CN106955930A - 一种壁板零件柔性多点成形的定位装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种壁板零件柔性多点成形的定位装置，采用销孔定位方式定位简单,且本发明中定位装置的定位销可适应壁板成形过程中零件的变形而进行一定角度的转动,在保证定位精度的前提下不产生变形应力，保证壁板成形后的精度；本发明将定位装置模块化，方便拆卸和根据不同零件更换位置，可以适用于不同尺寸零件的定位，提高操作便利性和生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于壁板零件柔性多点成形的定位方法,特别是针对带筋整体壁板零件的成形，属于航空制造工程领域。
背景技术
随着我国飞机制造业的快速发展，多点成形方法已经逐渐应用到金属板料的成形中，通过将传统冲压成形的实体模具离散化为紧密排列、高度可调的冲头点阵,用冲头端部形成的包络面,代替实体模具进行成形。在航空制造领域,整体壁板因其结构效率高、重量轻、刚性好、疲劳寿命长等突出优点得到日益广泛的应用，由于壁板类零件通常形状复杂且成形困难,柔性多点模具已经逐渐在整体壁板及蒙皮的成形中得到了应用。
专利CN104646475A中公开了飞机铝合金整体壁板多点成形方法,将整体壁板放置于可快速重构模面的上下多点模具之间,筋条之间填充填料,可成形出带有筋条的铝合金整体壁板零件，但该方法中并未提及壁板的定位问题如何解决。专利【CN103495636A】中公开了采用柔性多点模具进行蒙皮拉形及定位的方法，该方法中是对拉形结束后的蒙皮重新安装进行测量定位，实际操作起来比较繁琐。
飞机装配过程中,对整体壁板的安装定位精度要求较高,特别是外形轮廓尺寸及定位孔的位置,因此寻找一种在成形过程中简单、高效的定位方法就显得尤为重要。
发明内容
本发明解决的技术问题是：本发明提出了一种壁板零件柔性多点成形的定位装置及方法，解决在使用柔性多点模具进行整体壁板成形过程中的壁板零件的定位问题。
本发明的技术方案是：一种壁板零件柔性多点成形的定位装置，包括柔性多点模具箱体7、若干立柱5和若干非定位模块3；还包括一个固定端约束模块12和一个移动端约束模块11；若干立柱5在柔性多点模具箱体7上均匀排列分布，壁板零件1上开有两个定位孔，立柱5的横截面为正方形，设边长为2L，壁板零件1成形前和成形后两个定位孔之间距离的变化量小于等于L；所述固定端约束模块12一端通过其上的球头定位销8与壁板零件1上的其中一个安装孔连接，另一端与立柱5固连；移动端约束模块11一端通过其上的转动定位销2与壁板零件1上的另一个安装孔连接，且该安装孔位置保证在壁板零件1成形过程中转动定位销2能够转动，移动端约束模块11另一端与立柱5固连；除安装固定端约束模块12和移动端约束模块11外的其余每个立柱5上，各连接一个非定位模块3；定义X轴、Y轴所在平面为壁板零件1的平面，与壁板零件1平面相互垂直的方向为Z轴；壁板零件1成形变形时，球头定位销8限制了壁板零件1在X轴、Y轴方向上的运动，同时转动定位销2在与X轴、Y轴相互垂直的平面上转动，从而实现对壁板零件1的定位。
本发明的进一步技术方案是：所述固定端约束模块12包括固定端基体6和球头定位销8；固定端基体6为方体结构，且靠近壁板零件1的一面为球面状，该面上设有球状凸起，球状凸起上安有球头定位销8，球头定位销8与壁板零件1上的安装孔相配合，球状凸起和球头定位销8相互配合形成球面副，保证壁板零件1成形变形时，球头定位销8发生转动时球心位置保持不变，从而限制了壁板零件1在X方向和Y方向的运动。
本发明的进一步技术方案是：所述移动端约束模块11包括移动端基体4、转动定位销2、螺钉9和周向定位销13；移动端基体4为方体结构，移动端基体4上开有通孔，转动定位销2一端开有通孔，另一端与壁板零件1上的安装孔相配合，转动定位销2通过螺钉9与移动端基体4连接，且螺钉9与转动定位销2上通孔间隙配合的部分表面光滑，使得转动定位销2能够在移动端基体4基体内绕螺钉9轴线进行周向转动；壁板零件1上的两个安装孔连线与螺钉9轴线相互垂直；移动端基体4远离壁板零件1的一端设有周向定位销13，限制移动端基体4的周向运动。
