CN111168443A - 拼装式蒙皮铣切夹具及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械加工的技术领域，具体涉及一种拼装式蒙皮铣切夹具及其制造方法。在本发明提供的拼装式蒙皮铣切夹具将可调的柔性柱变为固定高度的工作型面拼装块，不同的蒙皮零件分别设计一组固定拼装块，曲率相同的区域还可以实现通用。使用时，同一组固定拼装块统一安装在同一套通用定位底座上面，更换全部或部分拼装块即可达到更换铣切工装的效果。本发明提供的拼装式蒙皮铣切夹具不必进行夹具型面的整体加工，只需要选择起到支撑和固定蒙皮的各个局部典型区域进行型面加工，并且相同曲率的蒙皮还可以实现支撑拼装块的借用，可以有效降低蒙皮铣切工装的加工成本。

Description

拼装式蒙皮铣切夹具及其制造方法

技术领域

本发明属于机械加工的技术领域，具体涉及一种拼装式蒙皮铣切夹具及其制造方法。

背景技术

飞机蒙皮零件在成形工序完成后，都要进行一步外形切割的铣切加工，以得到蒙皮最终的外形尺寸。蒙皮零件的铣切加工是在五坐标数控加工中心上进行的，需要有铣切夹具。如果每张蒙皮都制造一套夹具，所需要的工装数量很大，不仅会造成很大的工装加工成本，还会使后期工装的存放、维护都造成很大的困难。

当前比较先进的蒙皮铣切方法，是采用柔性多点、真空吸附的方式进行蒙皮的外形铣切。该方法是通过多个柔性升降柱，根据蒙皮的曲率来调节各个升降柱的高度，以此来实现支撑蒙皮的作用。然而该方法所使用的柔性多点设备结构复杂，操作繁琐，成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供了一种能够简化工作型面加工，实现各个组合拼块与通用定位底座准确连接，并实现工装能够在五坐标数控加工中心上快速定位的拼装式蒙皮铣切夹具。

具体地，在不具备使用柔性多点设备的情况下，在本发明中将可调的柔性柱变为固定高度的工作型面拼装块，不同的蒙皮零件分别设计一组固定拼装块，曲率相同的区域还可以实现通用。使用时，同一组固定拼装块统一安装在同一套通用定位底座上面，更换全部或部分拼装块即可达到更换铣切工装的效果。

本发明的技术方案为：

一种拼装式蒙皮铣切夹具，其包括零点定位系统通用底座1和蒙皮支撑拼装块2，其中，所述的零点定位系统通用底座1包括表面平直钢板101、铸造吊棒102、零点定位器103、横向筋条104和纵向筋条105，其中横向筋条104和纵向筋条105位于零点定位系统通用底座1的下部，表面平直钢板101位于零点定位系统通用底座1的上部，横向筋条104和纵向筋条105支撑表面平直钢板101，以保证零点定位系统通用底座1的刚度，零点定位器103设置于表面平直钢板101的上表面，成横、纵均布排列；零点定位系统通用底座1的侧壁上，横向筋条104和纵向筋条105的交叉处，设置有铸造吊棒102。

所述的零点定位系统通用底座1上设置蒙皮支撑拼装块2，其中，蒙皮支撑拼装块2根据待加工蒙皮的结构及外形设置，在待加工蒙皮周边位置蒙皮支撑拼装块2的分布较在待加工蒙皮内部位置蒙皮支撑拼装块2的分布密集，以使得蒙皮支撑拼装块2具有互换性，且控制铣切时待加工蒙皮的抖动；蒙皮支撑拼装块2上还设置有定位销钉，待加工蒙皮定位销钉孔与蒙皮支撑拼装块2上的定位销钉连接，以定位蒙皮。

