CN112847174B - 可调式工件支撑系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可调式工件支撑系统及方法，其中该可调式工件支撑系统包括一可调式支撑装置、一分析支撑点模块、一坐标后处理模块以及一控制模块。可调式支撑装置具有一组支撑元件用来支撑一被支撑工件，该各支撑元件可以调整高度与角度。分析支撑点模块用来汇入该被支撑工件的计算机辅助设计文件，以及分析该计算机辅助设计文件以得到被支撑工件的一组支撑点位。坐标后处理模块用来计算该组支撑点位所对应的该各支撑元件的支撑坐标。控制模块用来接收该各支撑元件的支撑坐标，以及调整该各支撑元件的高度与角度来支撑该被支撑工件，使得该被支撑工件的变形量是最小。

Description

可调式工件支撑系统及方法
技术领域
本发明涉及一种工件支撑系统，特别是涉及一种曲面工件的可调式工件支撑系统及方法。
背景技术
一般对于大型曲面工件定位方式多以人工来定位，所使用的支撑系统必须贴合工件曲面，但支撑点数量庞大，每一点都必须对准，以人力进行支撑系统的角度调整，需要较长的操作时间，且定位准确性低。此外，通常采用相同支撑点位对工件进行支撑，导致工件变形量大，对于不同材料或不同外型轮廓的工件进行支撑时，由于材料与形体不同，工件强度弱的位置亦不同，若使用相同支撑点位的方式对工件进行支撑，将导致工件在进行支撑过程中变形量大。
玻璃纤维强化塑胶复合材料因重量轻且强度高，因此在汽车、航太和船舶领域大量被采用。以往复合材料零件在加工过程大多采用固定式模具辅助固定。而在少量多样的市场中，模具除了需要根据产品特别开发，模具拆装的过程也繁琐，且模具保存需占用巨大的空间，尤其在如船舶、航太等大型零件的加工中，其治具相当庞大，导致加工成本居高不下和产线弹性不足。于是调整型夹持治具逐渐开始被应用，但由于少量多样且大型的工件，使用调整型夹持治具支撑点数量庞大，若以人力调整，需要较长的设定时间，且定位准确性低。因此，需要一种操作速度快能因应少量多样化的大型工件且定位准确性高的支撑系统及方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种可调式工件支撑系统及方法，操作速度快能因应少量多样化的大型工件且定位准确性高。
本发明为达成上述目的提供一种可调式工件支撑系统，包括一可调式支撑装置、一分析支撑点模块、一坐标后处理模块以及一控制模块。可调式支撑装置具有一组支撑元件用来支撑一被支撑工件，该各支撑元件可以调整高度与角度。分析支撑点模块用来汇入该被支撑工件的计算机辅助设计文件，以及分析该计算机辅助设计文件以得到被支撑工件的一组支撑点位。坐标后处理模块用来计算该组支撑点位所对应的该各支撑元件的支撑坐标。控制模块用来接收该各支撑元件的支撑坐标，以及调整该各支撑元件的高度与角度来支撑该被支撑工件，使得该被支撑工件的变形量是最小。
与现有的工件支撑系统比较，本发明具有以下优点：
1.本发明的可调式工件支撑系统，在各别支撑元件中具有致动元件，可同步定位所有支撑元件。
2.本发明的可调式工件支撑系统具有旋转轴，可顺利贴和曲面工件表面，且具有位置回授功能，能够准确定位。
3.本发明的可调式工件支撑系统，会先计算全部支撑点位在工件受支撑后的变形量，使得该被支撑工件的变形量是最小。
附图说明
图1为本发明的可调式工件支撑系统的架构示意图；
图2为本发明的可调式支撑装置的机构图；
图3是本发明的坐标后处理模块得到各支撑元件的支撑坐标；
图4为本发明的支撑元件的机构图；
图5为本发明的可调式支撑装置实际支撑曲面薄件的照片图；
