CN110948254B - 一种自动钻铆托架多站位单曲面型面定位方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种自动钻铆托架多站位单曲面型面定位方法，使用自动钻铆系统支架对带型面产品进行定位时，在等距的每个支架上安装产品的一个或多个定位托板，支架与定位托板的贴合面为安装面，自动钻铆系统上的液压缸带动支架及其上的定位托板沿支架水平面移动并到达指定位置对产品进行定位，安装面与支架水平面垂直，支架移动方向与安装面垂直，定位托板上设有与产品接触的单曲面型面，一个支架上的定位托板可对产品左右件的两个站位进行定位，全部定位托板组合成自动钻铆托架对整个产品进行定位。

Description

一种自动钻铆托架多站位单曲面型面定位方法

技术领域

本申请涉及自动钻铆技术，特别是一种自动钻铆托架多站位单曲面型面定位方法。

背景技术

在机械制造特别是飞机制造过程中，GRS4010SXX－144自动钻铆机或功能类似的自动钻铆机显露出广泛应用的前景，这类自动钻铆机由多个支架组成，每个支架有两个工作站位，每个支架可在两个工作站位间移动，自动钻铆托架由多块定位托板组成，定位托板安装在自动钻铆机的支架上，自动钻铆机的支架可安装一块或多块定位托板。按照传统设计产品左右件的定位托板不同，每个支架在在两个工作站位上的定位托板也不同。

一种自动钻铆托架多站位单曲面型面定位方法中定位托板的型面沿自动钻铆机支架移动方向无曲率变化，通过翻转定位托板可使对称的左右产品共用定位托板，且定位托板通过移动在自动钻铆机支架第一与第二站位的定位托板实现共用，即这种托板有四种使用状态，这四种使用状态为具有对称特征的两种产品在自动钻铆机支架的第一与第二站位上的四种使用状态，这样此种一块定位托板功实现了传统四块定位托板的功能，而且在使用过程中不需频繁更换定位托板而使用效率大幅度提高，原因是传统定位托板采用双曲面型面，在这四种使用状态下均需各自的定位托板，传统定位托板在自动钻铆机支架的第一与第二两个站位必须安装不同的定位托板。具有多站位单曲面型面的定位托板实现了对产品左右件在两个站位进行定位。本文提出了一种自动钻铆托架多站位单曲面型面定位方法，实现自动钻铆机托架的定位托板对具有称特性左右件在两个站位进行定位。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动钻铆机托架的定位托板可对左右件产品在两个站位进行定位的一种多站位单曲面型面定位方法，该方法特别适用于制造行业中自动钻铆机型号为GRS4010SXX－144或功能类似的自动钻铆机，使自动钻铆托架的定位托板实现对具有对称特性的左右件产品在自动钻铆机支架的两个站位进行定位。

一种自动钻铆托架多站位单曲面型面定位方法，使用自动钻铆系统支架对带型面产品进行定位时，在等距的每个支架上安装产品的一个或多个定位托板，支架与定位托板的贴合面为安装面，自动钻铆系统上的液压缸带动支架及其上的定位托板沿支架水平面移动并到达指定位置对产品进行定位，安装面与支架水平面垂直，支架移动方向与安装面垂直，定位托板上设有与产品接触的单曲面型面，一个支架上的定位托板可对产品左右件的两个站位进行定位，全部定位托板组合成自动钻铆托架对整个产品进行定位。

单曲面型面沿自动钻铆系统支架移动方向无曲率变化，每块定位托板上的单曲面型面通过产品数模间接获得，最后通过数控加工得到带有单曲面型面的定位托板，单曲面型面的获得包括如下过程：

1通过自动钻铆系统支架与产品的安装关系将自动钻铆系统模型引入产品模型中，通过定位托板与支架的安装关系将不带型面的定位托板模型引入到产品模型中，其中每块定位托板厚度表面延伸后与产品型面所截取的表面为产品支撑面，产品加工面为自动钻铆的制孔面；

2在产品加工面4角各取一点，作各点与产品加工面法线，测量这4条法线与自动钻铆机的支架水平面夹角，取其最大值做为产品最大摆角，记为α，产品加工面上待制孔的孔轴线角度公差为ε，自动钻铆机最大摆角为δ，若α+ε﹤δ，进入下一个步骤，反之，放弃该定位方法；