在一个具体的实施方案中，所述的蒙皮支撑拼装块2采用有磁性材料加工制成，以利用磁铁与蒙皮支撑拼装块2的吸附力，将待加工蒙皮固定。

在一个具体的实施方案中，所述的蒙皮支撑拼装块2上设置有真空吸附装置，在待加工蒙皮定位后，利用真空吸附力将待加工蒙皮固定。

另一方面，本发明提供了一种使用上述的拼装式蒙皮铣切夹具的蒙皮制造方法，其包括以下步骤：

步骤1、根据待加工蒙皮，构建三维制造数据集；

步骤2、根据步骤1)中构建的三维制造数据集进行拼装式蒙皮铣切夹具的各个支撑拼装块2的分布设计；

步骤3、对步骤2)中获得的拼装式蒙皮铣切夹具的各个蒙皮支撑拼装块2分别进行加工，并通过零点定位系统进行曲面工作型面的数控铣切加工；

步骤4、步骤3)中获得的加工后的拼装式蒙皮铣切夹具的各个蒙皮支撑拼装块2进行编号，并设计安装布置图，以避免安装错误；

步骤5、将拼装式蒙皮铣切夹具的各个蒙皮支撑拼装块2安装并固定在零点定位系统通用底座1上；

步骤6、将待加工蒙皮零件半成品吊装至五坐标数控加工中心上，利用定位销钉与拼装式蒙皮铣切夹具进行定位；定位后利用磁铁的吸附力将待加工蒙皮固定；

步骤7、对待加工蒙皮进行钻孔及边缘铣切；

步骤8、加工后将蒙皮拆卸。

本发明的效果和益处是：

本发明提供的拼装式蒙皮铣切夹具及其制造方法通过零点定位系统的使用，可以实现拼装式蒙皮铣切夹具与五坐标数控加工中心的准确定位，并且零点定位系统始终与设备连接，更换蒙皮铣切夹具就是各个支撑拼装块，不仅实现了安装即定位，还可以避免大型夹具吊装、安装、以及找正的过程，使夹具更换和安装更加简洁、更加安全。拼装式蒙皮铣切夹具还可以将夹具工作型面进行分解和简化，使每个支撑拼装块都可以单独进行数控加工和型面研磨，提高加工效率的同时还可以提高加工精度。拼装式蒙皮铣切夹具不必进行夹具型面的整体加工，只需要选择起到支撑和固定蒙皮的各个局部典型区域进行型面加工，并且相同曲率的蒙皮还可以实现支撑拼装块的借用，可以有效降低蒙皮铣切工装的加工成本。

附图说明

图1为零点定位系统定位销安装分布示意图。

图2A至图2C为本发明实施例中提供的拼装式蒙皮铣切夹具的零点定位系统通用底座的结构示意图，其中图2A为侧视图，图2B为俯视图，图2C为立体结构示意图。

图3为本发明实施例中提供的拼装式蒙皮铣切夹具的蒙皮支撑拼装块的分布示意图。

图4为本发明实施例中提供的拼装式蒙皮铣切夹具的蒙皮支撑拼装块安装后的结构示意图。

图5为本发明实施例中提供的拼装式蒙皮铣切夹具安装蒙皮零件的位置关系示意图。

图中：1零点定位系统通用底座；101表面平直钢板；102铸造吊棒；103零点定位器；104横向筋条；105纵向筋条；2蒙皮支撑拼装块；3蒙皮边缘线。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

应当了解，所附附图并非按比例地绘制，而仅是为了说明本发明的基本原理的各种特征的适当简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

在所附多个附图中，同样的或等同的部件(元素)以相同的附图标记标引。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

为实现拼装式蒙皮铣切夹具的运用，需要首先具备一套多单元的零点定位系统，该系统上均布安装零点定位器；再将蒙皮零件分段，分别设计各支撑块，同曲率的蒙皮还可以协调设计；然后在各个支撑块底部设计安装零点定位销，位置与零点定位系统上零点定位器的位置对应；最后在利用一套小规格的零点定位系统进行拼装式蒙皮铣切夹具各支撑块工作型面的数控加工。

