CN106077225A - 一种u形隔框类航空薄壁结构件变形的液胀校形机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种U形隔框类航空薄壁结构件变形的液胀校形机，包括：液胀校形系统，进给定位系统，压力检测与控制系统，夹紧固定系统，油路系统，人机交互面板及机架。校形时，夹紧固定系统将工件固定于可转动式工作平台上，进给定位系统带动液胀校形系统到校形点位置，由油路系统向液胀校形系统供液压油，液胀校形系统中橡胶袋在液压油作用下膨胀使得刚度相对较弱的工件需校形面发生变形校正。与现有技术相比，本发明显著优点有：一、现有的校形方法均是刚性接触校形，本发明设计了一种新型液胀柔性接触式校形设备。二、校形范围更大，可针对U型隔框类航空薄壁结构件绕底面弯曲变形、扭曲变形、弯扭复合变形、局部凹凸及侧壁变形进行校正。
Description
技术领域
本发明涉及航空薄壁结构件变形校形领域，特别是涉及一种U形截面的隔框类航空薄壁结构件变形校形设备。
背景技术
隔框类航空薄壁结构件具有重量轻、强度高、力学性能好等诸多优点，因而被广泛的应用于航空航天设备上。在拥有众多优点的同时，隔框类航空薄壁结构件也有一个很严重的缺点就是易变形，由于加工前毛坯件内部残余应力分布是形式多样，加工工艺不尽相同，导致加工完成的薄壁结构件变形形式也众多，涉及弯曲、扭曲、弯扭复合、局部凹凸、侧壁变形等，这种变形的变形量虽然不大，但对于高精度要求的航空航天设备是不可接受的，同时航空薄壁结构件造价极高，如果直接报废将导致大量经济损失，因而对航空薄壁结构件的变形进行校正变得极为重要。在国外有部分国家已有少量相关校形设备，但由于涉及国家机密，均不外传。在国内现在还没有投入工业的校形设备，实际加工中还依赖工人师傅用简单的锤子凭借经验进行敲击校形，相关研究领域也只有部分学者提出了一些三点反弯、侧壁滚压的方法，这些方法并没有被应用于实际，并且都只能针对单一零件的单一变形进行校正，对于稍微复杂零件的复杂变形便无能为力，同时由于是机械式刚性接触校形，对工件会带来很对附加损伤。
发明内容
基于上述背景，本发明提出一种液压胀形式校形设备，能够针对U形截面的隔框类航空薄壁结构件的弯曲、扭曲、弯扭复合、局部凹凸、侧壁变形等各种变形进行校形。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
提供一种U形隔框类航空薄壁结构件变形的液胀校形机，包括液胀校形系统，进给定位系统，压力检测与控制系统，油路系统，夹紧固定系统，人机交互面板及机架。校形时，夹紧固定系统采用夹紧螺栓将工件固定于一个可转动式工作平台上，根据需要选择固定式液胀校形系统或可调式液胀校形系统，然后由进给定位系统带动液胀校形系统到校形点位置，由油路系统向液胀校形系统供液压油，液胀校形系统中橡胶袋液压油作用下膨胀使得刚度相对较弱的工件接触面发生变形校正。本发明的有益效果是：
1现有的航空薄壁件地校形方法均是机械式刚性接触校形，易导致应力集中，产生附件损伤。针对常用的U型截面航空薄壁件的校形，本发明设计了一种新型液胀柔性接触式校形方设备，并采用压力控制方法进行校形。
2本发明提出的校形装置校形范围更大，可针对U型隔框类航空薄壁结构件绕底面弯曲变形、扭曲变形、弯扭复合变形、局部凹凸及侧壁变形进行校正。
3本发明提出的校形装置设计有压力检测和控制系统，可连续的测量橡胶袋中液压油的压力，根据变形大小，通过油路系统来控制压力的值，能够对工件进行精确的校形。
4本发明提出的校形装置可以实现半自动化校形，相对现有的敲击式或者手持式的校形大大的降低了工人的劳动强度和提高校形效率，具有很高的实用价值。
附图说明
图1是一种U形隔框类航空薄壁结构件变形的液胀校形机一较佳实施例
的立体结构示意图；
图2是夹紧固定系统结构图；
图3是油路系统示意图；
图4是进给定位系统结构图；
图5是液胀校形系统进油嘴局部放大结构图；