3做出位于每块定位托板中间且与定位托板厚度两面垂直的托板中垂面，托板中垂面与该处定位托板相对应位置的产品支撑面的边缘线相交，得到两个交点，分析这两个交点距自动钻铆机支架水平面高度差，并记录，并选取所有值其中最大值为H1，相邻两支架距离记为L1，令：β＝actan(H1/L1)，β即为产品在自动钻铆系统支架移动方向上的角度最大变化值，若α+β+ε﹤δ，进入下一个步骤，反之，放弃该定位方法；

4做出每个支架从第一站位移动到第二站位时，在两个站位处的安装面与产品支撑面的两条交线A与B，托板中垂面与A、B两条交线相交得到两个交点，分析这两个交点距自动钻铆机支架水平面的高度差，并记录，选取其中最大值为H2，两个移动站位间距为L2，令θ＝actan(H2/L2)，θ即为支架移动引起的产品在自动钻铆系统支架移动方向上的角度最大变化值，若α+β+θ+ε﹤δ，进入下一个步骤，反之，放弃该定位方法；

此步骤中令

E1为每个支架从第一站位移动到第二站位时引起的产品投影到自动钻铆机支架水平面投影尺寸的最大变化值。

5通过步骤4的两条交线A与B的四个端点分别作四个平面，这四个平面要求垂直于支架水平面且垂直于托板安装面，选取四个平面中距离最大的两个平面C与D，首先使用两个平面C与D对两条交线A与B进行延伸或裁剪操作，这样通过两条交线A与B生成两段新的曲线E与F，而且曲线E与F的四个端点分别在平面C或D上，然后通过两条曲线E与F的四个端点分别作对应曲线的四条切线，求出这四条切线与自动钻铆机支架的水平面夹角，以自动钻铆机中轴方向为界，求出同侧两条切线的夹角差，并选取其中最大值为γ，γ为支架移动引起的产品在自动钻铆系统支架移动方向上的角度最大变化值，若α+β+θ+γ+ε﹤δ，进入下一个步骤，反之，放弃该定位方法；

6判断支架在两个站位移动时，产品上待制孔孔轴线的变化量，

Z1为支架移动时引起的孔轴线角度变化最大值的正切值：

Z1＝[tan(β+θ)+tanγ]/√2

求出J＝actanZ1，J值即为支架移动时引起的产品孔轴线角度变化最大值。

ε为产品孔轴线角度公差。

若J﹤ε，进入下一个步骤，反之，放弃该定位方法；

7求出过步骤5中的两段曲线E与F的弧长差，再求出其弦长差，再求出弧长差与弦长差的差值，并选取其中最大值为E2，E1参见步骤3－4。

令

E值即为支架移动时引起的产品孔位置变化最大值。

E3为产品上孔的排距公差与间距公差二者之间的最小值。

若E﹤E3，进入下一个步骤，反之，放弃该定位方法；

8找出与安装面平行的定位托板两个端面，做出与这两个端面等距且平行的中轴面，做出中轴面与产品支撑面的交线，将此交线垂直拉伸得到单曲面型面，该型面沿自动钻铆系统支架移动方向无曲率变化，再将此型面延伸，延伸后的型面需能对不带型面的定位托板模型进行修剪，此延伸后的单曲面型面即为定位托板的修剪型面。

9用定位托板的修剪型面将不带型面的定位托板模型进行修剪，即可得到带有单曲面型面的定位托板模型，此型面即为与产品接触的定位托板的单曲面定位型面。

10对其余每块定位托板进行8及9步骤处理，使自动钻铆托架的每块不带型面定位托板均成为带有单曲面型面的定位托板。

该方法的有益效果为：该专利将旧式自动钻铆定位托板的复杂的双曲面改进为简单的单曲面型面，使定位托板满足对具有对称特征的产品左右件两个站位进行定位，在实际应用中能减少旧式自动钻铆定位托板的超过50％以上的定位托板，并大幅度提高定位托板的使用效率。

以下结合附图及实施例对本发明申请作进一步的详细描述。

附图说明

图1实例俯视示意图。

图2实例侧视示意图。

图3实例定位托板正视示意图。

图4实例定位托板的定位面与产品定位面在第一站位与产品支撑面比对示意图。

图5实例在第一移动站位产品定位面与产品支撑面示意图。

图6实例在第二移动站位产品定位面与产品支撑面示意图。

图7实例两个移动站位产品支撑面比对示意图。

图中编号说明：1、自动钻铆机；2、产品；3、支架；4、定位托板；5、单曲面型面；6、产品支撑面；7、产品加工面8、托板安装面

具体实施方式

一种自动钻铆托架多站位型面定位方法实例中，自动钻铆托架占用多个自动钻铆机支架，每个自动钻铆机支架安装的定位托板不同；每个自动钻铆机支架第二个工作站位用虚线表示，实例实现了一种自动钻铆托架多站位型面定位方法，即自动钻铆机支架上的定位托板实现了对产品左右件两个站位进行定位。