由于本发明提供的拼装式蒙皮铣切夹具的各个拼装块需要安装在同一套通用定位底座上面，拼装块与底座有很高的定位精度。因此，使用零点定位系统满足各个拼装块与通用定位底座准确定位的要求。零点定位系统是由德国AMF公司研发的夹紧定位系统，可以大大优化生产过程，增加设备实际加工时间，缩短工件或夹具的更换时间，提高重复定位精度，定位和夹紧一步实现。零点定位系统是通过四个定位销与零点定位器单一的连接接触界面，定位精确并且可适用于几乎任何设备。零点定位系统所使用的四个定位销功能是不同的：一个零点定位销起到限制X，Y方向自由度的作用，成为参考基点；一个单向定位销只限制旋转方向的自由度；两个紧固定位销只起到增加夹紧力的作用。这样可以保证完全定位，避免过定位。零点定位系统定位销安装分布如图1所示，其中右上角为零点定位销，左上角为单向定位销，其他为紧固定位销。

1、零点定位系统通用底座的设计

零点定位系统通用底座是在一个表面平直钢板上安装多个零点定位器，各个零点定位器成横、纵均布排列。为满足生产需求，零点定位系统必须大于所需加工蒙皮的外形尺寸。但是由于蒙皮外形尺寸较大，导致零点定位系统通用底座的外形也必须很大，会影响到零点定位系统通用底座的刚度。因此，零点定位系统通用底座采用铸钢材料整体铸造的方式进行加工：上半部分为平面平直钢板，并用于安装零点定位器；下半部分为横、纵筋条结构，用于保证零点定位系统通用底座的刚度。零点定位系统通用底座的结构如图2A至图2C所示，在本实施例中，零点定位系统通用底座1包括表面平直钢板101、铸造吊棒102、零点定位器103、横向筋条104和纵向筋条105，其中横向筋条104和纵向筋条105位于零点定位系统通用底座1的下部，表面平直钢板101位于零点定位系统通用底座1的上部，横向筋条104和纵向筋条105支撑表面平直钢板101，以保证零点定位系统通用底座1的刚度，零点定位器103设置于表面平直钢板101的上表面，成横、纵均布排列，零点定位系统通用底座1的侧壁上，横向筋条104和纵向筋条105的交叉处，设置有铸造吊棒102。

2、蒙皮支撑拼装块的分布

现有的柔性多点技术是利用横、纵等距均布多个支撑柱，以此来实现支撑并固定蒙皮的作用。在本实施例中，拼装式蒙皮铣切夹具使用具有固定高度支撑蒙皮的工作型面拼装块。每组拼装块都是根据具体蒙皮结构及外形设计的，可以更加充分地考虑蒙皮外形需要切割的位置，以及蒙皮内部开孔需要躲避的区域。蒙皮铣切加工主要是切割蒙皮的外形，主要切割区域为蒙皮周边。因此，这些区域需要的支撑拼装块密集分布且面积尽量大，包括蒙皮内部以及外部去除区域都应着重支撑且固定，这样可以有效控制铣切时蒙皮的抖动。在蒙皮边缘线两侧都应设计支撑拼装块，并以边缘线两侧支撑拼装块的水平间距为铣刀躲避槽。蒙皮内部区域设计的支撑拼装块，主要用途是支撑蒙皮，不必很密集，但要保证位置均匀，并且应具备互换性。同时，对于蒙皮内部的通孔，也可以利用支撑拼装块的水平间距来进行躲避。某蒙皮零件的支撑拼装块分布情况如图3所示，在本实施例中，零点定位系统通用底座1上设置蒙皮支撑拼装块2，其中，蒙皮支撑拼装块2根据待加工蒙皮的结构及外形设置，在待加工蒙皮周边位置蒙皮支撑拼装块2的分布较在待加工蒙皮内部位置蒙皮支撑拼装块2的分布密集，以使得蒙皮支撑拼装块2具有互换性，且控制铣切时待加工蒙皮的抖动。