本发明的进一步技术方案是：所述螺钉9呈柱状体，外壁呈三级阶梯状，小径端设有螺纹，中径端和大径端表面光滑，小径端和大径端分别与移动端基体4上的孔配合，中径端与转动定位销上的孔间隙配合。
本发明的进一步技术方案是：一种基于壁板零件柔性多点成形的定位装置的定位方法，包括以下步骤：
步骤一：在壁板零件1上加工定位孔，选择定位孔的位置时，立柱5的横截面为正方形，设边长为2L，定位孔之间的距离在成形前和成形后的变化量小于等于L；使得转动定位销2转动时，不会与相邻的非定位模块3发生干涉；
步骤二：去除与两个定位孔对应的两个立柱5上的非定位模块基体3；
步骤三：在两个立柱5上分别安装固定端约束模块12和移动端约束模块11，且固定端约束模块12的球头定位销8和移动端约束模块11的转动定位销2分别位于两个安装孔内，安装时保证移动端约束模块11中螺钉9的轴线与两定位孔的连线相垂直；
步骤四：以固定端约束模块12位置为基准，根据零件的目标形状计算柔性多点模具上各个立柱5的高度并进行调节；
步骤五：进行壁板零件的成形；壁板零件1在成形过程中发生变形时，两定位孔间的距离变短，此时，固定端约束模块12的球头定位销8在保证球心位置不变的前提下在X、Y方向发生转动，同时移动端约束模块11的转动定位销2绕螺钉9轴线进行周向转动，即在与XY面相垂直的平面内进行转动，补偿两定位孔间变短的距离，同时零件1的位置固定不动，不产生变形应力。
发明效果
本发明的技术效果在于：
(1)采用销孔定位方式定位简单,且本发明中定位装置的定位销可适应壁板成形过程中零件的变形而进行一定角度的转动,在保证定位精度的前提下不产生变形应力,保证壁板成形后的精度；
(2)将定位装置模块化，方便拆卸和根据不同零件更换位置，可以适用于不同尺寸零件的定位，提高操作便利性和生产效率。
附图说明
图1为本发明壁板零件柔性多点成形的定位装置的装配轴测图；
图2为固定端约束模块的结构示意图；
图3为移动端约束模块的结构示意图；
图4为固定端约束模块和移动端约束模块安装位置示意图；
图5为零件成形过程示意图；
图6为带凸耳的壁板零件定位孔示意图；
附图标记说明：1.壁板零件 2.转动定位销 3.非定位模块基体 4.移动端基体 5.立柱 6.固定端基体 7.柔性多点模具箱体 8.球头定位销 9.螺钉10.紧定螺钉 11.移动端约束模块 12.固定端约束模块 13.周向定位销 14.纵向锁定头 15.带凸耳的壁板零件
具体实施方式
一种壁板零件柔性多点成形的定位装置,该定位装置由固定端约束模块12和移动端约束模块11两部分组成。具体包括：
固定端约束模块12：该模块顶部的球头定位销8通过球面副与固定端基体6相连，球头定位销8与零件1上的定位孔相配合，限制零件1在安装平面内两个方向的移动自由度。
移动端约束模块11：该模块由移动端基体4、螺钉9、和转动定位销2构成，转动定位销2可沿螺钉9的轴线转动，转动定位销2与零件上的定位孔相配合限制零件1在安装平面内的转动自由度。
固定端约束模块12和移动端约束模块11的基体底部结构与非定位模块基体3底部的结构相同，包括：纵向锁定头14和周向定位销13。纵向锁定头14是在约束模块基体轴线上的圆柱体，圆柱体侧面有环形凹槽，凹槽下部为45度倒角，所述倒角的作用是与紧定螺钉10端面的45度倒角配合，将约束模块基体沿轴线方向紧固在立柱5上。周向定位销13为设置在基体底面对角线上的一圆柱体，用于限制基体相对于立柱5轴线的转动。
一种壁板零件柔性多点成形的定位方法,其特征在于采用如上述的柔性多点模具成形的定位装置，具体步骤如下：
步骤一：在壁板零件上加工出定位耳片和定位孔，或者直接在零件一侧的非工作区域加工出定位孔；
步骤二：跟据两定位孔的间距选择要安装两个定位约束模块的立柱5，并将所选立柱5上的非定位模块基体3去掉；
步骤三：使用紧定螺钉10分别将移动端约束模块11和固定端约束模块12固定在选定的立柱5上，安装时要确保移动端约束模块11中螺钉9的轴线与两定位孔的连线相垂直,；
步骤四：以固定端约束模块12位置为基准，根据零件的目标形状计算柔性多点模具上各个立柱5的高度并进行调节；
步骤五：所述立柱5设有螺杆和数控单元。数控单元的电机带动螺杆旋转，从而带动立柱5上下移动，实现高度调整。选择加载方式进行壁板零件的成形。
