CN111438548A - 一种点阵型无应力定位结构及其快速定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种点阵型无应力定位结构及其快速定位方法，定位结构含有接收装置和定位装置，接收装置的前端设置有点阵凹槽，定位装置的末端设置有点阵凸块，接收装置与定位装置通过点阵凹槽和点阵凸块的配合进行连接。快速定位方法为：首先将定位装置的点凸块插入接收装置的点凹槽中，完成点定位，然后将定位装置的第一线凸块插入接收装置的第一线凹槽中，完成线定位，接着将定位装置的第二线凸块插入接收装置的第二线凹槽中，完成面定位，最后将定位装置的面凸块插入接收装置的面凹槽中，完成辅助定位。

Description

一种点阵型无应力定位结构及其快速定位方法

技术领域

本申请涉及机械制造技术领域，特别是一种点阵型无应力快速定位结构及其定位方法。

背景技术

在制造业特别是飞机装配制造行业中，零部件的定位是装配制造的首要环节，定位的质量和效率决定装配制造的质量和效率。长期以来，飞机零部件的定位都采用冗余定位技术——零部件所受到的约束数量远大于零部件的自由度，该技术虽然提高了零件部定位的连接刚度，但是也带入了一些严重的问题——定位应力高和定位效率低。在飞机制造对精度要求不是很高且制造能力不足的情况下，冗余定位技术是可行的，但是随着飞机制造精度从0.2mmm级提高到0.05mm级后，从小飞机制造发展到大飞机制造后，冗余定位技术显然是有问题的：以飞机最常用的铝合金材料为例，铝合金的线膨胀系数是0.023mm/m℃，一个10米长的机翼梁，一摄氏度的温度变形就有0.23mm，而厂房的温度范围基本都是20±5℃，这就意味着温度变形量在2.3mm左右，显然，冗余定位技术将造成入位困难，入位后应力集中严重，严重影响飞机的定位质量和效率。

发明内容

为了减少定位应力，提高定位效率，减低定位成本，发明了一种点阵型无应力定位结构及其快速定位方法。

本发明采用以下技术方案：一种点阵型无应力定位结构，点阵型无应力定位结构含有接收装置、定位装置，所述接收装置的前端设置有接收面板，接收面板上设置有点阵凹槽，所述定位装置的末端设置有定位面板，定位面板上设置有点阵凸块，接收装置与定位装置通过点阵凹槽和点阵凸块的配合进行连接。

点阵凹槽含有点凹槽、第一线凹槽、第二线凹槽，面凹槽。点凹槽约束空间三个方向的运动自由度，点凹槽的位置可任意选择，数量为一个。第一线凹槽含有第一凹轴线，第一凹轴线通过点凹槽形心，第一线凹槽释放沿第一凹轴线方向的运动自由度，约束空间其它两个方向的运动自由度，第一线凹槽的数量为一个。第二线凹槽含有第二凹轴线，第二凹轴线通过点凹槽形心，且不与第一凹轴线平行或者重合，第二线凹槽释放沿第二凹轴线方向的运动自由度，约束空间其它两个方向的运动自由度，第二线凹槽的数量为一个。面凹槽释放平面内两个方向的运动自由度，仅约束平面法线方向的运动自由度，面凹槽的数量可多、可少、可无。第一凹轴线与第二凹轴线可以正交，也可以斜角，但不能平行或者重合。

点阵凸块含有点凸块、第一线凸块、第二线凸块、面凸块。点凸块的外形为点凹槽的内形，点凸块在点凹槽的全包络作用下，作为定位装置的点定位，点凸块在定位面板的位置对应于点凹槽在接收面板的位置，数量为一个。第一线凸块含有第一凸轴线，第一凸轴线通过点凸块形心，第一凸轴线的长度短于第一凹轴线的长度，第一线凸块在第一线凹槽的半包络作用下，作为定位装置的轴定位，第一线凸块在定位面板的位置对应于第一线凹槽在接收面板的位置，数量为一个。第二线凸块含有第二凸轴线，第二凸轴线通过点凸块形心，且不与第一凸轴线平行或者重合，第二凸轴线的长度短于第二凹轴线的长度，第二线凸块在第二线凹槽的半包络作用下，作为定位装置的面定位，第二线凸块在定位面板的位置对应于第二线凹槽在接收面板的位置，数量为一个。面凸块的外形小于面凹槽的内形，面凸块在面凹槽内仅受平面法向方向的约束，作为定位装置的辅助定位，面凸块在定位面板的位置对应于面凹槽在接收面板的位置，数量与面凹槽的数量相等。第一凸轴线与第二凸轴线可以正交，也可以斜角，但不能平行或者重合。