一种自动钻铆托架多站位单曲面型面定位方法，使用自动钻铆系统支架对带型面产品进行定位时，在等距的每个支架上安装产品的一个或多个定位托板，支架与定位托板的贴合面为安装面，自动钻铆系统上的液压缸带动支架及其上的定位托板沿支架水平面移动并到达指定位置对产品进行定位，安装面与支架水平面垂直，支架移动方向与安装面垂直，定位托板上设有与产品接触的单曲面型面，一个支架上的定位托板可对产品左右件的两个站位进行定位，全部定位托板组合成自动钻铆托架对整个产品进行定位。

单曲面型面沿自动钻铆系统支架移动方向无曲率变化，每块定位托板上的单曲面型面通过产品数模间接获得，最后通过数控加工得到带有单曲面型面的定位托板，单曲面型面的获得包括如下过程：

1通过自动钻铆系统支架与产品的安装关系将自动钻铆系统模型引入产品模型中，通过定位托板与支架的安装关系将不带型面的定位托板模型引入到产品模型中，其中每块定位托板厚度表面延伸后与产品型面所截取的表面为产品支撑面，产品加工面为自动钻铆的制孔面；

实例示意如图1、图2、图3所示，所有示意图中定位托板模型带型面。

2在产品加工面4角各取一点，作各点与产品加工面法线，测量这4条法线与自动钻铆机的支架水平面夹角，取其最大值做为产品最大摆角，记为α，产品加工面上待制孔的孔轴线角度公差为ε，自动钻铆机最大摆角为δ，若α+ε﹤δ，进入下一个步骤，反之，放弃该定位方法；

实例中在产品加工面4角距边缘100毫米各取了一点，α＝5.94°，ε＝0.5°，δ＝10°，α+ε﹤δ。

3做出位于每块定位托板中间且与定位托板厚度两面垂直的托板中垂面，托板中垂面与该处定位托板相对应位置的产品支撑面的边缘线相交，得到两个交点，实例中这两个交点见图4中表示产品支撑面6的曲线的两个端点，分析这两个交点距自动钻铆机支架水平面高度差，并记录，并选取所有值其中最大值为H1，相邻两支架距离记为L1，令：β＝actan(H1/L1)，β即为产品在自动钻铆系统支架移动方向上的角度最大变化值，若α+β+ε﹤δ，进入下一个步骤，反之，放弃该定位方法；

实例中α＝5.94°，ε＝0.5°，δ＝10°，H1＝0.15，L1＝1532，β＝0.006°，α+β+ε﹤δ。

4做出每个支架从第一站位移动到第二站位时，在两个站位处的安装面与产品支撑面的两条交线A与B，托板中垂面与A、B两条交线相交得到两个交点，实例中，这两个交点如图5与图6中P1和P2所示，分析这两个交点距自动钻铆机支架水平面的高度差，并记录，选取其中最大值为H2，两个移动站位间距为L2，令θ＝actan(H2/L2)，θ即为支架移动引起的产品在自动钻铆系统支架移动方向上的角度最大变化值，若α+β+θ+ε﹤δ，进入下一个步骤，反之，放弃该定位方法；

此步骤中令

E1为每个支架从第一站位移动到第二站位时引起的产品投影到自动钻铆机支架水平面投影尺寸的最大变化值。实例中α＝5.94°，ε＝0.5°，δ＝10°，H1＝0.15，L1＝1532，β＝0.006°，H2＝2，L2＝500，θ＝0.23°，E1＝0.004，α+β+θ+ε﹤δ。