图6是压力传感器安装位置局部放大图；
图7是可调式液胀校形系统结构图；
图8是固定式液胀校形系统结构图；
图9是人机交互面板示意图；
图中1为油箱，2为二级过滤装置，3为油泵，4为二位三通电磁换向阀，5为节流阀，6为定值减压阀，7为二位二通电磁阀换向阀，8为单向阀，9为纵向进给系统油路，10为液胀校形系统油路，11为单向阀，12为二位二通换向阀，13为节流阀，14为溢流阀，15为横向可动板，16为齿条，17为轴承座，18为轴，19为齿轮，20为联轴器，21为步进电机，22为横向固定板，23为橡胶袋，24为压力传感器，25为空心转动轴，26为活塞，27为回复弹簧，28为液压缸盖，29为进油嘴，30为联轴器，31为电机座连接架，32为步进电机，33为电机机座，34为进油嘴，35为可转动式工作平台一，36为上夹紧螺栓，37为上滑块，38为下夹紧螺栓，39为下滑快，40为联轴器，41为电机座，42为步进电机，43为移动面板，44为轴承座，45为可转动式工作平台二，46为支撑平台一，47为移动滑块，48为支撑平台二，49为丝杆，50为轴承座，51为步进电机，52为电机座，53为固定底板，54为移动滑块，55为人机交互面板，56为机架，57为液压缸，58为轴，59为移动面板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
如图1所示，此为一种U形隔框类航空薄壁结构件变形的液胀校形机一较佳实施例的立体结构示意图。油箱(1)安装在最下面，油箱(1)上面安装有机架(56)，油泵(3)及夹紧固定系统结构，机架(56)顶端安装有进给定位系统结构，进给定位系统机构下端与液胀校形系统结构连接。
如图2所示，此为夹紧固定系统机构，该机构分为上下两部分，下部为两个结构和安装方式相同的支撑机构一和支撑机构二，所述支撑机构二包括支撑平台二(48)、移动滑块(47)、丝杆(49)、轴承座(50)、步进电机(51)、电机座(52)及固定面板(53)。所述支撑平台(48)安装在固定底板(53)上，固定底板(53)安装在油箱(1)上。支撑平台二(48)开有槽，安装于槽上的移动滑块(47)经步进电机(51)通过丝杆(49)螺母副驱动可在支撑平台(48)上前后滑动。移动滑块(47)与工作平台机构二相连，移动滑块(54)与工作平台机构一相连。支撑机构一和支撑机构二可分别通过移动滑块(54)和移动滑块(47)带动工作平台机构一和工作平台机构二独立的沿前后方向移动，从而调整可转动式工作平台一(35)和可转动式工作平台二(45)之间的距离，满足对不同宽度工件进行安装固定。
机构上部分为两个结构和安装方式相同的工作平台机构一和工作平台构二，所述工作平台机构一包括可转动式工作平台一(35)、上滑块(37)、下滑快(39)、上夹紧螺栓(36)及下夹紧螺栓(38)。可转动式工作平台一(35)上设计有上下滑槽，上下滑槽中分别安装有上滑块(37)和下滑块(39)，上下滑块中安装有上夹紧螺栓(36)和下夹紧螺栓(38)，通过调节上下夹紧螺栓对工件夹紧。所述可转动式工作平台一(35)通过轴(58)、联轴器(40)、步进电机(42)、电机座(41)、轴承座(44)与移动面板(43)连接，可转动式工作平台(35)在步进电机(42)驱动下可相对移动面板(43)精确旋转一定角度。可转动式工作平台二(45)与可转动式工作平台一(35)设计、安装相同。校形时将其中一工作平台旋转一定角度，通过液胀力使工件位于该工作平台上部分发生变形贴紧该工作平台，从而实现工件有精确的过弯量，使卸载后工件通过回弹刚好能完全校正。