点阵型无应力定位结构的快速定位方法，包含以下步骤：

(1)将定位装置中定位面板的点凸块插入接收装置中接收面板的点凹槽中，完成定位装置与接收装置的点定位；

(2)将定位装置中定位面板中的第一线凸块插入接收装置中接收面板中的第一线凹槽中，完成定位装置和接收装置的线定位；

(3)将定位装置中定位面板中的第二线凸块插入接收装置中接收面板中的第二线凹槽中，完成定位装置和接收装置的面定位；

(4)将定位装置中定位面板中的面凸块插入接收装置中接收面板中的面凹槽中，完成定位装置和接收装置的辅助定位。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效益：

(1)无应力定位，由于定位结构的约束数量等于或者接近于自由度，使得定位结构两者之间无干涉应力。

(2)高效率定位，由于定位要素只有点定位、线定位和面定位，其余都是辅助定位，使得定位结构两者之间定位的效率显著提高。

(3)低成本定位，由于定位要素少，使得相应的精加工要素也少，降低了定位成本。

(4)广适用定位，采用基于点、线、面的快速定位方法，可推广应用到：大到船舶工业和工程桥梁、小到玩具零件的制造，几乎只要涉及到装配定位的，都可以用到本申请的技术。

以下结合实施例附图对本申请做进一步详细描述：

附图说明

图1是基于各项同性材料的点阵型无应力定位结构正视图

图2是点阵型无应力定位结构A-A剖视图

图3是点阵型无应力定位结构B-B剖视图

图4是基于各项异性材料的点阵型无应力定位结构正视图

图5是接收装置正视图

图6是接收装置C-C剖视图

图7是接收装置D-D剖视图

图8是定位装置正视图

图9是定位装置E-E剖视图

图10是定位装置F-F剖视图

图中编号说明：1接收装置、2定位装置、3接收面板、4定位面板、5点凹槽、6第一线凹槽、7第二线凹槽、8面凹槽、9点凸块、10第一线凸块、11第二线凸块、12面凸块

具体实施方式

参见图1、图2和图3所示，点阵型无应力定位结构含有接收装置1、定位装置2，接收装置1的前端设置有接收面板3，接收面板3上设置有点阵凹槽，定位装置2的末端设置有定位面板4，定位面板4上设置有点阵凸块，接收装置1与定位装置2通过点阵凹槽和点阵凸块的配合进行连接。配合的形式可以多种多样，如圆孔/圆轴配合、方孔/方轴配合、锥孔/锥轴配合、燕尾槽/燕尾块配合、等等，只要是形成凹凸配合关系的都可以。

参见图1、图5和图8所示，基于各项同性材料(如金属材料)的点阵型无应力定位结构，第一凹轴线(或第一凸轴线)和第二凹轴线(或第二凸轴线)的夹角应为90°。

参见图4所示，基于各项异性材料(如树脂基碳纤维复合材料)的点阵型无应力定位结构，第一凹轴线(或第一凸轴线)和第二凹轴线(或第二凸轴线)的夹角应为斜角，结构自由度释放的方向应与材料纤维延展的方向一致。

参见图5、图6和图7，点阵凹槽含有点凹槽5、第一线凹槽6、第二线凹槽7、面凹槽8，制造时，点凹槽5、第一线凹槽6和第二线凹槽7需精密加工。点凹槽5约束空间三个方向的运动自由度，点凹槽5的位置可任意选择，数量为一个。第一线凹槽6含有第一凹轴线，第一凹轴线通过点凹槽5形心，第一线凹槽6释放沿第一凹轴线方向的运动自由度，约束空间其它两个方向的运动自由度，数量为一个。第二线凹槽7含有第二凹轴线，第二凹轴线通过点凹槽5形心，且不与第一凹轴线平行或者重合，第二线凹槽7释放沿第二凹轴线方向的运动自由度，约束空间其它两个方向的运动自由度，数量为一个。面凹槽8释放平面内两个方向的运动自由度，仅约束平面法线方向的运动自由度，面凹槽8的数量根据定位面板4的大小和刚度情况，设置数量可多、可少、可无。第一凹轴线与第二凹轴线可以正交，也可以斜角，但不能平行或者重合。

参见图1、图8、图9和图10，点阵凸块含有点凸块9、第一线凸块10、第二线凸块11、面凸块12，制造时，点凸块9、第一线凸块10和第二线凸块11需进行精密加工。点凸块9的外形为点凹槽5的内形，点凸块9在点凹槽5的全包络作用下，作为定位装置的点定位，点凸块9在定位面板4的位置对应于点凹槽5在接收面板3的位置，数量为一个。第一线凸块10含有第一凸轴线，第一凸轴线通过点凸块9形心，第一凸轴线的长度短于第一凹轴线的长度，第一线凸块10在第一线凹槽6的半包络作用下，作为定位装置的轴定位，第一线凸块10在定位面板4的位置对应于第一线凹槽6在接收面板3的位置，数量为一个。第二线凸块11含有第二凸轴线，第二凸轴线通过点凸块9形心，且不与第一凸轴线平行或者重合，第二凸轴线的长度短于第二凹轴线的长度，第二线凸块11在第二线凹槽7的半包络作用下，作为定位装置的面定位，第二线凸块11在定位面板4的位置对应于第二线凹槽7在接收面板3的位置，数量为一个。面凸块12的外形小于面凹槽8的内形，面凸块12在面凹槽8内仅受平面法向方向的约束，作为定位装置的辅助定位，面凸块12在定位面板4的位置对应于面凹槽8在接收面板3的位置，数量与面凹槽8的数量相等。第一凸轴线与第二凸轴线可以正交，也可以斜角，但不能平行或者重合。