图6为本发明的可调式工件支撑方法的流程图。
符号说明
200 本发明的整体架构
100 可调式工件支撑系统
10 可调式支撑装置
12 一组支撑元件
50 被支撑工件
20 分析支撑点模块
30 坐标后处理模块
40 控制模块
90 计算机辅助设计文件
22 有限元素法
14 吸盘
16A 轴
86XY 平面
889 个点
899 条基准轴
18C 轴
19Z 轴
82 上曲面
84 下曲面
具体实施方式
本发明揭露一种可调式工件支撑系统，此可调式工件支撑系统可以计算出全部支撑点位在被支撑工件受支撑后的变形量，使得该被支撑工件的变形量是最小。
图1显示本发明的可调式工件支撑系统的架构示意图，如图1所示，本发明的整体架构200包括可调式工件支撑系统100以及被支撑工件50的计算机辅助设计(ComputerAided Design,CAD)文件90。可调式工件支撑系统100具有一可调式支撑装置10、一分析支撑点模块20、一坐标后处理模块30以及一控制模块40。
图2显示本发明的可调式支撑装置的机构图，如图2所示，可调式支撑装置10具有一组支撑元件12用来支撑一被支撑工件50。各支撑元件12可以调整高度与角度。被支撑工件50是使用一组3×3且固定间距的支撑元件12进行支撑。基本上，可调式支撑装置10的支撑元件12的最少数量只要2×2就可以了。
分析支撑点模块20用来汇入该被支撑工件50的计算机辅助设计文件90，以及分析该计算机辅助设计文件90以得到被支撑工件50的一组支撑点位70。坐标后处理模块30用来计算该组支撑点位70所对应的该各支撑元件12的支撑坐标。控制模块40用来接收该各支撑元件12的支撑坐标，以及调整该各支撑元件12的高度与角度来支撑该被支撑工件，使得该被支撑工件50的变形量是最小。
本发明所揭露的可调式工件支撑系统100，其中被支撑工件50是以三层复合材料曲面形状薄件来举例说明。曲面形状薄件的被支撑工件50的计算机辅助设计文件90汇入分析支撑点模块20后，会对于被支撑工件50进行材料设定。材料设定是对于被支撑工件50于本发明中进行三层的材质设定，第一层为斜织编织布，第二层为玻璃纤维强化塑胶，第三层为斜织编织布。材料设定完成后，分析支撑点模块20对工件支撑分布点进行初始点位设定，再进行一组支撑点位70设定，再得出一组支撑点位70支撑下的工件变形量分析结果。分析支撑点模块20是使用有限元素法22进行分析，以被支撑工件50受支撑后，变形量最小化为有限元素法22分析目标，分析后的一组支撑点位70即为最佳支撑点位。有限元素法22是使用ANSYS软件。
图3是本发明的坐标后处理模块得到各支撑元件的支撑坐标，如图3所示，本发明得出工件最佳支撑点位后，坐标后处理模块30计算该组支撑点位70所对应的该各支撑元件12的支撑坐标。上曲面82为被支撑工件50的计算机辅助设计文件90，下曲面84为根据上曲面82向外偏移一个特定距离的曲面。上述的特定距离是根据本发明所使用的支撑元件12的吸盘14至A轴16旋转轴心的距离。平面86为XY平面86，XY平面86上的9个点88即为最佳支撑点位。9条基准轴89为下曲面84在最佳支撑点位坐标处的法向量(i()、j()、k())。本发明所使用的支撑元件12的Z轴19坐标计算方法为下曲面84与基准轴89的交点与XY平面86的垂直距离。坐标后处理模块30根据支撑点位计算工件表面的法向量如基准轴89，支撑元件12的A轴16坐标的计算方法为上述法向量(i()、j()、k())与XY平面86的法向量的夹角，
Figure BDA0002321794750000041