5通过步骤4的两条交线A与B的四个端点分别作四个平面，这四个平面要求垂直于支架水平面且垂直于托板安装面，选取四个平面中距离最大的两个平面C与D，首先使用两个平面C与D对两条交线A与B进行延伸或裁剪操作，这样通过两条交线A与B生成两段新的曲线E与F，而且曲线E与F的四个端点分别在平面C或D上，然后通过两条曲线E与F的四个端点分别作对应曲线的四条切线，求出这四条切线与自动钻铆机的支架水平面夹角，以自动钻铆机中轴方向为界，求出同侧两条切线的夹角差，并选取其中最大值为γ，γ为支架移动引起的产品在自动钻铆系统支架移动方向上的角度最大变化值，若α+β+θ+γ+ε﹤δ，进入下一个步骤，反之，放弃该定位方法；

实例如图7中弧A1A2与弧B1B2为此步骤中的两条交线A与B，弧A1A2与弧B1B2不在同一垂直面，通过平移，使弧A1A2与弧B1B2在同一垂直面以便于表述见图7，图7中弧A1A2与弧B1B2所在面平行于托板安装面，图7中弧A1A3与弧B1B3为此步骤中的两条交线E与F。在A1、A3、B1、B3这4个端点做出相应切线，再求出A1、B3处切线角度差，A3、B1处切线角度差。

实例中α＝5.94°，ε＝0.5°，δ＝10°，H1＝0.15，L1＝1532，β＝0.006°，H2＝2，L2＝500，θ＝0.23°，γ＝0.332°，α+β+θ+γ+ε﹤δ。

6判断支架在两个站位移动时，产品上待制孔孔轴线的变化量，

Z1为支架移动时引起的孔轴线角度变化最大值的正切值：

Z1＝[tan(β+θ)+tanγ]/√2

求出J＝actanZ1，J值即为支架移动时引起的产品孔轴线角度变化最大值。

ε为产品孔轴线角度公差。

若J﹤ε，进入下一个步骤，反之，放弃该定位方法；

实例中ε＝0.5°，β＝0.006°，θ＝0.23°，γ＝0.332°，J＝0.40°，J﹤ε。

7求出过步骤5中的两段曲线E与F的弧长差，再求出其弦长差，再求出弧长差与弦长差的差值，并选取其中最大值为E2，E1参见步骤4。

令

E值即为支架移动时引起的产品孔位置变化最大值。

E3为产品上孔的排距公差与间距公差二者之间的最小值。

若E﹤E3，进入下一个步骤，反之，放弃该定位方法；

实例中E1＝0.004，E2＝0.105，E＝0.105，E3＝0.5，E﹤E3。

8找出与安装面平行的定位托板两个端面，作出与这两个端面等距且平行的中轴面，作出中轴面与产品支撑面的交线，将此交线垂直拉伸得到单曲面型面，该型面沿自动钻铆系统支架移动方向无曲率变化，再将此型面延伸，延伸后的型面需能对不带型面的定位托板模型进行修剪，此延伸后的单曲面型面即为定位托板的修剪型面。

9用定位托板的修剪型面将不带型面的定位托板模型进行修剪，即可得到带有单曲面型面的定位托板模型，此型面即为与产品接触的定位托板的单曲面定位型面。

10对其余每块定位托板进行8及9步骤处理，使自动钻铆托架的每块不带型面定位托板均成为带有单曲面型面的定位托板。

一种自动钻铆托架多站位型面定位方法实例中，定位托板基体采用铝板，定位托板与产品接触面之间通过紧固件连接了一层防摩擦件，材质为尼龙66，便于自动钻铆机支架在两个站位间顺利移动，此摩擦件与产品直接接触，

其型面为数控加工面，实例其公差为±0.15。实例中定位托板基体采用的铝板厚度为14mm与防摩擦件等厚。实例中定位托板设置公差为H8的U形安装孔，定位托板通过安装孔安装在自动钻铆机支架的安装面上。

Claims (1)

1.一种自动钻铆托架多站位单曲面型面定位方法，其特征在于使用自动钻铆系统支架对带型面产品进行定位时，在等距的每个支架上安装产品的一个或多个定位托板，支架与定位托板的贴合面为安装面，自动钻铆系统上的液压缸带动支架及其上的定位托板沿支架水平面移动并到达指定位置对产品进行定位，安装面与支架水平面垂直，支架移动方向与安装面垂直，定位托板上设有与产品接触的单曲面型面，一个支架上的定位托板可对产品左右件的两个站位进行定位，全部定位托板组合成自动钻铆托架对整个产品进行定位，通过数控加工得到带有单曲面型面的定位托板，单曲面型面沿自动钻铆系统支架移动方向无曲率变化，每块定位托板上的单曲面型面通过产品数模间接获得，单曲面型面的获得包括如下过程：