如图3至图7所示，为油路系统、压力检测与控制系统、定位进给系统及液胀校形系统，液胀校形系统通过空心转动轴(25)与定位进给系统实现固接。油路系统包括油箱(1)，二级过滤装置(2)，油泵(3)，二位三通电磁换向阀(4)，节流阀(5)(13)，定值减压阀(6)，单向阀(8)(11)，二位二通电磁阀换向阀(7)(12)，溢流阀(14)。进给定位系统包括纵向进给系统，转动定位系统，横向移动定位系统。所述纵向进给系统包括液压缸盖(28)，进油嘴(29)，液压缸(57)，活塞(26)，回复弹簧(27)。横向移动定位系统包括步进电机(21)，联轴器(20)，齿轮(19)齿条(16)机构，横向固定板(22)及横向可动板(15)。转动定位系统包括电机机座连接架(31)，步进电机(32)，电机机座(33)，联轴器(30)，空心转动轴(25)。液胀校形系统包括固定式液胀校形系统和可调式液胀校形系统，分别针对于工件底面变形和侧壁变形，可根据需要快速更换。可调式液胀校形系统包括进油嘴(34)，空心转动轴(25)，橡胶袋(23)，横向固定板(22)及横向可动板(15)。
针对底面校形，采用固定式液胀校形系统，只需进行纵向进给定位。液压油由油箱(1)经二级过滤装置(2)过滤后进入油泵(3)，经油泵(3)加压后的液压油可经由换向阀(4)进入纵向进给系统油路(9)，液压油经节流阀(13)、单向阀(11)、进油嘴(29)进入液压缸(57)推动活塞(26)前进进给，使得液胀校形系统贴紧工件底面需校形部位。然后油路系统通过换向阀(4)将油路转接到液胀校形系统油路(10)，液压油经节流阀(5)、定值减压阀(6)、单向阀(8)、进油嘴(34)，空心转动轴(25)进入橡胶袋(23)，橡胶袋(23)在液胀力作用下膨胀，使工件底面与橡胶袋接触部分发生反向弯曲贴紧可转式工作平台达到所需过弯量，通过回弹后变形得以校正。校形完成后，关闭油泵(3)，打开换向阀(7)，橡胶袋(23)在弹性回复力的作用下使液压油经由换向阀(7)直接流回油缸(1)。然后打开换向阀(12)，回复弹簧(27)通过回复力使活塞(26)退回，液压油由液压缸(57)经换向阀换(12)直接流回油箱(1)，实现纵向进给定位系统的回退。
针对侧壁变形，需使用可调式液胀校形系统，采用纵向进给、转动及横向移动定位。根据需校形侧壁位置，由步进电机(32)通过联轴器(30)可带动与空心转动轴(25)固接的可调式液胀校形系统精确转动到所需角度位置。然后由步进电机(21)通过齿轮(19)齿条(16)施加驱动力，使得横向可动板(15)相对横向固定板(22)移动一定距离。纵向进给系统向下进给使液胀校形系统贴紧工件底面。最后由步进电机(21)通过齿轮(19)齿条(16)驱动横向可动板(15)相对横向固定板(22)回移一定距离，实现通过横向可动板(15)和横向固定板(22)对工件侧壁的夹紧，横向可动板(15)开有槽，校形时为侧壁反向弯曲提供过弯空间。
如图6所示，压力传感器(24)安装于空心转动轴(25)下端部，并位于橡胶袋(23)中，校形时通过测量橡胶袋(23)中液压油的压力而得到校形的压力，实际中根据工件的具体变形量换算得出校形力值，通过调节安装于油路中的定值减压阀(6)和节流阀(5)便可以控制胀形袋(23)中压力，使工件得到精确的校形。
如图9所示为人机交互面板(55)，该面板上设计有油路系统开关版块、横向移动定位系统开关版块及夹紧固定系统开关版块。油路系统开关版块包括油泵(3)启停开关和各电磁换向阀换向开关。横向移动定位系统开关版块包括步进电机(21)启停开关和步进电机(21)转速调节开关。夹紧固定系统开关版块包括可转动式工作平台一、二和支撑平台一、二的步进电机启停开关及转速调节开关。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理和精神的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (5)
1.一种U形隔框类航空薄壁结构件变形的液胀校形机，其特征在于，包括液胀校形系统，进给定位系统，压力检测与控制系统，油路系统，夹紧固定系统，人机交互面板(55)及机架(56)。校形时，夹紧固定系统将工件固定于可转动式工作平台上，进给定位系统带动液胀校形系统到校形点位置，由油路系统向液胀校形系统供液压油，液胀校形系统中橡胶袋(23)在液压油作用下膨胀使得刚度相对较弱的工件接触面发生变形校正。