点阵型无应力定位结构的快速定位方法，包含以下步骤：

(1)将定位装置2中定位面板4的点凸块9插入接收装置1中接收面板3的点凹槽5中，完成定位装置2与接收装置1的点定位；

(2)将定位装置2中定位面板4中的第一线凸块10插入接收装置1中接收面板3中的第一线凹槽6中，完成定位装置2和接收装置1的线定位；

(3)将定位装置2中定位面板4中的第二线凸块11插入接收装置1中接收面板3中的第二线凹槽7中，完成定位装置2和接收装置1的面定位；

(4)将定位装置2中定位面板4中的面凸块12插入接收装置1中接收面板3中的面凹槽8中，完成定位装置2和接收装置3的辅助定位。

Claims (6)

1.一种点阵型无应力定位结构，其特征在于点阵型无应力定位结构含有接收装置、定位装置，所述接收装置的前端设置有接收面板，接收面板上设置有点阵凹槽，所述定位装置的末端设置有定位面板，定位面板上设置有点阵凸块，接收装置与定位装置通过点阵凹槽和点阵凸块的配合进行连接。

2.根据权利要求1所述的点阵型无应力定位结构，其特征在于所述的点阵凹槽含有点凹槽、第一线凹槽、第二线凹槽、面凹槽；点凹槽约束空间三个方向的运动自由度，点凹槽的位置可任意选择，数量为一个；第一线凹槽含有第一凹轴线，第一凹轴线通过点凹槽形心，第一线凹槽释放沿第一凹轴线方向的运动自由度，约束空间其它两个方向的运动自由度，第一线凹槽的数量为一个；第二线凹槽含有第二凹轴线，第二凹轴线通过点凹槽形心，且不与第一凹轴线平行或者重合，第二线凹槽释放沿第二凹轴线方向的运动自由度，约束空间其它两个方向的运动自由度，第二线凹槽的数量为一个；面凹槽释放平面内两个方向的运动自由度，仅约束平面法线方向的运动自由度，面凹槽的数量可多、可少、可无。

3.根据权利要求2所述的一种点阵型无应力定位结构，其特征在于第一凹轴线与第二凹轴线可以正交，也可以斜角，但不能平行或者重合。

4.根据权利要求1所述的点阵型无应力定位结构，其特征在于所述的点阵凸块含有点凸块、第一线凸块、第二线凸块、面凸块；点凸块的外形为点凹槽的内形，点凸块在点凹槽的全包络作用下，作为定位装置的点定位，点凸块在定位面板的位置对应于点凹槽在接收面板的位置，数量为一个；第一线凸块含有第一凸轴线，第一凸轴线通过点凸块形心，第一凸轴线的长度短于第一凹轴线的长度，第一线凸块在第一线凹槽的半包络作用下，作为定位装置的轴定位，第一线凸块在定位面板的位置对应于第一线凹槽在接收面板的位置，数量为一个；第二线凸块含有第二凸轴线，第二凸轴线通过点凸块形心，且不与第一凸轴线平行或者重合，第二凸轴线的长度短于第二凹轴线的长度，第二线凸块在第二线凹槽的半包络作用下，作为定位装置的面定位，第二线凸块在定位面板的位置对应于第二线凹槽在接收面板的位置，数量为一个；面凸块的外形小于面凹槽的内形，面凸块在面凹槽内仅受平面法向方向的约束，作为定位装置的辅助定位，面凸块在定位面板的位置对应于面凹槽在接收面板的位置，数量与面凹槽的数量相等。

5.根据权利要求4所述的一种点阵型无应力定位结构，其特征在于第一凸轴线与第二凸轴线可以正交，也可以斜角，但不能平行或者重合。

6.一种点阵型无应力快速定位方法，其特征在于包含以下步骤：

(6-1)将定位装置中定位面板的点凸块插入接收装置中接收面板的点凹槽中，完成定位装置与接收装置的点定位；

(6-2)将定位装置中定位面板中的第一线凸块插入接收装置中接收面板中的第一线凹槽中，完成定位装置和接收装置的线定位；

(6-3)将定位装置中定位面板中的第二线凸块插入接收装置中接收面板中的第二线凹槽中，完成定位装置和接收装置的面定位；

(6-4)将定位装置中定位面板中的面凸块插入接收装置中接收面板中的面凹槽中，完成定位装置和接收装置的辅助定位。

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