1－1通过自动钻铆系统支架与产品的安装关系将自动钻铆系统模型引入产品模型中，通过定位托板与支架的安装关系将不带型面的定位托板模型引入到产品模型中，其中每块定位托板厚度表面延伸后与产品型面所截取的表面为产品支撑面，产品加工面为自动钻铆的制孔面；

1－2在产品加工面4角各取一点，作各点与产品加工面法线，测量这4条法线与自动钻铆机的支架水平面夹角，取其最大值做为产品最大摆角，记为α，产品加工面上待制孔的孔轴线角度公差为ε，自动钻铆机最大摆角为δ，若α+ε﹤δ，进入下一个步骤，反之，放弃该定位方法；

1－3做出位于每块定位托板中间且与定位托板厚度两面垂直的托板中垂面，托板中垂面与该处定位托板相对应位置的产品支撑面的边缘线相交，得到两个交点，分析这两个交点距自动钻铆机支架水平面高度差，并记录，并选取所有值其中最大值为H1，相邻两支架距离记为L1，令：β＝actan(H1/L1)，β即为产品在自动钻铆系统支架移动方向上的角度最大变化值，若α+β+ε﹤δ，进入下一个步骤，反之，放弃该定位方法；

1－4做出每个支架从第一站位移动到第二站位时，在两个站位处的安装面与产品支撑面的两条交线A与B，托板中垂面与A、B两条交线相交得到两个交点，分析这两个交点距自动钻铆机支架水平面的高度差，并记录，选取其中最大值为H2，两个移动站位间距为L2，令θ＝actan(H2/L2)，θ即为支架移动引起的产品在自动钻铆系统支架移动方向上的角度最大变化值，若α+β+θ+ε﹤δ，进入下一个步骤，反之，放弃该定位方法，

此步骤中令

E1为每个支架从第一站位移动到第二站位时引起的产品投影到自动钻铆机支架水平面投影尺寸的最大变化值；

1－5通过步骤3－4的两条交线A与B的四个端点分别作四个平面，这四个平面要求垂直于支架水平面且垂直于托板安装面，选取四个平面中距离最大的两个平面C与D，首先使用两个平面C与D对两条交线A与B进行延伸或裁剪操作，这样通过两条交线A与B生成两段新的曲线E与F，而且曲线E与F的四个端点分别在平面C或D上，然后通过两条曲线E与F的四个端点分别作对应曲线的四条切线，求出这四条切线与自动钻铆机的支架水平面夹角，以自动钻铆机中轴方向为界，求出同侧两条切线的夹角差，并选取其中最大值为γ，γ为支架移动引起的产品在自动钻铆系统支架移动方向上的角度最大变化值，若α+β+θ+γ+ε﹤δ，进入下一个步骤，反之，放弃该定位方法；

1－6判断支架在两个站位移动时，产品上待制孔孔轴线的变化量，

Z1为支架移动时引起的孔轴线角度变化最大值的正切值，

求出J＝actanZ1，J值即为支架移动时引起的产品孔轴线角度变化最大值，

ε为产品孔轴线角度公差，

若J﹤ε，进入下一个步骤，反之，放弃该定位方法；

1－7求出过步骤3－5中的两段曲线E与F的弧长差，再求出其弦长差，再求出弧长差与弦长差的差值，并选取其中最大值为E2，E1参见步骤3－4，

令

E值即为支架移动时引起的产品孔位置变化最大值，

E3为产品上孔的排距公差与间距公差二者之间的最小值，

若E﹤E3，进入下一个步骤，反之，放弃该定位方法；

1－8找出与安装面平行的定位托板两个端面，作出与这两个端面等距且平行的中轴面，作出中轴面与产品支撑面的交线，将此交线垂直拉伸得到单曲面型面，该型面沿自动钻铆系统支架移动方向无曲率变化，再将此型面延伸，延伸后的型面需能对不带型面的定位托板模型进行修剪，此延伸后的单曲面型面即为定位托板的修剪型面；

1－9用定位托板的修剪型面将不带型面的定位托板模型进行修剪，即可得到带有单曲面型面的定位托板模型，此型面即为与产品接触的定位托板的单曲面定位型面；

1－10对其余每块定位托板进行3－8及3－9步骤处理，使自动钻铆托架的每块不带型面定位托板均成为带有单曲面型面的定位托板。

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