3、零点定位销的位置设计

零点定位系统中，对于工件的定位为多单元定位，例如：2单元零点定位、4单元零点定位、6单元零点定位、甚至8单元零点定位等，可以根据工件大小来确定。拼装式蒙皮铣切夹具是将蒙皮表面分块支撑，形成多个支撑拼装块。为满足蒙皮的多样性，以及各个支撑拼装块的互换性，每个支撑拼装块的外形尺寸应尽量小，多采用2单元零点定位，特殊情况下可以采用4单元零点定位。如图3所示，蒙皮零件支撑拼装块均采用2单元零点定位，并且存在横、纵两个方向的支撑拼装块形式。拼装式铣切夹具的各个蒙皮支撑拼装块位置确定后，根据其与零点定位系统的对应关系，在每一个支撑拼装块底部对应位置设计零点定位销的安装位置。

4、拼装式蒙皮铣切夹具的制造

拼装式蒙皮铣切夹具是将蒙皮的整体曲率型面分解为多个小尺寸的拼装块，不再需要大型五坐标数控加工中心来进行整体加工，小型数控铣床便可以实现各个支撑拼装块的加工，并且可以实现多台设备同时进行加工。

为保证拼装式蒙皮铣切夹具各个支撑拼装块加工的精度，可以提前准备一套或多套小型的零点定位系统，该零点定位系统上零点定位器的中心距必须与图2A至图2C所示的大型零点定位系统通用底座上零点定位器的中心距相同。

拼装式蒙皮铣切夹具的各个支撑拼装块在制备完坯料以后，首先加工底面的零点定位销安装孔；然后安装零点定位销；再利用小型零点定位系统在数控铣切设备上进行快速定位；最后数控铣切加工工作型面。这种加工方式不仅可以保证加工精度，还可以提高加工效率。

5、其它辅助设计

拼装式蒙皮铣切夹具的各个支撑拼装块除了需要支撑蒙皮之外，还具备定位及固定蒙皮的功能。

蒙皮的定位可以利用定位销钉，在蒙皮上预加工定位销钉孔。拼装式蒙皮铣切夹具的对应支撑拼装块上安装定位销钉，蒙皮定位销钉孔与支撑拼装块上的定位销钉连接后，即实现蒙皮的定位。

蒙皮的固定有两种方式：第一种方式，采用有磁性材料加工拼装式蒙皮铣切夹具的各个支撑拼装块，在蒙皮定位后，利用磁铁与支撑拼装块的吸附力，将蒙皮固定；第二种方式，在拼装式蒙皮铣切夹具的各个支撑拼装块上安装真空吸附装置，在蒙皮定位后，利用真空吸附力将蒙皮固定。

实施例

1、根据科研生产任务，进行某客机项目中机身蒙皮零件的外形铣切，需要设计拼装式蒙皮铣切夹具。蒙皮零件共2项，是两个型号飞机相同位置的蒙皮，均为单曲率蒙皮，且曲率相同：

零件1：材料牌号：2198-T3S，材料规格：0.125吋，

尺寸(净长×净宽×弦高)：3197×1603×158mm；

零件2：材料牌号：2198-T3S，材料规格：0.125吋，

尺寸(净长×净宽×弦高)：5330×1603×158mm。

2、对两个蒙皮零件进行结构对比，除长度不同外，其它外形尺寸都相同。蒙皮补加的工艺耳片尺寸相同，且将蒙皮后缘对齐后，两个蒙皮内部的所有孔均重合。因此，在两个蒙皮后缘对齐的前提下，形成一个三维制造数据集。