参阅图1～图6，一种壁板零件柔性多点成形的定位装置,其特征在于该定位装置由固定端约束模块12和移动端约束模块11两部分组成。
如图1、2所示，固定端约束模块12由固定端基体6和球头定位销8构成。固定端基体6为长方体，所述长方体的顶部为球面，球面顶部最高点突出一个圆柱体，圆柱体顶端是球体，该球体的直径大于所述圆柱的直径。球头定位销8为一圆柱体，顶端有倒角，方便安装零件1；球头定位销8的底面开设有孔，孔中有内球面，所述内球面和球头定位销8基体顶端的球面配合形成球面副，保证球头定位销8发生转动时球心位置保持不变，可以限制零件1沿X、Y两个方向的移动自由度。固定端基体6和球头定位销8需使用的材料相同，减少因材料膨胀系数不同导致定位精度降低。
如图3所示，移动端约束模块11由移动端基体4、螺钉9、和转动定位销2构成。移动端基体4为长方体，其顶部为球面，长方体对称面上开设有通槽，通槽两侧面分别有同轴螺纹孔和光孔，且两孔轴线通过移动端基体4顶部球面的圆心，光孔孔径大于螺纹孔的孔径。螺钉9是有3个台阶的阶梯轴，细段上有螺纹，与移动端基体4上的螺纹孔配合，中间段和粗段为光杆，粗段端面有内六角盲孔，粗段侧面与移动端基体4上的光孔配合。转动定位销2顶面为球面，球面半径与移动端基体4顶部的球面半径相同，球面顶端沿基体轴线方向伸出有圆柱体，该圆柱体与零件1上的定位孔配合；转动定位销2的侧面有通孔，该通孔与螺钉9中间段的光杆配合，转动定位销2可沿螺钉9的轴线转动一定的角度。移动端约束模块11限制了零件1沿Z轴方向的转动自由度。
如图2、3所示，固定端约束模块12和移动端约束模块11的基体底部结构与其他非定位模块基体3的结构相同，包括：纵向锁定头14和周向定位销13。纵向锁定头14为约束模块基体轴线上的圆柱体，圆柱体上有环形凹槽，凹槽下部为45度倒角，所述倒角的作用是与安装在立柱5上的紧定螺钉10端面的45度倒角配合，将约束模块基体沿轴线方向紧固在立柱5上。周向定位销13为基体底面对角线上设置的一圆柱体，其与立柱5上对应位置的孔配合，用于限制基本体相对于立柱5轴线的转动。
一种壁板零件柔性多点成形的定位方法,其特征在于采用如上述的柔性多点模具成形的定位装置，具体步骤如下：
步骤一：在壁板零件上加工出定位耳片和定位孔(如图6所示)，或者直接在零件一侧非工作区域加工出定位孔(如图1中所示)，选择定位孔的位置时，零件上定位孔开设的间距要求：设立柱5的截面正方形的边长为2L，毛坯上定位孔的连线长度在成形中的变化量要小于等于L，否则转动定位销2转动角度太大会与相邻的非定位模块3发生干涉；
步骤二：跟据两定位孔的间距选择要安装两个定位约束模块的立柱5，并将所选立柱5上的非定位模块基体3去掉；
步骤三：使用紧定螺钉10分别将移动端约束模块11和固定端约束模块12固定在选定的立柱5上，注意安装时保证移动端约束模块11中螺钉9的轴线与两定位孔的连线相垂直，如图4所示；
步骤四：以固定端约束模块12位置为基准，根据零件的目标形状计算柔性多点模具上各个立柱5的高度并进行调节；
步骤五：选择加载方式进行壁板零件的成形。
如图1所示，壁板零件初始放置在柔性多点模具上的安装平面上时，有X向转动、Y向转动、Z向移动三个自由度被限制；当零件1的一个定位孔安装在固定端约束模块12顶部的球头定位销8上时，零件1的X向移动、Y向移动两个自由度被限制；当零件1的另一个定位孔安装在移动端约束模块11的转动定位销2时，零件1的Z向转动自由度被限制，至此零件1的全部六个自由度均被约束，实现定位。如图5所示，当零件1在成形过程中发生变形时，两定位孔间的距离变短，并且定位孔处曲面的法线可能会由初始的竖直方向变为倾斜，此时，固定端约束模块12的球头定位销8在保证球心位置不变的前提下发生转动，同时移动端约束模块11的转动定位销2绕螺钉9进行转动，补偿两定位孔间的变短的距离，在此过程中零件1的位置依然是固定的，且不会产生变形应力。
Claims (5)