本发明的支撑元件12的C轴18坐标的计算方法为上述(i()、j()、k())投影在XY平面86的分量与X轴线的夹角。
Figure BDA0002321794750000042
控制模块40接收各支撑元件12的支撑坐标之后，进行调整该各支撑元件12的高度与角度来支撑该被支撑工件，使得该被支撑工件的变形量是最小。图4显示本发明的支撑元件的机构图，如图4所示，可调式支撑装置10的所有支撑元件12的作动时序首先需要在伞齿轮啮合的情形，方能定位A轴16。接着定位Z轴19，在Z轴19上升的同时，两伞齿轮也脱离啮合待Z轴19到达指令高度时，方能定位C轴18。坐标后处理模块30需要知悉支撑元件12的作动时序，才能成功转换出对应的指令。坐标后处理模块30由分析支撑点模块20所产生的支撑点位70计算得到支撑坐标，并且根据所有支撑元件12的作动时序能够对可调式支撑装置10发出命令使得支撑元件12作动。图5显示本发明的可调式支撑装置实际支撑曲面薄件的照片，由照片可以看出本发明的可调式支撑系统确实能实现本发明的目的，具有操作速度快能因应少量多样化的大型工件且定位准确性高的功能。大型工件在使用可调式支撑装置支撑定位后，可以再进行切削、钻孔或裁剪等机械加工
图6显示本发明的可调式工件支撑方法的流程图。本发明的可调式工件支撑方法是通过可调式工件支撑系统100来实现。首先，提供一可调式支撑装置，具有一组支撑元件用来支撑一被支撑工件，该各支撑元件可以调整高度与角度，如步骤S10所示。其次，汇入该被支撑工件的计算机辅助设计文件，以及分析该计算机辅助设计文件以得到被支撑工件的一组支撑点位，如步骤S20所示。其次，计算该组支撑点位所对应的该各支撑元件的支撑坐标，如步骤S30所示。最后，根据该各支撑元件的支撑坐标调整该各支撑元件的高度与角度来支撑该被支撑工件，使得该被支撑工件的变形量是最小，如步骤S40所示。

Claims (4)

1.一种可调式工件支撑系统，适用于复合材料曲面形状薄件，其特征在于，包括：
可调式支撑装置，具有一组支撑元件，用来支撑被支撑工件，该各支撑元件可以调整高度与角度；
分析支撑点模块，用来汇入该被支撑工件的计算机辅助设计文件，以及分析该计算机辅助设计文件，再设定该被支撑工件的材质以及设定该被支撑工件的支撑分布点初始点位，以得到被支撑工件的一组支撑点位；
有限元素法，设置于该分析支撑点模块内，该有限元素法分析该组支撑点位，以得到该被支撑工件受支撑后的变形量是最小；
坐标后处理模块，用来计算该组支撑点位所对应的该各支撑元件的支撑坐标；以及
控制模块，用来接收该各支撑元件的支撑坐标，以及调整该各支撑元件的高度与角度来支撑该被支撑工件，使得该被支撑工件的变形量是最小。
2.如权利要求1所述的可调式工件支撑系统，其中，该组支撑元件的数量为2×2。
3.一种可调式工件支撑方法，适用于复合材料曲面形状薄件，包括下列步骤：
提供可调式支撑装置，具有一组支撑元件用来支撑被支撑工件，该各支撑元件可以调整高度与角度；
汇入该被支撑工件的计算机辅助设计文件，以及分析该计算机辅助设计文件；
设定该被支撑工件的材质以及设定该被支撑工件的支撑分布点初始点位，以得到被支撑工件的一组支撑点位；
使用有限元素法分析该组支撑点位，以得到该被支撑工件受支撑后的变形量是最小；
计算该组支撑点位所对应的该各支撑元件的支撑坐标；以及
根据该各支撑元件的支撑坐标调整该各支撑元件的高度与角度来支撑该被支撑工件，使得该被支撑工件的变形量是最小。
4.如权利要求3所述的可调式工件支撑方法，其中，该组支撑元件的数量为2×2。
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