3、根据三维制造数据集进行拼装式蒙皮铣切夹具各个蒙皮支撑拼装块2的分布设计，得到如图3的分布结果。

4、对拼装式蒙皮铣切夹具的各个支撑拼装块分别进行加工，并借助一套小型零点定位系统进行曲面工作型面的数控铣切加工。

5、对加工后的拼装式蒙皮铣切夹具的各个支撑拼装块进行编号，并设计安装布置图，避免安装错误。

6、根据安装布置图将拼装式蒙皮铣切夹具的各个支撑拼装块安装并固定在零点定位系统上。由于零点定位系统已经与五坐标数控加工固定并找正，铣切夹具安装后即实现找正。

7、将待加工蒙皮零件半成品吊装至五坐标数控加工中心上，利用定位销钉与拼装式蒙皮铣切夹具进行定位。定位后利用磁铁的吸附力将蒙皮固定。

8、按已编好的加工程序对蒙皮进行钻孔及边缘铣切。

9、加工后将蒙皮拆卸，利用检验型架进行终极，蒙皮外形准确且贴合间隙满足要求，可以交付。

以上示例性实施方式所呈现的描述仅用以说明本发明的技术方案，并不想要成为毫无遗漏的，也不想要把本发明限制为所描述的精确形式。显然，本领域的普通技术人员根据上述教导做出很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方式并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员便于理解、实现并利用本发明的各种示例性实施方式及其各种选择形式和修改形式。本发明的保护范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。

Claims (4)

1.一种拼装式蒙皮铣切夹具，其特征在于，所述的拼装式蒙皮铣切夹具包括零点定位系统通用底座(1)和蒙皮支撑拼装块(2)，其中，

所述的零点定位系统通用底座(1)包括表面平直钢板(101)、铸造吊棒(102)、零点定位器(103)、横向筋条(104)和纵向筋条(105)，其中横向筋条(104)和纵向筋条(105)位于零点定位系统通用底座(1)的下部，表面平直钢板(101)位于零点定位系统通用底座(1)的上部，横向筋条(104)和纵向筋条(105)支撑表面平直钢板(101)，以保证零点定位系统通用底座(1)的刚度，零点定位器(103)设置于表面平直钢板(101)的上表面，成横、纵均布排列；零点定位系统通用底座(1)的侧壁上，横向筋条(104)和纵向筋条(105)的交叉处，设置有铸造吊棒(102)；

所述的零点定位系统通用底座(1)上设置蒙皮支撑拼装块(2)，其中，蒙皮支撑拼装块(2)根据待加工蒙皮的结构及外形设置，在待加工蒙皮周边位置蒙皮支撑拼装块(2)的分布较在待加工蒙皮内部位置蒙皮支撑拼装块(2)的分布密集，以使得蒙皮支撑拼装块(2)具有互换性，且控制铣切时待加工蒙皮的抖动；蒙皮支撑拼装块(2)上还设置有定位销钉，待加工蒙皮定位销钉孔与蒙皮支撑拼装块(2)上的定位销钉连接，以定位蒙皮。

2.根据权利要求1所述的拼装式蒙皮铣切夹具，其特征在于，所述的蒙皮支撑拼装块(2)采用有磁性材料加工制成，以利用磁铁与蒙皮支撑拼装块(2)的吸附力，将待加工蒙皮固定。

3.根据权利要求1所述的拼装式蒙皮铣切夹具，其特征在于，所述的蒙皮支撑拼装块(2)上设置有真空吸附装置，在待加工蒙皮定位后，利用真空吸附力将待加工蒙皮固定。

4.一种使用权利要求1至3中任一项所述的拼装式蒙皮铣切夹具的蒙皮制造方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤1、根据待加工蒙皮，构建三维制造数据集；

步骤2、根据步骤1)中构建的三维制造数据集进行拼装式蒙皮铣切夹具的各个支撑拼装块(2)的分布设计；

步骤3、对步骤2)中获得的拼装式蒙皮铣切夹具的各个蒙皮支撑拼装块(2)分别进行加工，并通过零点定位系统进行曲面工作型面的数控铣切加工；

步骤4、步骤3)中获得的加工后的拼装式蒙皮铣切夹具的各个蒙皮支撑拼装块(2)进行编号，并设计安装布置图，以避免安装错误；

步骤5、将拼装式蒙皮铣切夹具的各个蒙皮支撑拼装块(2)安装并固定在零点定位系统通用底座(1)上；

步骤6、将待加工蒙皮零件半成品吊装至五坐标数控加工中心上，利用定位销钉与拼装式蒙皮铣切夹具进行定位；定位后利用磁铁的吸附力将待加工蒙皮固定；

步骤7、对待加工蒙皮进行钻孔及边缘铣切；

步骤8、加工后将蒙皮拆卸。

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