2.如权利要求1所述的一种U形隔框类航空薄壁结构件变形的液胀校形机，其特征在于，所述液胀校形系统包括固定式液胀校形系统和可调式液胀校形系统，分别针对于工件底面变形和侧壁变形，可根据需要快速更换。所述可调式液胀校形系统包括进油嘴(34)，空心转动轴(25)，橡胶袋(23)，横向固定板(22)及横向可动板(15)。所述液胀校形系统由工件需校形面、横向固定板(22)、横向可动板(15)组成密闭空间，橡胶袋(23)与空心转动轴(25)下端固定连接并位于此密闭空间中，所述进油嘴(34)与空心转动轴(25)上端连接，液压油经进油嘴(34)、空心转动轴(25)进入橡胶袋(23)，橡胶袋(23)在液胀力作用下膨胀进行校形。
3.如权利要求1所述的一种U形隔框类航空薄壁结构件变形的液胀校形机，其特征在于，所述进给定位系统包括纵向进给系统，转动定位系统，横向移动定位系统。所述纵向进给系统包括液压缸盖(28)，进油嘴(29)，液压缸(57)，活塞(26)，回复弹簧(27)。进油嘴(29)安装于液压缸盖(28)上，回复弹簧(27)两端分别与液压缸盖(28)下表面和活塞(26)上表面连接。所述横向移动定位系统包括步进电机(21)，联轴器(20)，齿轮(19)齿条(16)机构，横向固定板(22)及横向可动板(15)。所述横向固定板(22)内设计有滑槽，横向可动板(15)可在此滑槽中作横向移动，横向可动板(15)的滑动由步进电机(21)通过齿轮(19)齿条(16)施加驱动力，齿条(16)安装于横向可动板(15)上，轴承座(17)安装于横向固定板(22)上。所述转动定位系统包括电机机座连接架(31)，步进电机(32)，电机机座(33)，联轴器(30)，空心转动轴(25)。所述电机机座安装于活塞(26)杆上端部，步进电机(32)通过联轴器(30)可带动与空心转动轴(25)下端部连接的液胀校形系统旋转任意精确角度。
4.如权利要求1所述的一种U形隔框类航空薄壁结构件变形的液胀校形机，其特征在于，所述压力检测与控制系统包括安装于空心转动轴(25)下端部的压力传感器(24)用于测量校形时橡胶袋(23)中液压油的压力，安装于油路中的定值减压阀(6)和节流阀(5)用于控制压力。
5.如权利要求1所述的一种U形隔框类航空薄壁结构件变形的液胀校形机，其特征在于，所述夹紧固定系统包括工作平台机构和支撑平台机构。所述工作平台机构包括可转动式工作平台一(35)、上滑块(37)、下滑快(39)、上夹紧螺栓(36)及下夹紧螺栓(38)。可转动式工作平台一(35)上设计有上下滑槽，上下滑槽中分别安装有上滑块(37)和下滑块(39)，上下滑块上分别安装有上夹紧螺栓(36)和下夹紧螺栓(38)，调节上下夹紧螺栓之间的距离即可夹紧工件。所述可转动式工作平台一(35)通过轴(58)、联轴器(40)、步进电机(42)、电机座(41)、轴承座(44)与移动面板(43)连接，可转动式工作平台一(35)在步进电机(42)驱动下可相对移动面板(43)精确旋转一定角度。可转动式工作平台二(45)与可转动式工作平台一(35)设计、安装相同。所述支撑平台机构包括支撑平台二(48)、移动滑块(47)、丝杆(49)、步进电机(51)、电机座(52)、轴承座(50)及固定面板(53)。所述支撑平台(48)安装在固定底板(53)上，固定底板(53)安装在油箱(1)上。支撑平台二(48)开有槽，安装于槽上的移动滑块(47)经步进电机(51)通过丝杆(49)螺母副驱动可在支撑平台二(48)上前后滑动。移动滑块(47)通过与移动面板(59)连接带动可转动式工作平台二(45)沿前后移动。同理，移动滑块(54)通过与移动面板(43)连接带动可转动式工作平台一(35)沿前后移动。
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