1.一种壁板零件柔性多点成形的定位装置，包括柔性多点模具箱体(7)、若干立柱(5)和若干非定位模块(3)；其特征在于，还包括一个固定端约束模块(12)和一个移动端约束模块(11)；若干立柱(5)在柔性多点模具箱体(7)上均匀排列分布，壁板零件(1)上开有两个定位孔，立柱(5)的横截面为正方形，设边长为2L，壁板零件(1)成形前和成形后两个定位孔之间距离的变化量小于等于L；所述固定端约束模块(12)一端通过其上的球头定位销(8)与壁板零件(1)上的其中一个安装孔连接，另一端与立柱(5)固连；移动端约束模块(11)一端通过其上的转动定位销(2)与壁板零件(1)上的另一个安装孔连接，且该安装孔位置保证在壁板零件(1)成形过程中转动定位销(2)能够转动，移动端约束模块(11)另一端与立柱(5)固连；除安装固定端约束模块(12)和移动端约束模块(11)外的其余每个立柱(5)上，各连接一个非定位模块(3)；定义X轴、Y轴所在平面为壁板零件(1)的平面，与壁板零件(1)平面相互垂直的方向为Z轴；壁板零件(1)成形变形时，球头定位销(8)限制了壁板零件(1)在X轴、Y轴方向上的运动，同时转动定位销(2)在与X轴、Y轴相互垂直的平面上转动，从而实现对壁板零件(1)的定位。
2.如权利要求1所述的一种壁板零件柔性多点成形的定位装置，其特征在于，所述固定端约束模块(12)包括固定端基体(6)和球头定位销(8)；固定端基体(6)为方体结构，且靠近壁板零件(1)的一面为球面状，该面上设有球状凸起，球状凸起上安有球头定位销(8)，球头定位销(8)与壁板零件(1)上的安装孔相配合，球状凸起和球头定位销(8)相互配合形成球面副，保证壁板零件(1)成形变形时，球头定位销(8)发生转动时球心位置保持不变，从而限制了壁板零件(1)在X方向和Y方向的运动。
3.如权利要求1所述的一种壁板零件柔性多点成形的定位装置，其特征在于，所述移动端约束模块(11)包括移动端基体(4)、转动定位销(2)、螺钉(9)和周向定位销(13)；移动端基体(4)为方体结构，移动端基体(4)上开有通孔，转动定位销(2)一端开有通孔，另一端与壁板零件(1)上的安装孔相配合，转动定位销(2)通过螺钉(9)与移动端基体(4)连接，且螺钉(9)与转动定位销(2)上通孔间隙配合的部分表面光滑，使得转动定位销(2)能够在移动端基体(4)基体内绕螺钉(9)轴线进行周向转动；壁板零件(1)上的两个安装孔连线与螺钉(9)轴线相互垂直；移动端基体(4)远离壁板零件(1)的一端设有周向定位销(13)，限制移动端基体(4)的周向运动。
4.如权利要求3所述的一种壁板零件柔性多点成形的定位装置，其特征在于，所述螺钉(9)呈柱状体，外壁呈三级阶梯状，小径端设有螺纹，中径端和大径端表面光滑，小径端和大径端分别与移动端基体(4)上的孔配合，中径端与转动定位销上的孔间隙配合。
5.一种基于权利要求1所述的壁板零件柔性多点成形的定位装置的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在壁板零件(1)上加工定位孔，选择定位孔的位置时，立柱(5)的横截面为正方形，设边长为2L，定位孔之间的距离在成形前和成形后的变化量小于等于L；使得转动定位销(2)转动时，不会与相邻的非定位模块(3)发生干涉；
步骤二：去除与两个定位孔对应的两个立柱(5)上的非定位模块基体(3)；
步骤三：在两个立柱(5)上分别安装固定端约束模块(12)和移动端约束模块(11)，且固定端约束模块(12)的球头定位销(8)和移动端约束模块(11)的转动定位销(2)分别位于两个安装孔内，安装时保证移动端约束模块(11)中螺钉(9)的轴线与两定位孔的连线相垂直；
步骤四：以固定端约束模块(12)位置为基准，根据零件的目标形状计算柔性多点模具上各个立柱(5)的高度并进行调节；
步骤五：进行壁板零件的成形；壁板零件(1)在成形过程中发生变形时，两定位孔间的距离变短，此时，固定端约束模块(12)的球头定位销(8)在保证球心位置不变的前提下在X、Y方向发生转动，同时移动端约束模块(11)的转动定位销(2)绕螺钉轴(9)轴线进行周向转动，即在与XY面相垂直的平面内进行转动，补偿两定位孔间变短的距离，同时零件(1)的位置固定不动，不产生变形应力。
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