，使球头与工装被检测表面产生接触变形；

7）根据工装的尺寸采用调整步距、转速和进给参数，以铣切的方式让尼龙球头与工装表面的显影剂产生摩擦，在工装表面形成一道道相互平行的痕迹；

8）根据摩擦痕迹的宽度变化来判断工装的变形趋势；如果痕迹宽度均匀，即可判断为合格区；如果痕迹变宽，即可判断为凸出区；如果痕迹变窄，即可判断为凹陷区；

9）找出摩擦痕迹变化最宽和最窄的位置，分别重新喷涂显影剂，并根据相应的位置编制局部铣切程序，通过调整数控机床主轴，保证此处的摩擦痕迹与工装合格区的宽度一致；

10）分别记录此时数控机床Z轴调整量；

11）通过z轴调整量、与标准摩擦痕宽度的差值和此处型面的法矢量参数，分别计算出最宽和最窄处的工装实际变形量；

12）根据工装的变形量和趋势，制定下道工序的加工解决方案。